CN114453521A - 飞机蒙皮现场冲压成型机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞机蒙皮现场冲压成型机，相对设置有成型冲压装置和整型冲压装置；成型冲压装置的成型冲头导筒上端固装有用于驱动成型丝杠的成型电机，成型冲头导筒内活动设置有成型螺母和铰支座，铰支座上铰支有成型冲杆，成型冲杆的伸出端固连有成型冲头；整型冲压装置的整型冲头导筒的筒端固装有用于驱动整型丝杠的整型电机，在整型冲头导筒内活动设置有整型螺母，整型阀块的两个活塞腔内均设置有整型活塞，整型活塞上均铰连有整型冲头；成型工作压力TC，整型工作压力TZ，TC＝（1—1.05）TZ；成型压力传感器和整型压力传感器均与冲压控制器电连接。该冲压成型机能够实现飞机蒙皮曲面的现场精确成型，且制作加工效率高。

Description

飞机蒙皮现场冲压成型机

技术领域

本发明涉及飞机蒙皮制作技术领域，尤其涉及一种能够对已粘接或铆接于飞机骨架上的铝合金蒙皮进行现场成型的冲压机械。

背景技术

飞机蒙皮是指包络在飞机骨架上的薄壁结构，是构成飞机气动外形的重要构件，其起到承受气动载荷、形成流线型外表面的作用，蒙皮通常具有强度大，塑性好，表面光滑，耐腐蚀的特点，其较高的结构及外形要求使蒙皮加工成形在航空制造业中占有重要地位。

目前飞机蒙皮的材料大都采用铝合金薄板，其加工成型工艺主要有压弯、滚压、折弯、拉伸等方法，随着智能制造概念的逐渐深化，加工成形工艺及方法更是层出不穷。但对于蒙皮的加工装配通常采用先在工厂中加工成型再粘接或铆接到飞机骨架上的装配方式，即先将毛坯板料统一加工成型为蒙皮，再对飞机进行统一装配。若飞机蒙皮在粘接或铆接的装配过程中，采用先加工再装配的方法，会遇到诸多问题，例如在加工后的运输过程中，会有消耗大量的人力物力，不仅不符合经济效益，而且蒙皮也会由于温度、碰撞等原因产生轻微改变，造成后续精度不准确的情况；在加工后再进行装配还可能会由于协调问题，出现蒙皮与蒙皮之间的干涉情况，导致不能顺利装配；骨架中的梁、肋、桁等结构件与蒙皮曲率存在误差，装配过程中出现变形，不能良好拟合等问题。如此引起的精度偏差都会使得蒙皮在装配后，其外形质量差、对接缝质量差等影响气动外形的结果。

虽然发明人参与设计的发明专利“压力可调控板材渐进成形压头及其成形装置”，专利号：200810122792.4，可以实现对板材曲面的成型冲压，但由于该发明只能从单方向对板材进行冲压，容易形成过冲或冲压不到位，而且不能对冲压板材曲面进行修整和定型，因此并不适用飞机蒙皮的现场冲压成型。现有的飞机蒙皮成型和组装工艺不仅生产制造效率低，而且影响蒙皮最终的曲面成型精度，直接影响飞机的飞行性能。

发明内容

针对现有技术所存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种蒙皮曲面成型精确、制作加工效率高的飞机蒙皮现场冲压成型机。

为了解决上述技术问题，本发明的飞机蒙皮现场冲压成型机，包括相对设置的成型冲压装置和整型冲压装置；所述成型冲压装置包括成型冲头导筒，该成型冲头导筒的上端固定安装有用于驱动成型丝杠的成型电机，成型冲头导筒内活动设置有成型螺母和铰支座，相对活动设置的成型螺母和铰支座之间设置有成型压力传感器，所述成型丝杠和成型螺母构成丝杠螺母副，在所述铰支座上铰支有成型冲杆，成型冲杆的伸出端固定连接有成型冲头；所述整型冲压装置包括整型冲头导筒，在整型冲头导筒的筒端固定安装有用于驱动整型丝杠的整型电机，在整型冲头导筒内活动设置有整型螺母，整形螺母和整型丝杠构成丝杠螺母副，在整型螺母上活动设置有整型阀块，在整型螺母和整型阀块之间设置有整型压力传感器，所述整型阀块上的两个活塞腔内均设置有整型活塞，该两个活塞腔通过阀块油道相连通，在每一只整型活塞上均铰连有整型冲头；所述成型冲压装置的成型工作压力TC，整型冲压装置的整型工作压力TZ，TC＝（1—1.05）TZ；所述成型压力传感器和整型压力传感器均与冲压控制器电连接，该冲压控制器还分别与成型电机和整型电机电连接。

