採用柔性多點模具進行蒙皮拉形及定位的方法

2023-06-15 00:15:41 2

採用柔性多點模具進行蒙皮拉形及定位的方法
【專利摘要】本發明提供了一種採用柔性多點模具進行蒙皮拉形及定位的方法，包括以下步驟：步驟一、使用柔性多點模具蒙皮拉形裝置（10）進行蒙皮拉形；步驟二、拉形結束後，將柔性多點模具蒙皮拉形裝置（10）的多點模具（11）調形至蒙皮（12）的理論數模型面，再將蒙皮（12）置於多點模具（11）上並固定；步驟三、測量蒙皮（12）的幾何信息；步驟四、然後計算出蒙皮（12）的精確位置，確定蒙皮（12）邊界特徵；步驟五、在蒙皮（12）的表面進行劃線或定位。該採用柔性多點模具進行蒙皮拉形及定位的方法可以實現柔性定位，針對任意型面特徵，無需特定定位翻板，可顯著提高效率及定位精度。
【專利說明】採用柔性多點模具進行蒙皮拉形及定位的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及蒙皮拉形【技術領域】，具體是一種採用柔性多點模具進行蒙皮拉形及定 位的方法。
【背景技術】
[0002]蒙皮零件是飛機重要的覆蓋件，構成飛機氣動外形，成型和裝配精度要求極高。蒙 皮零件的製造由拉伸成形、外形檢驗、邊緣口框切割、表面陽極化、噴漆、定位裝配等多個工 序流程構成。由於蒙皮零件本身剛度較差，難以克服自身重力或工裝接觸力容易產生彈性 變形，為保證最終的裝配精度，蒙皮零件需要定位孔保證多個工序間的定位精度和裝配精 度，定位孔是蒙皮零件的關鍵結構要素之一。蒙皮零件制孔需在拉伸成形工序後完成，拉伸 成形工藝包括實體固定模具蒙皮拉形和柔性多點模具蒙皮拉形。
[0003]實體固定模具蒙皮拉形後，採用定位翻板覆蓋蒙皮零件，通過定位翻板上的孔，採 用手持電鑽等工具進行鑽孔定位。該種方法誤差累積嚴重，效率低，人工影響因素的原因使 得定位精度不穩定，影響後續切割工序，甚至裝配工序。而採用柔性多點模具蒙皮拉形後， 由於取消了實體模具，目前定位孔位置的確定還沒有切實有效的解決辦法。

【發明內容】

[0004]為了解決現有的蒙皮拉形後定位精度差和定位困難的技術問題。本發明提供了一 種採用柔性多點模具進行蒙皮拉形及定位的方法，採用柔性多點模具進行蒙皮拉形及定位 的方法可以實現柔性定位，針對任意型面特徵，無需特定定位翻板。該定位方法基於數位化 方法，整個過程數位化驅動，無需人為幹預，精度高。本方法將多點模具型面調形及數位化 定位結合在一起，可顯著提高效率及定位精度。
[0005]本發明為解決其技術問題採用的技術方案是:一種採用柔性多點模具進行蒙皮拉 形及定位的方法，包括以下步驟:
[0006]步驟一、使用柔性多點模具蒙皮拉形裝置進行蒙皮拉形；
[0007]步驟二、拉形結束後，將柔性多點模具蒙皮拉形裝置的多點模具調形至蒙皮的理 論數模型面，再將蒙皮置於多點模具上並固定；
[0008]步驟三、使用設置在柔性多點模具蒙皮拉形裝置的機械臂一端的測量設備測量蒙 皮的幾何信息；
[0009]步驟四、將該信息與蒙皮理論數模進行比對，當該信息與蒙皮理論數模之間的間 隙處於容差範圍內時，蒙皮的形狀及位置處於精確狀態，然後計算出蒙皮的精確位置，確定 蒙皮邊界特徵；
[0010]步驟五、通過中央處理器計算出設置在機械臂一端的制孔劃線執行器的空間運動 軌跡和定位特徵點坐標，然後驅動機械臂帶動制孔劃線執行器在蒙皮的表面進行劃線或定 位。
[0011]柔性多點模具蒙皮拉形裝置的多點模具中含有多個衝杆，衝杆包括支杆和位於支杆頂部的衝頭，衝頭的上表面為部分球形表面。
[0012]從位於柔性多點模具蒙皮拉形裝置的多點模具中間到多點模具兩側的方向，衝頭 的上表面所對應的球形的半徑逐漸增大。
