飛機蒙皮的柔性加工系統的製作方法

2023-05-03 10:41:56

專利名稱：飛機蒙皮的柔性加工系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及飛機蒙皮製造領域，特別涉及一種飛機蒙皮的柔性加工系統。
背景技術：
飛機蒙皮加工中一直普遍採用化銑工藝。這種工藝雖然可以較好解決複雜凹腔/ 凹面的加工問題，但其存在的化學汙染、耗電量大、消耗鋁材無法回收等固有弊端，一直困擾著航空工業。為了替代化銑工藝，提高生產效率，通常採用一種基於多點柔性工裝的蒙皮加工系統，以對蒙皮上的複雜凹腔/凹面進行加工。但是，現有多點柔性工裝的支承間距太大，支承密度(單位面積內支承點個數)太小。過大的支承間距將造成支承點間呈現很大的懸空區，而蒙皮本身又很薄，在無支承部位剛度極差，不可避免發生顫振，因而無法進行高質高效的蒙皮加工。

發明內容
本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。有鑑於此，本發明需要提供一種飛機蒙皮柔性加工系統，該飛機蒙皮柔性加工系統的支撐密度大，懸空區小，避免了飛機蒙皮在加工時發生顫振。根據本發明的實施例提供的一種飛機蒙皮柔性加工系統，包括可變密集陣支承裝置，所述可變密集陣支承裝置包括基座；設置在所述基座上的多個伸縮機構，所述伸縮機構沿著豎直方向可伸縮；以及分別連接至所述伸縮機構的萬向平臺，以支撐所述飛機蒙皮，所述萬向平臺構造成適於吸附並支撐所述飛機蒙皮的下表面；以及隨動自適應抑振裝置，所述隨動自適應抑振裝置與所述飛機蒙皮的上表面相對設置，以相對於所述萬向平臺對所述飛機蒙皮進行定位。根據本發明的實施例的飛機蒙皮的柔性加工系統，多個伸縮機構對應的多個萬向平臺可以實現對飛機蒙皮的密集支撐，由此，提高了柔性加工系統的支撐密度，懸空空間較小，避免了飛機蒙皮加工時的顫振，以提高飛機蒙皮的加工效率。根據本發明的一個實施例，所述萬向平臺包括精密定位球，所述精密定位球連接至所述伸縮機構；萬向平臺體，所述萬向平臺體通過萬向機構與所述精密定位球連接；以及多個吸附支撐單元，所述吸附支撐單元設置在所述萬向平臺體上，以吸附和支撐所述飛機蒙皮的下表面。根據本發明的一個實施例，每個所述吸附支撐單元包括支撐杆，所述支撐杆設置在沿著垂直於所述萬向平臺體的表面的方向上貫穿所述萬向平臺體中的孔中且沿著所述方向可調，以支撐所述飛機蒙皮；液壓鎖緊裝置，所述液壓鎖緊裝置設置在所述孔和所述支撐杆之間，以在工作時將所述支撐杆鎖緊至所述萬向平臺體；以及真空吸盤，所述真空吸盤圍繞所述孔設置，以在工作時真空吸附所述飛機蒙皮。根據本發明的一個實施例，所述支撐杆的下方設置有彈性件，以使所述支撐杆沿著所述方向可調。
根據本發明的一個實施例，所述吸附支撐單元圍繞所述精密定位球設置。根據本發明的一個實施例，所述支撐杆內形成有氣體通道，以在工作時通過真空抽吸利用所述真空吸盤對所述飛機蒙皮進行真空吸附。根據本發明的一個實施例，所述隨動自適應抑振裝置包括主軸單元；隨動裝置， 所述隨動裝置沿所述主軸單元的軸線方向可隨動移動；以及彈性壓頭，所述彈性壓頭設置在所述隨動裝置的下方，並與所述飛機蒙皮的所述上表面相對設置。根據本發明的一個實施例，所述彈性壓頭具有可充入高壓氣體的腔體；且所述彈性壓頭與所述上表面相對的表面上形成有開口，所述開口與所述腔體相連通。根據本發明的一個實施例，所述彈性壓頭與所述上表面相對的表面與所述上表面相距預定的距離。根據本發明的一個實施例，所述隨動自適應抑振裝置進一步包括設置在所述開口處的壓力傳感器。根據本發明的一個實施例，所述隨動自適應抑振裝置進一步包括壓力控制裝置， 所述壓力控制裝置根據所述壓力傳感器實時檢測所述彈性壓頭下端的實際壓力值，並於所需的壓力閾值相比較並控制和調節所述彈性壓頭與所述飛機蒙皮之間的氣隙。根據本發明的一個實施例，所述彈性壓頭由低硬度彈性材料橡膠或者尼龍所形成。本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。


