CN118106890A - 一种柔性航空高筋多筋壁板喷丸成形夹具及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于航空制造领域，尤其涉及一种柔性航空高筋多筋壁板喷丸成形夹具及使用方法，其特征在于该柔性航空高筋多筋壁板喷丸成形夹具包括底板装置、移动横梁装置和伸缩壁板夹持装置。底板装置为整个喷丸成形夹具零部件安装平台，移动横梁装置安装在其上，沿着齿条移动；移动横梁装置的横梁体上设置移动槽并设置齿条；伸缩壁板夹持装置在横梁体的移动槽沿齿条移动。喷丸成形加工时，伸缩壁板夹持装置的夹手可以夹持高度多筋壁板，通过移动横梁装置和伸缩壁板夹持装置控制和调整壁板三维姿态；喷丸成形加工时，可以调整壁板三维姿态，使得喷丸喷射方向与待加工壁板区域表面弦向和展向夹角误差小于±1°。该喷丸成形夹具设备提高了航空高筋多筋壁板喷丸成形加工效率和成形质量，同时降低了壁板喷丸成形加工成本。
Description
技术领域
本发明专利涉及航空壁板喷丸成形加工领域，具体涉及一种柔性航空高筋多筋壁板喷丸成形夹具及使用方法。
背景技术
在传统飞机航空制造领域中，高筋多筋整体壁板是由整块板坯制成的飞机整体结构件，筋条高度一般大于30mm，筋条数至少有两个，主要有平行筋条和交叉筋条等类型。高筋多筋结构使得整体壁板抗弯刚度增大，且壁板刚度变化不连续，运用喷丸成形工艺对高筋多筋壁板进行成形，成形难度也在增加，传统单一喷丸成形工艺很难实现成形要求，结合数控喷丸成形、激光喷丸成形和超声喷丸成形技术等的复合喷丸成形工艺成为目前研究的热点。喷丸成形加工时，待成形壁板加工面与激光喷丸激光束、数控喷丸弹丸射流及超声喷丸振动工具头夹角对成形加工质量具有重大影响。现有壁板夹具一般采用固定夹持，加工过程中壁板姿态固定，待成形壁板加工面与激光喷丸激光束、数控喷丸弹丸射流及超声喷丸振动工具头夹角误差不能一直保持在一个很小数值范围内，特别是数控机械喷丸加工时，待加工表面和喷丸射流夹角变化很大，这严重影响喷丸成形质量；同时，复合喷丸成形时，现在夹具需要多次装夹壁板，这也会影响成形质量，目前需要一种可以在喷丸成形加工过程中随时调整壁板姿态的夹具。因此，本发明专利发明了一种柔性航空高筋多筋壁板喷丸成形夹具及使用方法，用于航空高筋多筋壁板的喷丸成形加工。
发明内容
针对传统航空高筋多筋壁板喷丸成形加工的缺陷或不足，本发明专利的目的在于提供一种满足不同形状及尺寸的航空高筋多筋壁板喷丸成形夹具及使用方法，可以有效、快速地实现多种样式和尺寸的航空壁板喷丸成形加工。
为了实现上述技术任务，本发明采用以下技术方案：
一种柔性航空高筋多筋壁板喷丸成形夹具及使用方法，其特征在于该柔性航空高筋多筋壁板喷丸成形夹具包括底板装置、移动横梁装置和伸缩壁板夹持装置。底板装置为整个喷丸成形夹具零部件安装平台，移动横梁装置安装在其上，沿着齿条移动；移动横梁装置的横梁体上设置移动槽并设置齿条；伸缩壁板夹持装置在横梁体的移动槽沿齿条移动。喷丸成形加工时，伸缩壁板夹持装置的夹手可以夹持高度多筋壁板，通过移动横梁装置和伸缩壁板夹持装置控制和调整壁板三维姿态；喷丸成形加工时，可以调整壁板三维姿态，使得喷丸喷射方向与待加工壁板区域表面弦向和展向夹角误差小于±1°。该喷丸成形夹具设备提高了航空高筋多筋壁板喷丸成形加工效率和成形质量，同时降低了壁板喷丸成形加工成本。
