CN115284191A - 一种异形复杂曲面胶接工装及其加工方法 - Google Patents

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王勇
刘伟军
朱荣文
游波
黄平凯
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    • F16B11/00—Connecting constructional elements or machine parts by sticking or pressing them together, e.g. cold pressure welding
    • F16B11/006—Connecting constructional elements or machine parts by sticking or pressing them together, e.g. cold pressure welding by gluing

Abstract

本发明公开了一种异形复杂曲面胶接工装及其加工方法，包括用于支撑零件的工装体和用于固定零件的压紧构件；所述工装体包括多个水平分瓣，多个所述水平分瓣由上到下层级分布，相邻两个水平分瓣之间固定连接；所述水平分瓣包括弧形部和直线部，所述弧形部和直线部固定连接。本发明的工装分步加工，由数控铣加工得到独立的弧形部和直线部，通过两次组装成型工装体，水平分瓣组装形成工装体时，每层水平分瓣的组装过程以同一基准面进行，可减小成型过程的误差；分体式加工再焊接成型可降低工装体的加工难度，同时节约材料。

Description

一种异形复杂曲面胶接工装及其加工方法
技术领域
本发明涉及飞机零部件加工装置技术领域，特别涉及一种异形复杂曲面胶接工装及其加工方法。
背景技术
目前，复合材料由于其优良的高比强度、高比模量、可设计性和抗疲劳性等性能，已经被广泛应用在航空、航天、汽车等多个领域。
复合材料一般包括内蒙皮、外蒙皮和蜂窝板，成型方式为蜂窝板夹在内蒙皮和外蒙皮之间，三者之间胶体胶接固定。胶接过程需要胶接工装进行支撑和固定，现有的胶接工装为一体铸造成型，这样的结构及成型方式存在如下不足：整体铸造，成型后的工装为实心结构，其重量大，搬运、维护困难；若将工装设置为空心结构，则会增加工装成型模具的设计及制造成本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种异形复杂曲面胶接工装及其加工方法，工装分步加工，由数控铣加工得到独立的弧形部和直线部，通过两次组装成型工装体，水平分瓣组装形成工装体时，每层水平分瓣的组装过程以同一基准面进行，可减小成型过程的误差；分体式加工再焊接成型可降低工装体的加工难度，同时节约材料。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种异形复杂曲面胶接工装，包括用于支撑零件的工装体和用于固定零件的压紧构件；
所述工装体包括多个水平分瓣，多个所述水平分瓣由上到下层级分布，相邻两个水平分瓣之间固定连接；
所述水平分瓣包括弧形部和直线部，所述弧形部和直线部固定连接；
所述弧形部和直线部均包括外型面板和内支撑筋板，弧形部和直线部的外形面板形成与零件形状适配且内部空心的支撑型面，所述内支撑筋板设置在外型面板内部；
多个弧形部和多个直线部分体成型后整体固定形成一体化的工装体。
进一步地，最底层的所述外型面板上设有装配耳板，所述装配耳板上设有螺纹孔。
进一步地，还包括底座，所述工装体通过装配耳板、螺纹孔、螺栓与所述底座可拆卸连接。
进一步地，所述压紧构件包括压板组件和支架组件，所述支架组件设置在所述底座上，所述压板组件通过支架组件与所述底座可拆卸连接，所述压板组件用于将零件压紧在工装体上。
进一步地，所述压板组件包括弧形压板和直线压板，所述弧形压板为一体化结构，弧形压板上设有与所述弧形部的外型面板适配的弧形压紧槽，所述直线压板包括第一直板和第二直板，所述第一直板和第二直板顶部设有连接耳板，第一直板和第二直板之间形成与直线部的外型面板适配的直线压紧槽；