本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖1顯示了根據本發明的一個實施例的飛機蒙皮柔性加工系統的結構示意圖；圖2顯示了根據本發明的一個實施例的飛機蒙皮柔性加工系統的可變密集陣支承裝置的局部結構示意圖；圖3顯示了根據本發明的一個實施例的飛機蒙皮柔性加工系統的萬向平臺的俯視示意圖；以及圖4顯示了根據本發明的一個實施例的飛機蒙皮柔性加工系統的壓力控制系統控制框圖。
具體實施例方式下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。在本發明的描述中，需要理解的是，術語「中心」、「縱向」、「橫向」、「上」、「下」、「前」、 「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」 「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。如圖1所示，根據本發明的實施例的飛機蒙皮的柔性加工系統，包括可變密集陣支承裝置10和隨動自適應抑振裝置20。具體而言，可變密集陣支承裝置10包括基座11、設置在基座11上的多個伸縮機構12，伸縮機構12沿著豎直方向可伸縮以及分別連接至伸縮機構12的萬向平臺13，以支撐飛機蒙皮90，萬向平臺13構造成適於吸附並支撐飛機蒙皮90的下表面。換言之，可變密集陣支撐裝置10包括基座11及與基座11連結的多個伸縮機構 12，在伸縮機構12的上方設置有萬向平臺13，多個萬向平臺13用於共同支撐飛機蒙皮90。隨動自適應抑振裝置20與飛機蒙皮90的上表面相對設置，以相對於萬向平臺13 對飛機蒙皮90進行定位。根據本發明的實施例的飛機蒙皮的柔性加工系統，多個伸縮機構12對應的多個萬向平臺13可以實現對飛機蒙皮的密集支撐，由此，提高了柔性加工系統的支撐密度，懸空空間較小，避免了飛機蒙皮加工時的顫振，以提高飛機蒙皮的加工效率。如圖2、圖3所示，根據本發明的一個實施例，萬向平臺13可以包括精密定位球 131、萬向平臺體132以及多個吸附支撐單元133。具體地，精密定位球131連接至伸縮機構12。例如，精密定位球131可以與伸縮機構12的上端部固定連接。由此，精密定位球131可以隨伸縮機構12的上下移動而處於不同的位置，以實現對飛機蒙皮90的剛性支撐。萬向平臺體132通過萬向機構與精密定位球131連接。需要說明的是，萬向機構可以是形成在萬向平臺體132上的與精密定位球131匹配的凹槽與精密定位球131共同組成的結構，該結構可以使萬向平臺體132繞精密定位球131轉動，以與飛機蒙皮90的形狀對應。吸附支撐單元133設置在萬向平臺體131上，以吸附和支撐飛機蒙皮90的下表換言之，萬向平臺13包括用於定位的精密定位球131，多個精密定位球131構成一個定位球陣，通過調節伸縮機構12的高度可以調節精密定位球131的高度，例如節伸縮機構12可以由伺服電機驅動，各個精密定位球131被調節到希望的高度時，便形成一張離散的定位曲面，飛機蒙皮通過吸附支撐單元133吸附在定位曲面上就可實現精確定位。如圖2、圖3所示，進一步地，吸附支撐單元133可以圍繞精密定位球131設置。由此，可以實現對飛機蒙皮90的多點支撐。每個吸附支撐單元133包括支撐杆1331、液壓鎖緊裝置1332以及真空吸盤1133。具體地，支撐杆1331設置在沿著垂直於萬向平臺體132的表面的方向上貫穿萬向平臺體132中的孔80中且沿著所述方向可調，以支撐飛機蒙皮90。支撐杆1331的頂部與飛機蒙皮90的下表面抵靠，以對飛機蒙皮進行支撐。例如，支撐杆1331的頂端可以為球面， 以方便支撐飛機蒙皮90。液壓鎖緊裝置1132設置在孔80和支撐杆1331之間，以在工作時將支撐杆1331 鎖緊至萬向平臺體132。由此，可以實現通過支撐杆1331對飛機蒙皮90的剛性支撐。真空吸盤1133可以圍繞孔80設置，以在工作時真空吸附飛機蒙皮90。