CN115179065B - 一种进气道类复材工装模板加工支撑结构及余量调整方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种进气道类复材工装模板加工支撑结构，用于异型薄壳式整体进气道类复材工装模板的数控加工，包括底框、基准板和随形支撑架；所述随形支撑架有若干，并均匀的设置在所述底框上方、用于与待加工模板相接；所述基准板成对设置，共有多对，每对基准板分别位于所述底框下方两侧。同时，还提供了异型薄壳式进气道类复材工装模板加工的余量调整方法，解决了异型薄壳式进气道类复材工装模板数控加工时余量极为不均匀的难题。

Description

一种进气道类复材工装模板加工支撑结构及余量调整方法

技术领域

本申请涉及飞机制造技术领域，具体涉及一种进气道类复材工装模板加工支撑结构及余量调整方法。

背景技术

整体复材进气道零件的成型主要采用的是薄壳结构成型工装，这种薄壳式工装由多个异型模板组成，其加工工艺路线中包括数控粗加工方法，该方法中待加工模板的余量调整主要是通过不断试错，来使模板姿态尽量与理论数模姿态保持一致。若模板在前期预成型效果不好，余量本身不均匀，采用上述方法进行余量调整，就会存在以下问题：①每次加垫处理时，只能根据实际结果进行大致估计，无法进行量化调整，需要多次调整及余量检测，调整耗时较长；②长时间占用数控机床，影响机床的有效使用率；③调整时根据检测结果进行微调，不断试错，无法保证能够达到最佳的状态，调整后的余量可能不均匀，导致加工误差大；④简易支撑块和两端简易毛头无理论数模，数控加工找正时仅靠在毛头上记录的基准实际坐标值，在多次数控加工时，加工坐标系找正容易出错。

因此，需要一种异型薄壳式进气道类复材工装模板加工的支撑结构和余量调整方法，来解决异型薄壳式进气道类复材工装模板数控加工时余量极不均匀的难题。

发明内容

本申请的主要目的是为了解决异型薄壳式进气道类复材工装模板数控加工时余量极不均匀的难题，提供一种进气道类复材工装模板加工支撑结构及余量调整方法。

为实现上述目的，本申请提供一种进气道类复材工装模板加工支撑结构，一种进气道类复材工装模板加工支撑结构，用于异型薄壳式整体进气道类复材工装模板的数控加工，包括底框、基准板和随形支撑架；所述随形支撑架有若干，并均匀的设置在所述底框上方、用于与待加工模板相接；所述基准板成对设置，共有多对，每对基准板分别位于所述底框下方两侧。

可选的，所述基准板伸出所述底框外，且伸出长度不大于100mm。

可选的，所述支撑结构还包括起吊组件，所述起吊组件包括均匀设置在所述底框外侧的吊耳，每个所述吊耳上均设有吊孔。

可选的，还包括基准垫块，所述基准垫块有多个，并均匀设置在所述底框下方，保证整个支撑结构整体放平。

可选的，所述底框呈长方形框状，沿其长度方向，所述底框内均匀设有多根加强横梁。

可选的，相邻所述随形支撑架之间的间距相同。

可选的，所述随形支撑架的整体呈扇形，其下方固定在底框上，其上方形状与对应位置的工装模板相匹配。

相应的，本发明还公开了一种进气道类复材工装模板加工支撑结构的余量调整方法，包括以下步骤：

测量模板型面实际状态：将待加工模板固定到所述支撑结构上，采用三坐标测量臂以所述支撑结构的基准板上的基准孔以及基准面建立测量基准，测量得到模板型面实际状态数据集Pi(xi,yi,zi)；

型面余量数据最佳拟合：放弃所述支撑结构基准板上的基准孔和基准面，利用三坐标测量臂POWERINSPECT平台，在最佳拟合的基准坐标系下完成型面最佳拟合对齐计算，得到型面余量最佳状态；