所述支架组件包括弧形支架和直线支架，所述弧形支架包括两个弧形支座，两个所述弧形支座与所述底座可拆卸连接，两个所述弧形支座对称设置弧形部的两侧，所述弧形压板底部与所述弧形支座插接，弧形压板与弧形支座之间通过插销固定；
所述直线支架包括顶部固定架、两个第一直线支座和两个第二直线支座，所述固定架与所述底座相连接，两个所述第一直线支座与所述底座可拆卸连接，两个所述第一直线支座对称设置在直线部的两侧，两个所述第二直线支座与所述顶部固定架相连接，且两个第二直线支座位于直线部的两侧与两个第一直线支座上下对应；所述直线压板的顶部通过连接耳板、两个第二直线支座固定，所述直线压板的底部通过两个第一直线支座固定。
进一步地，所述底座上设有四个吊环螺钉。
进一步地，相邻两个水平分瓣之间的连接面为弧形面。
一种异形复杂曲面胶接工装的加工方法，包括如下步骤：
S10、弧形部、直线部的分体成型及压紧构件成型：分别加工成型得到独立的弧形部和独立的直线部；
S20、水平分瓣成型：将步骤S10中加工得到的弧形部及与其对应的直线部固定，得到多个水平分瓣；
S30、工装体成型：（1）以尺寸最大的水平分瓣的顶面为成型基准，将尺寸第二大的水平分瓣与尺寸最大的水平分瓣固定连接，形成第一基准体；（2）将尺寸第三大的水平分瓣与第一基准体固定连接，形成第二基准体；重复步骤（1）、步骤（2）直至形成一体化的工装体；
S40、工装体精加工：将步骤S30中的工装体整体数控铣精加工，得到表面光滑的工装体。
进一步地，所述步骤S10中弧形部和直线部通过数控铣成型。
本发明的有益效果是：
本发明的工装分步加工，由数控铣加工得到独立的弧形部和直线部，通过两次组装成型工装体，水平分瓣组装形成工装体时，每层水平分瓣的组装过程以同一基准面进行，可减小成型过程的误差；分体式加工再焊接成型可降低工装体的加工难度，同时节约材料。
附图说明
图1为本发明实施例中异形复杂曲面胶接工装的正视图；
图2为本发明实施例中异形复杂曲面胶接工装的俯视图；
图3为本发明实施例中异形复杂曲面胶接工装的侧视图；
图4为工装体的结构示意图；
图5为工装体的爆炸视图；
图6为压板组件的结构示意图；
图中，1、工装体；2、压紧构件；3、水平分瓣；4、弧形部；5、直线部；6、外型面板；7、内支撑筋板；8、装配耳板；9、压板组件；10、支架组件；11、弧形压板；12、直线压板；13、弧形压紧槽；14、直线压紧槽；15、弧形支座；16、固定架；17、第一直线支座；18、第二直线支座；19、吊环螺钉；20、底座。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本发明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，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的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。
参阅图1-图6，本发明提供一种技术方案：
实施例1：
如图1-图6所示，一种异形复杂曲面胶接工装及其加工方法，包括用于支撑零件的工装体1和用于固定零件的压紧构件2；
所述工装体1包括多个水平分瓣3，多个所述水平分瓣3由上到下层级分布，相邻两个水平分瓣3之间固定连接；
所述水平分瓣3包括弧形部4和直线部5，所述弧形部4和直线部5固定连接；
如图5所示，所述弧形部4和直线部5均包括外型面板6和内支撑筋板7，弧形部4和直线部5的外形面板形成与零件形状适配且内部空心的支撑型面，所述内支撑筋板7设置在外型面板6内部；
多个弧形部4和多个直线部5分体成型后整体固定形成一体化的工装体1。
工装体1加工时，（1）首先数控铣粗加工处多个独立的直线部5和弧形部4，本实施例中直线部5和弧形部4的数量均为4个。
（2）直线部5和弧形部4加工完成后，进行水平分瓣3的组装，具体为：同一层对应的弧形部4与直线部5焊接固定形成水平分瓣3，其中焊接时，弧形部4的外型面板6其端面与直线部5的外型面板6其端面对接后焊接，两者连接面为平面（斜面），平面焊接可降低焊接难度。