进一步地，所述底板装置包括齿条、底板框架组成。底板框架两侧开有空槽，以便安装齿条，每侧空槽上下各安装1个齿条，以便保证移动横梁装置移动的精确性，底板框架两端各设置两个挂耳以便夹具吊装移动。
进一步地，所述移动横梁装置包括横梁体、齿条、驱动电机和齿轮组成。横梁体中间开有移动槽，两端设置有驱动电机安装槽。齿条安装在横梁体的移动槽中，槽两侧各安装一个；驱动电机在横梁体两端的电机安装槽各安装一个，齿轮安装在驱动电机上。
进一步地，所述伸缩壁板夹持装置包括电动伸缩筒、转动头、弹簧、夹手、安装销、驱动电机和驱动齿轮组成。转动头安装在电动伸缩筒的伸缩杆顶部，转动头可以绕伸缩杆轴线转动；夹手通过安装销安装在转动头上，可以绕安装孔转动，两夹手之间通过弹簧拉紧，形成一定夹紧力；驱动电机安装在电动伸缩筒底部，转动轴安装驱动齿轮。
进一步地，所述电动伸缩筒的伸缩杆顶部加工有安装孔，以便转动头安装，伸缩杆由电机控制在筒体内伸缩，伸缩筒筒体底部加工有驱动电机安装槽，以便电机安装。
进一步地，所述转动头转动轴上加工有环形槽，转动头安装在伸缩杆顶部时，环形槽内放置环形小阻尼橡胶环 橡胶环与伸缩杆安装孔内壁作用，放置转动头自由转动，因其小阻尼作用，不会限制夹具夹持壁板时，壁板变形引起转动头的转动。转动头上部加工有两个安装孔，以便安装夹手使用。
进一步地，所述夹手呈L形状，夹手一端加工有安装孔，安装孔通过安装销安装在转动头上；夹手一端安装有橡胶垫，夹持壁板时，橡胶垫可以提供摩擦力，并避免壁板筋条表面出现伤痕；夹手L形内侧加工有以便安装弹簧的凹槽和安装销，工作时，两个L形夹手通过弹簧拉紧对壁板进行夹持作业。
进一步地，所述横梁体上部加工有凹槽，以便安装齿条，横梁体两端加工有凹槽，以便安装驱动电机，横梁体有一定刚度，夹具夹持壁板时横梁体变形很小，不影响壁板姿态控制的准确性。
进一步地，所述柔性航空高筋多筋壁板喷丸成形夹具使用方法，其特征在于该方法具体内容如下：
将所述底板装置、移动横梁装置和伸缩壁板夹持装置安装调整好。根据壁板尺寸，调整移动横梁装置和伸缩壁板夹持装置夹持带成形航空高筋多筋壁板。喷丸成形加工时，根据壁板成形状况和喷丸射流方向，通过移动横梁装置和伸缩壁板夹持装置的电动伸缩筒调整壁板姿态，使得壁板待加工面与喷丸射流方向夹角处于工艺要求范围之内。随着壁板喷丸成形状况，夹具随时通过移动横梁装置和伸缩壁板夹持装置调整高筋多筋壁板姿态，直到加工完成。
加工过程中，根据不太规格高筋多筋壁板尺寸及技术要求，通过移动横梁装置和伸缩壁板夹持装置调整壁板姿态，使得喷丸喷射方向与待加工壁板区域表面弦向和展向夹角误差小于±1°。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明提供了一种柔性航空高筋多筋壁板喷丸成形夹具及使用方法，可以实现航空高筋多筋壁板喷丸成形，同时根据壁板结构特点，可以实现多种尺寸高筋壁板和多筋壁板喷丸成形。
2、同现有技术相比，本发明可以实现高筋多筋壁板的柔性夹持，根据喷丸成形过程时时调整壁板姿态以满足喷丸成形工艺要求，提高壁板喷丸成形质量。