测量最佳状态下所述基准板的基准孔实际坐标点位：通过三坐标测量臂在最佳拟合的基准坐标系下测量所述支撑结构的基准板的基准孔，记录实际坐标点位；

测量最佳状态下所述基准板的基准面实际坐标点位：通过三坐标测量臂在最佳拟合的基准坐标系下测量所述支撑结构的基准板的基准面，每块基准板采集多个点，记录实际坐标点位；

重构数模：利用所述基准面实际坐标点位，通过三维CAD平台建立实际基准平面，并以所建立的实际基准平面重构所述支撑结构基准板以及支撑结构数模；

重构基准孔：利用基准孔实测值在重构的数模下重构基准孔，实现所述待加工模板与支撑结构的相对位置关系与数模的一致性，确保理论加工坐标系与实际坐标系对齐。

可选的，所述随形支撑架通过AB胶与待加工模板连接。

可选的，所述测量型面余量最佳状态，包括以下步骤：在POWERINSPECT平台中对实际测量数据集Pi(xi,yi,zi)进行坐标变换，得到变换后的测量数据集Pi'(xi',yi',zi')；利用最小二乘法进行最佳拟合计算，使变换后的测量数据集Pi'与型面理论数据集Ni间的差距最小，即

可选的，所述每块基准板采集多个点中，采集的点数不低于4个。

本发明的主要原理为：通过一种进气道类复材工装模板加工支撑结构对进气道类复材工装模板数控加工进行支撑，并利用三坐标测量臂测量模板数控加工前型面余量实际状态，在POWERINSPECT平台中对实际测量数据集Pi(xi,yi,zi)进行坐标变换(包含平移和旋转)得到变换后的测量数据集Pi'(xi',yi',zi')，并利用最小二乘法进行最佳拟合计算，使变换后的测量数据集Pi'与型面理论数据集Ni间的差距最小，即随后以此最佳拟合状态的测量坐标系测量基准平台和基准孔的实际值，利用基准平台和基准孔的实际值重构基准平台，基准孔以及支撑结构，实现待加工模板的姿态与理论数模姿态调整一致，将余量调整方法由原来的“通过现有基准调整余量”改为“以最佳余量状态反推加工基准”，大幅度提高了异型薄壳式进气道类复材工装模板数控加工的效率和最终的厚度均匀性。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明结构简单，仅包括底框、基准板、起吊组件、基准垫块和随形支撑架这五个部分，其底框为主体框架结构，基准板安装在底框四周，作为数控加工找正的基准；起吊组件安装在底框两侧，按整体重心均匀分布，保证了起吊平稳均匀；基准垫块安装在底框下方，保证了整个支撑结构整体放平；随形支撑架平均分布在底框中部，与底框通过焊接连接，上部随形部分通过AB胶提供粘接力与待加工零件进行连接，为进气道复材工装模板提供随形支撑。

本发明余量调整简单来说包括测量实际状态、拟合最佳状态、基准逆向重构这三个方面，而基准逆向重构仅仅需要针对基准板的基准孔和基准面以及支撑结构进行数模重构即可，调整方法简单，不易出错，可将待加工模板的姿态与理论数模姿态调整一致，实现了余量最佳拟合调整和快速找正，确保型面余量尽量均匀，大幅度提高了异型薄壳式进气道类复材工装模板数控加工的效率和加工精度。

首先，本发明余量调整方法是基于三坐标测量臂精准测量最佳拟合计算，属于精准的量化调整，无需多次调整及余量检测，调整方法简单方便，节省时间，无需占用数控机床进行调整，可有效提升机床的有效使用率。其次，本发明调整余量的操作无需多次重复微调，无需多次试错，一次操作即可达到最佳状态，调整后的余量均匀，数控加工后模板厚度均匀性好，工装整体的刚强度和热均匀性较好。最后，本发明数控加工找正依靠的是基准板，而基准板有多对，并均匀安装在底框两侧，通过本发明余量调整方法调整余量后，每个基准板均有逆向重构的工艺数模，数模基准孔与加工基准统一，即使经过多次数控加工，加工坐标系找正也不容易出错，从而提高工装模板的制作精度。

附图说明

图1为本申请实施方式1所述支撑结构的结构示意图；

图2为本申请实施方式1所述安装好待加工模板的支撑结构的结构示意图；

图3为本申请实施方式2工装模板数控加工未进行余量调整时的示意图；

图4为本申请实施方式2工装模板数控加工未进行余量调整时加工效果图；

图5为本申请实施方式2工装模板数控加工的余量调整方法的流程图；

图6为本申请实施方式2工装模板数控加工余量调整之前的状态图；

图7为本申请实施方式2工装模板数控加工余量调整之后的状态图；

图8为本申请实施方式2工装模板数控加工余量调整之后加工效果图；

图9为本申请实施方式2重构数模状态图；

图10为本申请实施方式2选择的待加工的薄壳式复材整体进气道成型工装的模板分块结构示意图。

附图标记：1-底框，2-基准板，3-吊耳，4-基准垫块，5-随形支撑架，6-待加工模板，7-理论型面，8-预成型后实际余量状态，9-预成型后理论余量状态，10-理论型面，11-最终加工效果，12-型面最佳状态。