[0013]位於多點模具兩側的衝頭的上表面所對應的該球形的球心偏離支杆的軸線。
[0014]支杆和衝頭通過定位銷和插頭插接固定。
[0015]在步驟一之前，基於理論數模計算出回彈補償後的多點模具的型面，驅動多點模 具根據該型面進行調形。
[0016]在步驟二中，拉形結束後，去掉多點模具上的蒙皮和聚氨酯墊層，再將柔性多點模 具蒙皮拉形裝置的多點模具調形至蒙皮的理論數模型面。
[0017]在步驟二中，使用夾鉗固定蒙皮。
[0018]本發明的有益效果是:
[0019]1、將多點模具數位化調形、數位化測量與定位有效結合，實現數位化精確及柔性 定位;
[0020]2、減小了人工誤差，提高了定位精度及效率，減少了或取消了定位翻板等輔助工 裝；
[0021]3、取消大量實體固定模具和工裝，一個柔性多點模具配裝一個機械臂構成數位化 系統，即可完成數位化定位。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]下面結合附圖對本發明所述的採用柔性多點模具進行蒙皮拉形及定位的方法作 進一步詳細的描述。
[0023]圖1是柔性多點模具蒙皮拉形裝置的主視圖。
[0024]圖2是柔性多點模具蒙皮拉形裝置的俯視圖。
[0025]圖3是蒙皮拉形的示意圖。
[0026]圖4是蒙皮最終型面與蒙皮補償型面的示意圖。
[0027]圖5是將多點模具調形至蒙皮理論型面的示意圖。
[0028]圖6是對蒙皮進行測量和制孔劃線的示意圖。
[0029]圖7是衝杆頂部為圓柱面或球面時示意圖。
[0030]圖8是衝杆頂端的衝頭上表面偏心設置的示意圖。
[0031]圖9是衝頭的結構示意圖。
[0032]其中10.柔性多點模具蒙皮拉形裝置，11.多點模具，111.支杆，112.衝頭，113.定位銷，114.插頭，115.衝杆，12.蒙皮，13.聚氨酯墊層，14.夾鉗，15.機械臂，16.測量設 備，17.制孔劃線執行器，18.切割邊界線，19.零件邊界線，20.支撐力弱區，D.蒙皮最終型 面，E.蒙皮補償型面。
【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖對本發明所述的採用柔性多點模具進行蒙皮拉形及定位的方法作 進一步詳細的說明。
[0034]首先介紹該採用柔性多點模具進行蒙皮拉形及定位的方法中所使用的柔性多點模具蒙皮拉形裝置，包括多點模具11，多點模具11內含有多個衝杆115，每個衝杆115頂 部的高度均能夠被單獨調節，所述柔性多點模具過渡型面的蒙皮拉形裝置還包括機械臂15 和用於夾住並拉伸蒙皮12的夾鉗14，機械臂15的一端設有測量設備16和制孔劃線執行器 17，機械臂15的另一端可以被固定與牆壁或機架或橫梁，如圖1和圖2所示，該裝置能夠完 成蒙皮的拉形、定位、制孔和劃線，即拉形、定位、制孔和劃線這三個工序都在柔性多點模具 蒙皮拉形裝置上完成。
[0035]為了避免應力集中同時提高加工精度，衝杆115的上部設有聚氨酯墊層12。另外， 衝杆115頂部表面為部分圓柱形表面，即衝杆115頂部表面為圓柱形外表面的一部分。
[0036]當衝杆115頂部表面為圓柱形表面或球形表面時，相鄰兩衝杆115頂部表面之間 會有空置三角區域，如圖7所示，拉形時，聚氨酯墊層12在壓力作用下，部分材料填入空置 三角區，聚氨酯墊板法向支撐力弱，從而形成支撐力弱區20，這樣就容易在衝杆115頂部的 位置產生應力集中，同時會影響蒙皮零件的表面質量。出現這種情況時，一般解決方案是更 換更厚的聚氨酯墊層，而聚氨酯墊板過厚將影響蒙皮的加工精度。