真空吸盤 1133內部有氣體通道70，以在工作時通過真空抽吸利用真空吸盤對1134所述飛機蒙皮90 進行真空吸附。由此，通過真空吸盤可以將飛機蒙皮90牢牢的吸附在支撐杆1331的頂端， 以對飛機蒙皮90進行定位支撐。支撐杆1331的下方可以設置有彈性件60，以使支撐杆1331沿著所述方向可調。 例如，彈性件60可以為設置在支撐杆1331下方的彈簧，當液壓鎖緊裝置1132不工作時，該彈簧可以使支撐杆1331的頂面與飛機蒙皮自適應的接觸。如圖1所示，根據本發明的一個實施例，隨動自適應抑振裝置20包括主軸單元21、 隨動裝置22以及彈性壓頭23。具體而言，隨動裝置22可以沿主軸單元21的軸線方向可隨動移動。彈性壓頭23設置在隨動裝置22的下方，並與飛機蒙皮90的上表面相對設置。彈性壓頭23可以避免劃傷飛機蒙皮90。彈性壓頭23具有可充入高壓氣體的腔體(未示出)，且彈性壓頭23與上表面相對的表面上形成有開口(未示出)，開口與所述腔體相連通。彈性壓頭23與上表面相對的表面與上表面相距預定的距離。由此，在彈性壓頭23的腔體內通入高壓氣體，可以使高壓氣體在飛機蒙皮90的上表面與彈性壓頭之間形成加壓氣墊M。以對飛機蒙皮定位，並抑制飛機蒙皮90在加工時發生的顫振，有效提高加工質量和加工效率。由此，通過設置隨動裝置22的位置，即可控制彈性壓頭23與飛機上表面之間的距離，例如，可以使彈性壓頭23與其上表面相對的表面與飛機蒙皮90的上表面相距預定的距離。而隨動自適應抑振裝置10可以進一步包括設置在彈性壓頭23的開口處的壓力傳感器 (未示出)。通過壓力傳感器的檢測的數值來控制彈性觸頭23的位置，使彈性觸頭23與飛機蒙皮90的上表面時刻保持在預定的距離。同時，從彈性壓頭23吹出的高壓氣體可以將刀具在飛機蒙皮90上產生的切屑吹走，並加強散熱。根據本發明的一些實施例，彈性壓頭23可以由低硬度彈性材料橡膠或者尼龍所形成。由此，避免在意外情況下彈性壓頭23與飛機蒙皮90接觸，避免了彈性壓頭23對飛機蒙皮90造成意外損害。根據本發明的一些實施例，隨動自適應抑振裝置20進一步包括壓力控制裝置 (未示出)，壓力控制裝置根據壓力傳感器實時檢測彈性壓頭23下端的實際壓力值，並於所需的壓力閾值相比較以控制和調節所述彈性壓頭23與飛機蒙皮90之間的氣隙。本發明所述的壓力控制系統的工作方式為，通過安裝在彈性加壓裝置下端的壓力傳感器檢測當前氣壓實際值，並反饋給控制系統。控制器將給定壓力值與反饋壓力值進行比較，通過相應的控制算法產生控制驅動裝置的控制信息，驅動裝置根據控制信息調彈性壓頭23與飛機蒙皮之間的間隙，從而產生所需氣阻，以維持氣墊剛度。控制氣阻疊加上外部擾動後產生實際氣阻，最後經彈性壓頭23對飛機蒙皮90的上表面產生實際壓力。如此
7不斷調節，最終實現工件實際壓力值與給定壓力值一致，保證加工系統正常工作。如圖4所示，為本發明所述的壓力控制系統控制框圖。首先通過多次實驗篩選出滿足加工過程中抑振所需的給工件表面施加的最優壓力值，並以此壓力值作為控制器中壓力期望值；然後，控制器通過壓力傳感器檢測當前壓力實際值，將期望壓力值與檢測到的實際壓力值進行比較，計算出壓力誤差量，通過一定的控制算法產生彈性壓頭23的控制信息；接著，隨動系統根據控制信息調節彈性壓頭23與飛機蒙皮90的上表面之間的間隙，從而產生所需要的控制氣阻，控制氣阻再疊加外部擾動後產生實際氣阻，最後經彈性加壓裝置對工件表面產生實際壓力。不斷重複以上調節步驟，最終維持實際壓力值與給定壓力值一致，從而保證飛機蒙皮90 —直處於最佳的受壓狀態。在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示意性實施例」、 「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。儘管已經示出和描述了本發明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解，在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的範圍由權利要求及其等同物限定。