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

实施方式1

参照图1和图2，本实施方式提供了一种进气道类复材工装模板加工支撑结构，用于异型薄壳式整体进气道类复材工装模板的数控加工，包括底框1、基准板2、起吊组件、基准垫块4和随形支撑架5。

所述底框1由方钢焊接连接，形成长方形框状的框架结构，且沿其长度方向，所述底框内均匀设有多根加强横梁，横梁之间的间隔在1000mm～1200mm之间，横梁也可采用方钢，如此，底框整体结构强度即可满足需求。

所述基准板2成对设置，共有多对，每对基准板分别位于所述底框1下方两侧，作为数控加工找正的基准。基准板2为正方形轮廓钢板，长度及宽度200mm～300mm，厚度10～15mm，采用普通钢板加工，同侧相邻的基准板之间间距1000mm左右，作为数控加工找正的基准。基准板2需沿底框宽度方向伸出底框最大轮廓100mm，避免在实际加工时，基准板2位置与待加工零件存在干涉，无法对刀。

所述起吊组件包括均匀设置在所述底框1外侧的吊耳3，每个所述吊耳上均设有吊孔。整体来看，吊耳按整体重心均匀分布，以能够让整个支撑结构的重心落在底框1的长对称轴上为佳，本实施例是结合刚强度仿真分析设置的吊耳数量，通过设置不同数量和不同间距的吊耳对支撑结构进行刚强度仿真，以支撑结构整体自重变形不超过1mm时的最优吊耳数量和间距进行设置，并按整体重心均匀分布的，可以有效保证起吊平稳均匀。

所述基准垫块有多个，并均匀设置在所述底框1下方，沿底框1各方向间隔800mm左右分布，保证整个支撑结构整体放平。

所述随形支撑架有若干，相邻所述随形支撑架5之间的间距相同，约600mm。所述随形支撑架5的整体呈扇形，其下方焊接连接在底框上，其上方形状与对应位置的工装模板6相匹配，设计时留有0.5mm～1mm的间隙，并预留避让槽避免支撑结构与模板背部加强筋结构干涉，通过AB胶提供粘接力与待加工零件进行连接，为进气道复材工装模板提供随形支撑。特别地，若待加工模板变形过大，模板非工作面与随形支撑组件间隙较大时，可通过粘胶填充间隙，实现自适应的粘接。

实施方式2

现有技术中，待加工模板预成型后，由于回弹、变形等因素影响，型面整体余量与理论相差较大，余量极为不均匀，如图3所示。若直接以图3中所示的状态，按照理论型面进行数控加工，由于型面余量的不均匀，会造成整个模板厚度均匀性非常差，具体参见图4，最终影响工装的整体刚强度和热均匀性。本实施方式的提出，即是为了解决这一问题。

参照图5～图10，作为本发明的一可选的实施方式，其公开了基于利用实施方式1所述异型薄壳式进气道类复材工装模板加工的支撑结构进行工装模板加工的余量调整方法。本实施方式将以如图10所示的待加工的薄壳式复材整体进气道成型工装的模板分块的余量调整方法为例进行说明，参见图5，包括以下步骤：

S1、测量模板型面实际状态；

将待加工的薄壳式复材整体进气道成型工装的模板分块(以下简称待加工模板6)通过AB胶粘接到支撑结构的随形支撑架5上，采用三坐标测量臂以所述支撑结构的基准板2上的基准孔以及基准面建立测量基准，以30mm左右间距取点测量型面，得到测量数据集Pi，获得模板型面实际状态，如图6所示。

S2、型面余量数据最佳拟合；

放弃所述支撑结构基准板上的基准孔和基准面，利用三坐标测量臂POWERINSPECT平台，对测量数据集Pi进行坐标变换(包含平移和旋转)，并利用最小二乘法进行最佳拟合计算，使变换后的测量数据集Pi'与型面理论数据集Ni间的差距最小，得到变换后的测量数据集Pi'，得到型面余量最佳状态，如图7所示。