3、该发明采用柔性夹具技术，可以壁板在符合喷丸过程中避免多次装夹带来的装夹误差，提高壁板喷丸成形质量，并降低壁板多次装夹带来工时成本，降低加工成本，提高生产效率。
附图说明
图1是航空高筋多筋壁板喷丸成形柔性夹具结构示意图；
图2是喷丸成形后航空高筋多筋壁板夹具夹持示意图；
图3是底板装置结构示意图；
图4是移动横梁装置结构示意图；
图5是伸缩壁板夹持装置结构示意图；
图6是底板框架结构示意图；
图7是齿条结构示意图；
图8是横梁体结构示意图；
图9是驱动电机结构示意图；
图10是驱动齿轮结构示意图；
图11是电动伸缩筒结构示意图；
图12是驱动电机结构示意图；
图13是转动头结构示意图；
图14是夹手结构示意图；
图中符号代表：1：底板装置；2：移动横梁装置；3：伸缩壁板夹持装置；4：航空高筋多筋壁板；101：齿条；102：底板框架；201：横梁体；202：齿条；203：驱动电机；204：驱动齿轮；301：电动伸缩筒；302：转动头；303：弹簧；304：夹手；305：安装销；306：驱动电机；302：驱动齿轮；
具体实施方式
根据航空高筋多筋壁板结构特性，根据喷丸成形加工要求，调整夹具的移动横梁装置和伸缩壁板夹持装置，将待加工壁板装夹在柔性航空多筋高筋壁板夹具上。
喷丸成形加工时，伸缩壁板夹持装置的夹手可以夹持高度多筋壁板，通过移动横梁装置和伸缩壁板夹持装置时时控制和调整壁板三维姿态，使得喷丸喷射方向与待加工壁板区域表面弦向和展向夹角误差小于±1°。
实施例1：
根据柔性航空高筋多筋壁板喷丸成形夹具及使用方法，主要包括以下步骤：
将柔性夹具调整好，对尺寸为500mm*300mm*3mm，筋高30mm，筋条为3个平行筋条，筋条间距为100mm的金属2024-T3铝合金航空壁板进行壁板结构分析，并将壁板装夹在柔性夹具上。
在数控喷丸成形过程中，通过壁板伸缩夹持装置中的电动伸缩筒时时调整壁板姿态，使得壁板待加工表面与喷丸射流夹角保持在工艺要求范围内，喷丸喷射方向与待加工壁板区域表面弦向和展向夹角误差小于±1°。时时通过夹具调整壁板姿态，直到喷丸成形加工完成。
Claims (9)
1.一种柔性航空高筋多筋壁板喷丸成形夹具及使用方法，其特征在于该柔性航空高筋多筋壁板喷丸成形夹具包括底板装置(1)、移动横梁装置(2)和伸缩壁板夹持装置(3)。底板装置(1)为整个喷丸成形夹具零部件安装平台，移动横梁装置(2)安装在其上，沿着齿条(101)移动；移动横梁装置(2)的横梁体(201)上设置移动槽并设置齿条(202)；伸缩壁板夹持装置(3)在横梁体(201)的移动槽沿齿条(202)移动。喷丸成形加工时，伸缩壁板夹持装置(3)的夹手(304)可以夹持高度多筋壁板，通过移动横梁装置(2)和伸缩壁板夹持装置(3)控制和调整壁板(4)三维姿态；喷丸成形加工时，可以调整壁板(4)三维姿态，使得喷丸喷射方向与待加工壁板区域表面弦向和展向夹角误差小于±1°。该喷丸成形夹具设备提高了航空高筋多筋壁板喷丸成形加工效率和成形质量，同时降低了壁板喷丸成形加工成本。
2.根据权利要求1所述，所述底板装置(1)包括齿条(101)、底板框架(102)组成。底板框架(102)两侧开有空槽，以便安装齿条(101)，每侧空槽上下各安装1个齿条(101)，以便保证移动横梁装置(2)移动的精确性，底板框架(102)两端各设置两个挂耳以便夹具吊装移动。