[0037]由於航空航天領域對加工精度的要求極高，為了解決該問題，通過設計一系列不 同曲率、不同球形截面形狀的衝頭，減小衝頭間空置三角區域，使離散點擬合的模具型面更 連續，更適應零件外形，控制出現應力集中的機率，提高蒙皮材料成形質量。
[0038]柔性多點模具蒙皮拉形裝置10的多點模具11中含有多個衝杆115，衝杆115包括 支杆111和位於支杆頂部的衝頭112，衝頭112的上表面為部分球形表面。衝頭112為聚氨 酯材料製成，可以根據需要進行更換。衝頭112頂端的球面曲率設計為一系列值，同時包括 該球面的球心位於支杆111的軸線和該球面的球心偏離支杆111的軸線兩種，在蒙皮拉形 中，根據所需模具型面選擇不同衝頭112，衝頭112的曲率半徑的選擇原則是在某一材料成 形極限曲率半徑範圍內，選擇一系列數值，具體可參考以下公式:
[0039]
R1 = R0 x(l- <p)
[0040]其中R1為衝頭曲率半徑，Rtl為該點對應目標零件曲率半徑，識為回彈率。一般為 從位於柔性多點模具蒙皮拉形裝置10的多點模具11中間到多點模具11兩側的方向，衝頭 112的上表面所對應的球形的半徑逐漸增大，如圖8所示。
[0041]為了進一步提高加工精度，對某一型面，中間衝頭112球面球心位於支杆111的軸 線，兩側衝頭112選擇衝頭112頂部球面球心偏離支杆111的軸線。即位於多點模具11兩 側的衝頭112的上表面所對應的該球形的球心偏離支杆111的軸線。衝頭112球面球心與 支杆111中心軸偏離量的取值綜合考察衝頭球面曲率半徑和支杆的寬度選取一系列值。由 於對衝頭進行了改進，該柔性多點模具蒙皮拉形裝置也可以稱為含有曲率自適應柔性多點 模具的蒙皮拉形及定位裝置。
[0042]衝頭112含有定位銷113和插頭114，與支杆111裝配時，插頭114和定位銷113 插入支杆111相應位置，實現定位裝配。即支杆111和衝頭112通過定位銷221和插頭222 插接固定，如圖9所示。
[0043]由於一般蒙皮零件中部的變形量較大而邊緣的則較小，為了提高與蒙皮中部向對 應的衝杆115的剛度，可以採用以下技術方案:從位於多點模具11中部到多點模具11邊緣 的方向，衝杆115逐漸變細，即衝杆115的橫截面逐漸變小。[0044]一種採用柔性多點模具進行蒙皮拉形及定位的方法，包括以下步驟:
[0045]步驟一、使用柔性多點模具蒙皮拉形裝置10進行蒙皮拉形，如圖3所示；
[0046]步驟二、拉形結束後，將柔性多點模具蒙皮拉形裝置10的多點模具11調形至蒙皮 12的理論數模型面，再將蒙皮12置於多點模具11上並固定，如5所示；
[0047]步驟三、使用設置在柔性多點模具蒙皮拉形裝置10的機械臂15 —端的測量設備 16測量蒙皮12的幾何信息，如圖6所示；
[0048]步驟四、將該信息與蒙皮理論數模進行比對，當該信息與蒙皮理論數模之間的間 隙處於容差範圍內時，蒙皮12的形狀及位置處於精確狀態,然後計算出蒙皮12的精確位 置，確定蒙皮12邊界特徵；
[0049]步驟五、通過中央處理器計算出設置在機械臂15 —端的制孔劃線執行器17的空 間運動軌跡和定位特徵點坐標，然後驅動機械臂15帶動制孔劃線執行器17在蒙皮12的表 面進行劃線或定位。
[0050]由於蒙皮零件的剛度較差，在步驟一之前，基於理論數模計算出回彈補償後的多 點模具11的型面，驅動多點模具11根據該型面進行調形，這樣蒙皮12才能形成蒙皮最終 型面D,如圖4和圖5所不，其中D為蒙皮最終型面，E為蒙皮補償型面。
[0051]在步驟二中，拉形結束後，去掉多點模具11上的蒙皮12和聚氨酯墊層13，再將柔 性多點模具蒙皮拉形裝置10的多點模具11調形至蒙皮12的理論數模型面。使用機械臂 15對蒙皮12進行測量和定位之前，需要將多點模具11和機械臂15的坐標系統一。