（3）水平分瓣3形成后进行整体组装以形成工装体1，具体为：以最底层（尺寸最大）的水平分瓣3为基准进行焊接，将上一层（尺寸第二大）的水平分瓣3底面贴紧最底层的水平分瓣3顶面后进行焊接，形成第一基准体（其中，两个水平分瓣3焊接时，两个弧形部4上下对应，两个直线部5上下对应）。将尺寸第三大的水平分瓣3与第一基准体焊接，形成第二基准体；重复前述步骤直至形成一体化的工装体1。
（4）工装体1成型后，整体数控铣精加工，使工装体1型面精度、型面粗糙度达到要求，保证工装型面平整光滑，无明显刀痕，无划伤。
本发明的工装分步加工，由数控铣加工得到独立的弧形部4和直线部5，通过两次组装成型工装体1，水平分瓣3组装形成工装体1时，每层水平分瓣3的组装过程以同一基准面进行，可减小成型过程的误差；分体式加工再焊接成型可降低工装体1的加工难度，同时节约材料。
进一步地，最底层的所述外型面板6上设有装配耳板8，所述装配耳板8上设有螺纹孔。
还包括底座20，所述工装体1通过装配耳板8、螺纹孔、螺栓与所述底座20可拆卸连接。设置的装配耳板8用于与底座20的连接，方便工装的固定，保证零件成型时，工装的稳定性。
进一步地，如图1-图3和图6所示，所述压紧构件2包括压板组件9和支架组件10，所述支架组件10设置在所述底座20上，所述压板组件9通过支架组件10与所述底座20可拆卸连接，所述压板组件9用于将零件压紧在工装体1上。
进一步地，如图1-图3和图6所示，所述压板组件9包括弧形压板11和直线压板12，所述弧形压板11为一体化结构，弧形压板11上设有与所述弧形部4的外型面板6适配的弧形压紧槽13，所述直线压板12包括第一直板和第二直板，所述第一直板和第二直板顶部设有连接耳板，第一直板和第二直板之间形成与直线部5的外型面板6适配的直线压紧槽14；
所述支架组件10包括弧形支架和直线支架，所述弧形支架包括两个弧形支座15，两个所述弧形支座15与所述底座20可拆卸连接，两个所述弧形支座15对称设置弧形部4的两侧，所述弧形压板11底部与所述弧形支座15插接，弧形压板11与弧形支座15之间通过插销固定；（需要说明的是：此处弧形支架并非指支架为弧形，而指弧形支架与弧形部4对应的支架，弧形压板11并非指弧形的压板，而指弧形压紧槽13与弧形部4对应的零件适配的压板，其余同理）
所述直线支架包括顶部固定架16、两个第一直线支座17和两个第二直线支座18，所述固定架16与所述底座20相连接，两个所述第一直线支座17与所述底座20可拆卸连接，两个所述第一直线支座17对称设置在直线部5的两侧，两个所述第二直线支座18与所述顶部固定架16相连接，且两个第二直线支座18位于直线部5的两侧与两个第一直线支座17上下对应；所述直线压板12的顶部通过连接耳板、两个第二直线支座18固定，所述直线压板12的底部通过两个第一直线支座17固定。
其中，弧形压板11和至直线压板12底部均设有耳板，耳板与支座卡接后通过插销固定。
其中，弧形压板11及对应的弧形支架设置两个，分别分布在工装体1的前端和中部；直线压板12及直线支架设置在工装体1的尾部，如此即可对工件形成首、中、尾三点（面）压紧的固定方式，可保证蒙皮与蜂窝胶接时的稳定性。
弧形支座15通过螺栓可拆卸的连接在底座20上，弧形压板11与弧形支座15插接后通过插销固定。
而直线压板12由于位于工装尾部，工装尾部为工装最高点，因此直线压板12加工为由第一直线板和第二直线板组成的分体式结构。固定架16通过螺栓与底座20可拆卸连接，第二直线支座18固定在固定加上，第一直线支座17通过螺栓与底座20可拆卸连接。将第一直线板的上下两端分别通过上下对应的第一直线支座17和第二直线支座18卡接后由插销固定，第二直线板的固定同理。分体式直线压板12的设计可减小直线压板12的加工难度以及避免整体加工时出现的形变。
进一步地，如图1所示，所述底座20上设有四个吊环螺钉19。设置的吊环螺钉19方便底座20的转运。
进一步地，如图5所示，相邻两个水平分瓣3之间的连接面为弧形面。以弧形面为连接面可增加相邻水平分瓣3之间的接触面积，进而增加焊接点，提高二者连接的稳固性。
实施例2：
本实施例为一种实施例1中异形复杂曲面胶接工装的加工方法，包括如下步骤：