S3、测量最佳状态下所述基准板的基准孔实际坐标点位；

通过三坐标测量臂在最佳拟合状态的测量坐标系下测量所述支撑结构的基准板的基准孔，记录实际坐标点位。

S4、测量最佳状态下所述基准板的基准面实际坐标点位。

通过三坐标测量臂在最佳拟合状态的测量坐标系下测量所述支撑结构的基准板的基准面，每块基准板采集多个点，记录实际坐标点位。

S5、重构数模；

利用所述基准面实际坐标点位，通过三维CAD平台建立实际基准平面，并以所建立的实际基准平面重构所述支撑结构基准板以及支撑结构数模，如图9所示，其中，虚线处即为原始数模状态，对应的实线处即为逆向重构的工艺数模。

S6、重构基准孔；

利用基准孔实测值在重构的数模下重构基准孔，实现所述待加工模板(6)与支撑结构的相对位置关系与数模的一致性，确保理论加工坐标系与实际坐标系对齐，其最终加工效果如图8所示。

本实施方式提供的异型薄壳式进气道类复材工装模板加工的余量调整方法，改变了此类薄壳模板零件的余量调整及找正方式，解决了异型薄壳式进气道类复材工装模板数控加工时余量极为不均匀的难题，实现了余量最佳拟合调整和快速找正，大幅度提高了异型薄壳式进气道类复材工装模板数控加工的效率和加工精度。

以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种进气道类复材工装模板加工支撑结构，用于异型薄壳式整体进气道类复材工装模板的数控加工，其特征在于，包括底框(1)、基准板(2)和随形支撑架(5)；所述随形支撑架有若干，并均匀的设置在所述底框上方、用于与待加工模板(6)相接；所述基准板(2)成对设置，共有多对，每对基准板分别位于所述底框(1)下方两侧；

相应的，基于上述支撑结构的余量调整方法，包括以下步骤：

将待加工模板(6)通过AB胶固定到所述支撑结构的随形支撑架(5)上，采用三坐标测量臂以所述支撑结构的基准板(2)上的基准孔以及基准面建立测量基准，测量得到模板型面实际状态数据集Pi(xi,yi,zi)；

放弃所述支撑结构基准板上的基准孔和基准面；

在POWERINSPECT平台中对实际测量数据集Pi(xi,yi,zi)进行坐标变换，得到变换后的测量数据集Pi'(xi',yi',zi')；

利用最小二乘法进行最佳拟合计算，使变换后的测量数据集Pi'与型面理论数据集Ni间的差距最小，得到型面余量最佳状态；

通过三坐标测量臂在最佳拟合的基准坐标系下测量所述支撑结构的基准板的基准孔，记录实际坐标点位；

通过三坐标测量臂在最佳拟合的基准坐标系下测量所述支撑结构的基准板的基准面，每块基准板采集多个点，记录实际坐标点位；

利用所述基准面实际坐标点位，通过三维CAD平台建立实际基准平面，并以所建立的实际基准平面重构所述支撑结构基准板以及支撑结构数模；

利用基准孔实测值在重构的数模下重构基准孔，实现所述待加工模板(6)与支撑结构的相对位置关系与数模的一致性，确保理论加工坐标系与实际坐标系对齐。

2.根据权利要求1所述的一种进气道类复材工装模板加工支撑结构，其特征在于，所述基准板(2)伸出所述底框(1)外，且伸出长度不大于100mm。

3.根据权利要求1所述的一种进气道类复材工装模板加工支撑结构，其特征在于，所述支撑结构还包括起吊组件，所述起吊组件包括均匀设置在所述底框(1)外侧的吊耳(3)，每个所述吊耳上均设有吊孔。

4.根据权利要求1所述的一种进气道类复材工装模板加工支撑结构，其特征在于，还包括基准垫块(4)，所述基准垫块有多个，并均匀设置在所述底框(1)下方，保证整个支撑结构整体放平。

5.根据权利要求1所述的一种进气道类复材工装模板加工支撑结构，其特征在于，所述底框(1)呈长方形框状，沿其长度方向，所述底框内均匀设有多根加强横梁。

6.根据权利要求1所述的一种进气道类复材工装模板加工支撑结构，其特征在于，相邻所述随形支撑架(5)之间的间距相同。

7.根据权利要求1所述的一种进气道类复材工装模板加工支撑结构，其特征在于，所述随形支撑架(5)的整体呈扇形，其下方固定在底框上，其上方形状与对应位置的待加工模板(6)相匹配。

8.根据权利要求1所述的进气道类复材工装模板加工支撑结构，其特征在于，所述每块基准板采集多个点中，采集的点数不低于4个。