權利要求
1.一種飛機蒙皮的柔性加工系統，其特徵在於，包括 可變密集陣支承裝置，所述可變密集陣支承裝置包括基座；設置在所述基座上的多個伸縮機構，所述伸縮機構沿著豎直方向可伸縮；以及分別連接至所述伸縮機構的萬向平臺，以支撐所述飛機蒙皮，所述萬向平臺構造成適於吸附並支撐所述飛機蒙皮的下表面；以及隨動自適應抑振裝置，所述隨動自適應抑振裝置與所述飛機蒙皮的上表面相對設置， 以相對於所述萬向平臺對所述飛機蒙皮進行定位。
2.根據權利要求1所述的飛機蒙皮加工系統，其特徵在於，所述萬向平臺包括 精密定位球，所述精密定位球連接至所述伸縮機構；萬向平臺體，所述萬向平臺體通過萬向機構與所述精密定位球連接；以及多個吸附支撐單元，所述吸附支撐單元設置在所述萬向平臺體上，以吸附和支撐所述飛機蒙皮的下表面。
3.根據權利要求2所述的飛機蒙皮加工系統，其特徵在於，每個所述吸附支撐單元包括支撐杆，所述支撐杆設置在沿著垂直於所述萬向平臺體的表面的方向上貫穿所述萬向平臺體中的孔中且沿著所述方向可調，以支撐所述飛機蒙皮；液壓鎖緊裝置，所述液壓鎖緊裝置設置在所述孔和所述支撐杆之間，以在工作時將所述支撐杆鎖緊至所述萬向平臺體；以及真空吸盤，所述真空吸盤圍繞所述孔設置，以在工作時真空吸附所述飛機蒙皮。
4.根據權利要求3所述的飛機蒙皮加工系統，其特徵在於，所述支撐杆的下方設置有彈性件，以使所述支撐杆沿著所述方向可調。
5.根據權利要求4所述的飛機蒙皮加工系統，其特徵在於，所述吸附支撐單元圍繞所述精密定位球設置。
6.根據權利要求3所述的飛機蒙皮加工系統，其特徵在於，所述支撐杆內形成有氣體通道，以在工作時通過真空抽吸利用所述真空吸盤對所述飛機蒙皮進行真空吸附。
7.根據權利要求1所述的飛機蒙皮加工系統，其特徵在於，所述隨動自適應抑振裝置包括主軸單元；隨動裝置，所述隨動裝置沿所述主軸單元的軸線方向可隨動移動；以及彈性壓頭，所述彈性壓頭設置在所述隨動裝置的下方，並與所述飛機蒙皮的所述上表面相對設置。
8.根據權利要求7所述的飛機蒙皮加工系統，其特徵在於，所述彈性壓頭具有可充入高壓氣體的腔體；且所述彈性壓頭與所述上表面相對的表面上形成有開口，所述開口與所述腔體相連通。
9.根據權利要求8所述的飛機蒙皮加工系統，其特徵在於，所述彈性壓頭與所述上表面相對的表面與所述上表面相距預定的距離。
10.根據權利要求9所述的飛機蒙皮加工系統，其特徵在於，所述隨動自適應抑振裝置進一步包括設置在所述開口處的壓力傳感器。
11.根據權利要求10所述的飛機蒙皮加工系統，其特徵在於，所述隨動自適應抑振裝置進一步包括壓力控制裝置，所述壓力控制裝置根據所述壓力傳感器實時檢測所述彈性壓頭下端的實際壓力值，並於所需的壓力閾值相比較並控制和調節所述彈性壓頭與所述飛機蒙皮之間的氣隙。
12.根據權利要求7所述的飛機蒙皮加工系統，其特徵在於，所述彈性壓頭由低硬度彈性材料橡膠或者尼龍所形成。
全文摘要
本發明公開一種飛機蒙皮的柔性加工系統，包括可變密集陣支承裝置，所述可變密集陣支承裝置包括基座；設置在所述基座上的多個伸縮機構，所述伸縮機構沿著豎直方向可伸縮；以及分別連接至所述伸縮機構的萬向平臺，以支撐所述飛機蒙皮，所述萬向平臺構造成適於吸附並支撐所述飛機蒙皮的下表面；以及隨動自適應抑振裝置，所述隨動自適應抑振裝置與所述飛機蒙皮的上表面相對設置，以相對於所述萬向平臺對所述飛機蒙皮進行定位。根據本發明的飛機蒙皮的柔性加工系統，多個伸縮機構對應的多個萬向平臺可以實現對飛機蒙皮的密集支撐，由此，提高了柔性加工系統的支撐密度，懸空空間較小，避免了飛機蒙皮加工時的顫振，以提高飛機蒙皮的加工效率。
文檔編號B23Q11/00GK102554660SQ20121001534
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月17日 優先權日2012年1月17日
發明者周凱, 詹立新, 錢琪 申請人:清華大學