[0052]另外，在步驟二中，本方法使用夾鉗14固定蒙皮12，注意，使用夾鉗14固定蒙皮 12時的力應該遠小於蒙皮拉形時的力，或者也可以採用將蒙皮放置在多點模具11上的方 式固定蒙皮，此時蒙皮應位於圖4所示的蒙皮最終型面D。這樣的固定方式可以節省現有技 術中的翻板等固定裝置，定位方式更加簡單，而且精度也更高。
[0053]以上所述，僅為本發明的具體實施例，不能以其限定發明實施的範圍，所以其等同 組件的置換，或依本發明專利保護範圍所作的等同變化與修飾，都應仍屬於本專利涵蓋的範疇。
【權利要求】
1.一種採用柔性多點模具進行蒙皮拉形及定位的方法，其特徵在於，所述採用柔性多 點模具進行蒙皮拉形及定位的方法包括以下步驟:步驟一、使用柔性多點模具蒙皮拉形裝置(10)進行蒙皮拉形；步驟二、拉形結束後，將柔性多點模具蒙皮拉形裝置(10)的多點模具(11)調形至蒙皮 (12)的理論數模型面，再將蒙皮(12)置於多點模具(11)上並固定；步驟三、使用設置在柔性多點模具蒙皮拉形裝置(10)的機械臂(15) —端的測量設備(16)測量蒙皮(12)的幾何信息；步驟四、將該信息與蒙皮理論數模進行比對，當該信息與蒙皮理論數模之間的間隙處 於容差範圍內時，蒙皮(12)的形狀及位置處於精確狀態,然後計算出蒙皮(12)的精確位 置，確定蒙皮(12)邊界特徵；步驟五、通過中央處理器計算出設置在機械臂(15) —端的制孔劃線執行器(17)的 空間運動軌跡和定位特徵點坐標，然後驅動機械臂(15)帶動制孔劃線執行器(17)在蒙皮(12)的表面進行劃線或定位。
2.根據權利要求1所述的採用柔性多點模具進行蒙皮拉形及定位的方法，其特徵在 於:柔性多點模具蒙皮拉形裝置(10)的多點模具(11)中含有多個衝杆(115)，衝杆(115)包 括支杆(111)和位於支杆頂部的衝頭(112)，衝頭(112)的上表面為部分球形表面。
3.根據權利要求2所述的採用柔性多點模具進行蒙皮拉形及定位的方法，其特徵在 於:從位於柔性多點模具蒙皮拉形裝置(10)的多點模具(11)中間到多點模具(11)兩側的 方向，衝頭(112)的上表面所對應的球形的半徑逐漸增大。
4.根據權利要求3所述的採用柔性多點模具進行蒙皮拉形及定位的方法，其特徵在 於:位於多點模具(11)兩側的衝頭(112)的上表面所對應的該球形的球心偏離支杆(111) 的軸線。
5.根據權利要求2所述的採用柔性多點模具進行蒙皮拉形及定位的方法，其特徵在 於:支杆(111)和衝頭(112)通過定位銷(113)和插頭(114)插接固定。
6.根據權利要求1所述的採用柔性多點模具進行蒙皮拉形及定位的方法，其特徵在 於:在步驟一之前，基於理論數模計算出回彈補償後的多點模具(11)的型面，驅動多點模 具(11)根據該型面進行調形。
7.根據權利要求1所述的採用柔性多點模具進行蒙皮拉形及定位的方法，其特徵在 於:在步驟二中，拉形結束後，去掉多點模具(11)上的蒙皮(12)和聚氨酯墊層(13)，再將柔 性多點模具蒙皮拉形裝置(10)的多點模具(11)調形至蒙皮(12)的理論數模型面。
8.根據權利要求1所述的採用柔性多點模具進行蒙皮拉形及定位的方法，其特徵在 於:在步驟二中，使用夾鉗(14)固定蒙皮(12)。
【文檔編號】B21D22/20GK103495636SQ201310462636
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月30日 優先權日:2013年9月30日
【發明者】李志強, 吳為, 劉寶勝 申請人:中國航空工業集團公司北京航空製造工程研究所