优选地，所述整形电机和成型电机为伺服电机或步进电机，所述整型压力传感器和成型压力传感器为电阻应变式或压阻式或电感式压力传感器。

优选地，所述成型冲压装置和整型冲压装置分别通过对应的成型冲压支架和整型冲压支架安装于可实现三维运动的机架上，该机架包括移动车及安装于移动车的升降滑架，成型冲压装置和整型冲压装置位于升降滑架的上端。

优选地，所述成型电机通过成型电机座安装于成型导筒的上端，该成型电机座固定安装于成型冲压支架上，成型电机的输出轴端通过成型联轴器与成型丝杠相连接。

优选地，所述成型冲杆的一端部设置有铰支球头，该铰支球头可摆动地支承于铰支座的球头窝中。

优选地，所述成型冲头导筒中安装于缓冲弹簧，成型冲杆通过缓冲弹簧支承于成型冲头导筒上。

优选地，所述整型电机通过整型电机座固定安装于整型冲头导筒的筒端，该整型电机座固定安装于整型冲压支架上；整型电机的输出轴通过整型联轴器与整型丝杠相连接。

优选地，所述整型阀块的活塞腔内嵌装有活塞套，整型活塞滑动设置于活塞套内。

优选地，所述阀块油道内滑动设置有平衡阀块，平衡阀块两端的阀块油道分别通向对应端的活塞腔。

优选地，所述冲压控制器为PLC控制器。

在上述技术方案中，由于该冲压成型机包括有相对设置的成型冲压装置和整型冲压装置，当成型冲压装置和整型冲压装置分别位于待成型铝合金蒙皮坯板两侧时，成型冲压装置的成型电机通过丝杠螺母副和铰支的成型冲杆驱动成型冲头对铝合金板材进行施压成型，而将复杂的曲面形状沿高度方向离散成若干断面层，即分解成一系列的等高线层，成型冲头在成型电机的驱动下，并按冲头控制器指令沿等高线层面上的加工轨迹运动，以逐层面地对板材进行渐进的塑性加工，即通过成型冲头施以局部塑性成型累积成预定大变形的方法，就可以将已粘接或铆接于飞机骨架上的薄板渐进地冲压成与三维数字模型形状一致的飞机蒙皮曲面，不仅在飞机装配现场完成飞机蒙皮的曲面成型，具有更高的生产制作效率，而且可以通过冲头控制器自动控制施压电机以实现对蒙皮曲面的高精度冲压成型。位于蒙皮另一侧的整型冲压装置又与成型冲压装置形成钳式冲压结构，稳定和固定蒙皮的塑性变形，精确地修整蒙皮，蒙皮两侧的成型、整型装置的协调动作，以钳式夹持的方式保证曲面的精确成型，是单向冲压所不能实现的。又由于带有成型冲头的成型冲杆是铰支于铰支座上的，这种结构能有效地消除成型施压过程中成型冲头施压面上的切向分力，避免因施压切向分力所引起的蒙皮起皱和拉破。整型阀块的两个活塞腔相互通连，当在活塞腔中充满液压油时，能够保证两个整型冲压冲头的自动调整和平衡，达到成型和修型的统一；并且将成型工作压力Tc和整型工作Tz控制在一定的范围内，以有效地控制蒙皮的变形速度和变形量，并保持稳定的塑性变形；冲压控制器可以根据压力传感器测得的冲压力来控制电机的转动量，以达到合理的施压作用速度和作用力。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明飞机蒙皮现场冲压成型机作进一步说明。

图1是本发明飞机蒙皮现场冲压成型机一种具体实施方式的工作状态结构示意图；

图2是图1所示实施方式中冲压成型机的工作结构图；

图3是图1所示实施方式中整型冲压装置的结构示意图；

图4是图1所示实施方式中成型冲压装置的结构示意图。

图中，1—移动车，2—升降滑架，3—整形冲压支架，4—整形冲压装置，5—机身骨架，6—成型冲压支架，7—成型冲压装置，8—飞机蒙皮，9—蒙皮铆钉，10—冲压控制器；401—整型电机，402—整型联轴器，403—整型电机座，404—整型螺母，405—整型压力传感器，406—整型丝杠，407—整型阀块，408—活塞腔，409—活塞套，410—活塞密封，411—整型活塞，412—整型冲头，413—油路填头，414—阀块油道，415—平衡阀块，416—整型冲头导筒；701—成型冲头，702—成型冲杆，703—缓冲弹簧，704—铰支座，705—成型丝杠，706—成型螺母，707—成型压力传感器，708—成型电机，709—成型电机座，710—成型联轴器，711—成型冲头导筒，712—铰支球头。