3.根据权利要求1所述，所述移动横梁装置(2)包括横梁体(201)、齿条(202)、驱动电机(203)和齿轮(204)组成。横梁体(201)中间开有移动槽，两端设置有驱动电机(203)安装槽。齿条(202)安装在横梁体(201)的移动槽中，槽两侧各安装一个；驱动电机(203)在横梁体(201)两端的电机安装槽各安装一个，齿轮(204)安装在驱动电机(203)上。
4.根据权利要求1所述，所述伸缩壁板夹持装置(3)包括电动伸缩筒(301)、转动头(302)、弹簧(303)、夹手(304)、安装销(305)、驱动电机(306)和驱动齿轮(307)组成。转动头(302)安装在电动伸缩筒(301)的伸缩杆顶部，转动头(302)可以绕伸缩杆轴线转动；夹手(304)通过安装销(305)安装在转动头(302)上，可以绕安装孔转动，两夹手之间通过弹簧(303)拉紧，形成一定夹紧力；驱动电机(306)安装在电动伸缩筒(301)底部，转动轴安装驱动齿轮(307)。
5.根据权利要求1所述，所述电动伸缩筒(301)的伸缩杆顶部加工有安装孔，以便转动头(302)安装，伸缩杆由电机控制在筒体内伸缩，伸缩筒筒体底部加工有驱动电机(306)安装槽，以便电机安装。
6.根据权利要求1所述，所述转动头(302)转动轴上加工有环形槽，转动头(302)安装在伸缩杆顶部时，环形槽内放置环形小阻尼橡胶环，橡胶环与伸缩杆安装孔内壁作用，放置转动头(302)自由转动，因其小阻尼作用，不会限制夹具夹持壁板时，壁板变形引起转动头的转动。转动头(302)上部加工有两个安装孔，以便安装夹手(304)使用。
7.根据权利要求1所述，所述夹手(304)呈L形状，夹手一端加工有安装孔，安装孔通过安装销(305)安装在转动头(302)上；夹手一端安装有橡胶垫，夹持壁板时，橡胶垫可以提供摩擦力，并避免壁板筋条表面出现伤痕；夹手L形内侧加工有以便安装弹簧的凹槽和安装销，工作时，两个L形夹手通过弹簧拉紧对壁板进行夹持作业。
8.根据权利要求3所述，所述横梁体(201)上部加工有凹槽，以便安装齿条(202)，横梁体(201)两端加工有凹槽，以便安装驱动电机(203)，横梁体(201)有一定刚度，夹具夹持壁板(4)时横梁体变形很小，不影响壁板(4)姿态控制的准确性。
9.根据权利要求1所述柔性航空高筋多筋壁板喷丸成形夹具使用方法，其特征在于该方法具体内容如下：
将所述底板装置(1)、移动横梁装置(2)和伸缩壁板夹持装置(3)安装调整好。根据壁板尺寸，调整移动横梁装置(2)和伸缩壁板夹持装置(3)夹持带成形航空高筋多筋壁板。喷丸成形加工时，根据壁板成形状况和喷丸射流方向，通过移动横梁装置(2)和伸缩壁板夹持装置(3)的电动伸缩筒(301)调整壁板姿态，使得壁板待加工面与喷丸射流方向夹角处于工艺要求范围之内。随着壁板喷丸成形状况，夹具随时通过移动横梁装置(2)和伸缩壁板夹持装置(3)调整高筋多筋壁板姿态，直到加工完成。
加工过程中，根据不太规格高筋多筋壁板尺寸及技术要求，通过移动横梁装置和伸缩壁板夹持装置调整壁板姿态，使得喷丸喷射方向与待加工壁板区域表面弦向和展向夹角误差小于±1°。
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