S10、弧形部4、直线部5的分体成型及压紧构件2成型：分别加工成型得到独立的弧形部4和独立的直线部5；
S20、水平分瓣3成型：将步骤S10中加工得到的弧形部4及与其对应的直线部5固定，得到多个水平分瓣3；
S30、工装体1成型：（1）以尺寸最大的水平分瓣3的顶面为成型基准，将尺寸第二大的水平分瓣3与尺寸最大的水平分瓣3固定连接，形成第一基准体；（2）将尺寸第三大的水平分瓣3与第一基准体固定连接，形成第二基准体；重复步骤（1）、步骤（2）直至形成一体化的工装体1；
S40、工装体1精加工：将步骤S30中的工装体1整体数控铣精加工，得到表面光滑的工装体1。
其中，水平分瓣之间的连接面在水平方向，成型部与直线部之间的连接面在竖直方向。
进一步地，所述步骤S10中弧形部和直线部通过数控铣成型。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种异形复杂曲面胶接工装，其特征在于：包括用于支撑零件的工装体和用于固定零件的压紧构件；
所述工装体包括多个水平分瓣，多个所述水平分瓣由上到下层级分布，相邻两个水平分瓣之间固定连接；
所述水平分瓣包括弧形部和直线部，所述弧形部和直线部固定连接；
所述弧形部和直线部均包括外型面板和内支撑筋板，弧形部和直线部的外形面板形成与零件形状适配且内部空心的支撑型面，所述内支撑筋板设置在外型面板内部；
多个弧形部和多个直线部分体成型后整体固定形成一体化的工装体。
2.根据权利要求1所述异形复杂曲面胶接工装，其特征在于：最底层的所述外型面板上设有装配耳板，所述装配耳板上设有螺纹孔。
3.根据权利要求2所述异形复杂曲面胶接工装，其特征在于：还包括底座，所述工装体通过装配耳板、螺纹孔、螺栓与所述底座可拆卸连接。
4.根据权利要求3所述异形复杂曲面胶接工装，其特征在于：所述压紧构件包括压板组件和支架组件，所述支架组件设置在所述底座上，所述压板组件通过支架组件与所述底座可拆卸连接，所述压板组件用于将零件压紧在工装体上。
5.根据权利要求4所述异形复杂曲面胶接工装，其特征在于：所述压板组件包括弧形压板和直线压板，所述弧形压板为一体化结构，弧形压板上设有与所述弧形部的外型面板适配的弧形压紧槽，所述直线压板包括第一直板和第二直板，所述第一直板和第二直板顶部设有连接耳板，第一直板和第二直板之间形成与直线部的外型面板适配的直线压紧槽；
所述支架组件包括弧形支架和直线支架，所述弧形支架包括两个弧形支座，两个所述弧形支座与所述底座可拆卸连接，两个所述弧形支座对称设置弧形部的两侧，所述弧形压板底部与所述弧形支座插接，弧形压板与弧形支座之间通过插销固定；
所述直线支架包括顶部固定架、两个第一直线支座和两个第二直线支座，所述固定架与所述底座相连接，两个所述第一直线支座与所述底座可拆卸连接，两个所述第一直线支座对称设置在直线部的两侧，两个所述第二直线支座与所述顶部固定架相连接，且两个第二直线支座位于直线部的两侧与两个第一直线支座上下对应；所述直线压板的顶部通过连接耳板、两个第二直线支座固定，所述直线压板的底部通过两个第一直线支座固定。
6.根据权利要求3所述异形复杂曲面胶接工装，其特征在于：所述底座上设有四个吊环螺钉。
7.根据权利要求1所述异形复杂曲面胶接工装，其特征在于：相邻两个水平分瓣之间的连接面为弧形面。
8.一种权利要求1-7任一项所述工装的加工方法，其特征在于：包括如下步骤：
S10、弧形部、直线部的分体成型及压紧构件成型：分别加工成型得到独立的弧形部和独立的直线部；
S20、水平分瓣成型：将步骤S10中加工得到的弧形部及与其对应的直线部固定，得到多个水平分瓣；
S30、工装体成型：（1）以尺寸最大的水平分瓣的顶面为成型基准，将尺寸第二大的水平分瓣与尺寸最大的水平分瓣固定连接，形成第一基准体；（2）将尺寸第三大的水平分瓣与第一基准体固定连接，形成第二基准体；重复步骤（1）、步骤（2）直至形成一体化的工装体；
S40、工装体精加工：将步骤S30中的工装体整体数控铣精加工，得到表面光滑的工装体。
9.根据权利要求8所述加工方法，其特征在于：所述步骤S10中弧形部和直线部通过数控铣成型。
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