具体实施方式

如图1所示的飞机蒙皮现场冲压成型机，包括成型冲压装置7和整型冲压装置4，该成型冲压装置7和整型冲压装置4分别位于飞机蒙皮8的两侧面，飞机蒙皮8通过蒙皮铆钉9固定连接于机身骨架5上。成型冲压装置7通过成型冲压支架6固定于升降滑架2的顶部，整型冲压装置4通过整型冲压支架3也固定于升降滑架2的顶端，升降滑架2则设置于移动车1上，包括有升降滑架2和移动车1的移动式机架构成能够实现三维运动的冲压成型机机架。

如图2所示，用于检测成型冲压装置7成型压力的成型压力传感器707与冲压控制器10电连接；用于检测整型冲压装置4整型冲压的整形压力传感器405与冲压控制器10电连接。成型电机708和整型电机401也与冲压控制器10电连接，冲压控制器10采用PLC控制系统，PLC依据检测的成型压力和/或整型压力分别控制成型电机和整型电机的转动量和转速，以形成合适的成型施压力和整型施压力，以及成型施压、整型施压速度。

如图3所示的整型冲压装置，该整型冲压装置4包括呈圆筒状结构的整型冲头导筒416，在整型冲头导筒416的下口端通过整型电机座403固定安装有整型电机401，整型电机401的输出轴端通过整型联轴器402连接有整型丝杠406，在整型电机座403上固定连接有整型冲压支架3，以便将整型冲压装置4安装于升降滑架2的顶端。整型电机401为伺服电机，当然也可以为步进电机，或者变频调速电机。

在整型冲头导筒416内活动设置有整型螺母404，整型丝杠406和整型螺母404构丝杠螺母副。在整型螺母404的凸柱部可滑移动地套装有整型阀块407，在整型螺母404与整型阀块407的接触部面上垫装有整型压力传感器405，整型压力传感器405为电阻应变式压力传感器，当然也可以是压阻式或电感式压力传感器。

在整型阀块407上设置有两个活塞缸孔，该两个活塞缸孔对称地位于整型电机401和整型丝杠406的中心对称线的两侧，在每一活塞缸孔内固定嵌装有活塞套409，在活塞套409中滑动地设置有整型活塞411，整型活塞411上套装有活塞密封410，该活塞密封410为常用的活塞密封环。整型活塞411的下端与活塞套409及活塞缸孔底围成活塞腔408，在每一整型活塞11的上端均铰连有一整型冲头412，每一整型冲头412施加于蒙皮上的整型工作压力为TZ。在整型阀块407上设置有一充满液压油的阀块油道414，在阀块油道414中滑动地设置有平衡阀块415，该阀块油道414与两个活塞下端的活塞腔408相连通。当一侧的整型冲头412施压力增大时，对应侧的整型活塞411将下端活塞腔408中的液压油推向另一侧，从而保证两个整型活塞411的挤压力平衡一致。

如图4所示的成型冲压装置，该成型冲压装置7包括成型冲压导筒711，在成型冲压导筒711的上口端通过成型电机座709固定安装有成型电机708，成型电机座709上固定安装有成型冲压支架6。成型电机709伺服电机，也可以是步进电机或变频调整电机。成型电机709输出轴通过成型联轴器710固定连接有成型丝杠705。

在成型冲压导筒711内活动设置有成型螺母706和铰支座704，在相互活动套接的成型螺母706和铰支座704的接触面位置垫置有成型压力传感器707，该成型压力传感器707和成型电机708均与冲压控制器10电连接。成型螺母706和成型丝杠705构成成型丝杠螺母副。

在成型冲压导筒711内还设置有成型冲杆702，成型冲杆702上端的铰支球头712为半圆形球头，该铰支球头712活动设置于铰支座704的球头窝中，从而构成球铰结构。在成型冲杆702的轴颈部与成型冲头导筒711筒底之间设置有缓冲弹簧703，该缓冲弹簧703为多片相互叠置的碟形弹簧。成型冲杆702伸出成型冲压导筒711筒外的伸出端通过连接销连接有成型冲头701，成型冲头施加于蒙皮上的整型工作压力为Tz。

为了提高蒙皮成型精度和成型速度，成型冲压装置7的成型工作压力Tc应该等于或者稍大于整型冲压装置4的整型工作压力Tz，优先地应该将其比值控制在Tc=（1—1.05）Tz范围内。

Claims (10)

1.一种飞机蒙皮现场冲压成型机，其特征在于：所述冲压成型机包括相对设置的成型冲压装置（7）和整型冲压装置（4）；所述成型冲压装置(7) 包括成型冲头导筒（711），该成型冲头导筒（711）的上端固定安装有用于驱动成型丝杠（708）的成型电机（708），成型冲头导筒（711）内活动设置有成型螺母（706）和铰支座（704），相对活动设置的成型螺母（706）和铰支座（704）之间设置有成型压力传感器（707），所述成型丝杠（705）和成型螺母（706）构成丝杠螺母副，在所述铰支座（704）上铰支有成型冲杆（702），成型冲杆（702）的伸出端固定连接有成型冲头（701）；所述整型冲压装置（4）包括整型冲头导筒（416），在整型冲头导筒（416）的筒端固定安装有用于驱动整型丝杠（406）的整型电机（401），在整型冲头导筒（416）内活动设置有整型螺母（404），整形螺母（404）和整型丝杠（406）构成丝杠螺母副，在整型螺母（404）上活动设置有整型阀块（407），在整型螺母（404）和整型阀块（407）之间设置有整型压力传感器（405），所述整型阀块（407）上的两个活塞腔（408）内均设置有整型活塞（411），该两个活塞腔（408）通过阀块油道（414）相连通，在每一只整型活塞（411）上均铰连有整型冲头（412）；所述成型冲压装置（7）的成型工作压力Tc，整型冲压装置（4）的整型工作压力Tz，Tc＝（1—1.05）Tz；所述成型压力传感器（707）和整型压力传感器（405）均与冲压控制器（10）电连接，该冲压控制器（10）还分别与成型电机（708）和整型电机（401）电连接。

2.根据权利要求1所述的飞机蒙皮现场冲压成型机，其特征在于：所述整形电机（401）和成型电机（708）为伺服电机或步进电机，所述整型压力传感器（405）和成型压力传感器（707）为电阻应变式或压阻式或电感式压力传感器。

3.根据权利要求1或2所述的飞机蒙皮现场冲压成型机，其特征在于：所述成型冲压装置（7）和整型冲压装置（4）分别通过对应的成型冲压支架（6）和整型冲压支架（3）安装于可实现三维运动的机架上，该机架包括移动车（1）及安装于移动车（1）的升降滑架（2），成型冲压装置（7）和整型冲压装置（4）位于升降滑架（2）的上端。

4.根据权利要求1所述的飞机蒙皮现场冲压成型机，其特征在于：所述成型电机（708）通过成型电机座（709）安装于成型导筒（711）的上端，该成型电机座（709）固定安装于成型冲压支架（6）上，成型电机（708）的输出轴端通过成型联轴器（710）与成型丝杠（705）相连接。

5.根据权利要求1所述的飞机蒙皮现场冲压成型机，其特征在于：所述成型冲杆（702）的一端部设置有铰支球头（712），该铰支球头（712）可摆动地支承于铰支座（704）的球头窝中。

6.根据权利要求1所述的飞机蒙皮现场冲压成型机，其特征在于：所述成型冲头导筒（711）中安装于缓冲弹簧（703），成型冲杆（702）通过缓冲弹簧（703）支承于成型冲头导筒（711）上。

7.根据权利要求1所述的飞机蒙皮现场冲压成型机，其特征在于：所述整型电机（401）通过整型电机座（403）固定安装于整型冲头导筒（416）的筒端，该整型电机座（403）固定安装于整型冲压支架（3）上；整型电机（401）的输出轴通过整型联轴器（402）与整型丝杠（406）相连接。

8.根据权利要求1所述的飞机蒙皮现场冲压成型机，其特征在于：所述整型阀块（407）的活塞腔（408）内嵌装有活塞套（409），整型活塞（411）滑动设置于活塞套（409）内。

9.根据权利要求1所述的飞机蒙皮现场冲压成型机，其特征在于：所述阀块油道（414）内滑动设置有平衡阀块（415），平衡阀块（415）两端的阀块油道（414）分别通向对应端的活塞腔（408）。

10.根据权利要求1所述的飞机蒙皮现场冲压成型机，其特征在于：所述冲压控制器（10）为PLC控制器。

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