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      工件連續(xù)外形面的簡便柔性定位方法

      文檔序號:3164808閱讀:235來源:國知局
      專利名稱:工件連續(xù)外形面的簡便柔性定位方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明是關(guān)于工件連續(xù)外形面的簡便柔性定位方法。
      背景技術(shù)
      外形定位器是裝配工裝中保證工件外形必不可少的關(guān)鍵、典型部件?,F(xiàn)有技術(shù)中 的外形定位器主要形式為卡板??ò逋庑蚊嬗心M量加工制造法(包括模線樣板法和標(biāo)工 塑造成形法)和數(shù)控加工法。
      模線樣板法在尺寸傳遞過程中,是按i : l的尺寸準(zhǔn)確畫出零部件、組合件的外形
      模線,作為零部件外形的原始依據(jù)。采用模線加工出具有工件真實(shí)外形的樣板。將樣板作為 加工或檢驗(yàn)各種工藝裝備、測量工件外形的量具。定位器外形依據(jù)樣板上所帶外形進(jìn)行修 挫制造,直到與樣板外形對合一致后,再按其上的基準(zhǔn)刻線進(jìn)行裝配。模線樣板法的不足之
      處在于〈1〉制造精度低。精度最高只能達(dá)到±0. lmm 士0.2mm。累積誤差和人為操作控 制環(huán)節(jié)多(不能量化,憑經(jīng)驗(yàn)判斷)。〈2〉工作效率低,制造周期長,手工工作量大。制造樣 板周期一般需要2 5天?!?>保管存儲量大,模線和樣板需放在空間寬敞、干凈清潔的恒 溫室中保存;〈4〉制造成本高。模線設(shè)計(jì)、樣板制造工藝環(huán)節(jié)多,備料量多?!?〉操作不便。 局限于專門的工作平臺上裝配定位器。樣板需避免較大沖擊力作用。 標(biāo)工塑造成形法,標(biāo)工(標(biāo)準(zhǔn)工藝裝備)是保證生產(chǎn)用工藝裝備之間、工件部件和 組件之間的尺寸和形狀協(xié)調(diào)互換的重要依據(jù),比生產(chǎn)用工藝裝備有更高精度。通過標(biāo)高座 來確定正確的空間位置。標(biāo)工上帶有連續(xù)、大范圍的工件外形。這點(diǎn)與樣板不同,樣板在 其中一個(gè)方向只帶出了 2mm厚度的外形。定位器與樣件相關(guān)部位外形等距擺放,在兩者之 間澆注環(huán)氧樹脂,環(huán)氧樹脂凝固后,隨定位器從樣件上取下。此時(shí)固態(tài)環(huán)氧樹脂上帶出與樣 件相對應(yīng)的外形。標(biāo)工制造法的不足之處在于,〈1〉制造精度低。制造精度最高只能達(dá)到 ±0. lmm ±0. 2mm。樣件制造工藝過程復(fù)雜、路線長,累積誤差多。〈2>制造周期長。設(shè)計(jì) 和制造樣件需要2 3個(gè)月的時(shí)間?!?〉保管存儲要求高。為避免溫度變化引起樣件變形, 需在恒溫中存放?!?〉制造成本高。 一套樣件的制造成本少則幾十萬,多則上百萬?!?>操 作不方便。樣件比較笨重,要保證起吊運(yùn)輸過程中不因受力變化產(chǎn)生變形,運(yùn)輸過程中不碰 撞到關(guān)鍵部位?!?〉外形保持不易長久。環(huán)氧樹脂固化后脆性較大。生產(chǎn)過程中,一些磕碰 會使環(huán)氧層局部脫落,外形面不完整。 數(shù)控加工法是一種基于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造的數(shù)字量傳遞技術(shù)。用計(jì)算機(jī)進(jìn)行 定位器外形設(shè)計(jì)時(shí),直接從三維數(shù)字模型上截取工件外形數(shù)據(jù)。將外形數(shù)據(jù)傳送給數(shù)控設(shè) 備。數(shù)控設(shè)備通過計(jì)算機(jī)的程序控制,加工出所需外形。數(shù)控加工法的不足之處在于,〈1> 技術(shù)要求實(shí)現(xiàn)難度大。需要有熟練的專業(yè)編程員和數(shù)控操作工?!?〉成本相對較高。加工 一個(gè)普通零件外形,需要每小時(shí)100元以上的費(fèi)用。〈3〉不能適應(yīng)工件外形變化?!?>制造 周期不易保證。數(shù)控資源昂貴又有限,整個(gè)生產(chǎn)準(zhǔn)備周期無法保證,容易耽誤工件的交付節(jié) 點(diǎn)。 綜上所述,無論是哪種方法,都是用連續(xù)定位面定位工件外形。在整個(gè)飛機(jī)研制過程中,工裝質(zhì)量是保證飛機(jī)順利制造裝配的前提。但生產(chǎn)準(zhǔn)備周期很短。飛機(jī)各零部件帶 外形的很多。對有外形定位要求的部位,要設(shè)以定位器進(jìn)行定位。對這些定位器,現(xiàn)有的方 法制造精度低、周期長、成本高、不適應(yīng)工件變化。對于結(jié)構(gòu)尺寸小,零件多的工件部件,過 多的定位器與定位面嚴(yán)重影響開敞性,給工人操作帶來不便。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處,提供一種制造精度高,技術(shù) 難度小,工作效率高,制造周期短的對工件外形進(jìn)行柔性定位的方法。 本發(fā)明上述目的可以通過以下措施來達(dá)到一種工件連續(xù)外形面的簡便柔性定位 方法,包括如下步驟 (1)在工件連續(xù)外形面上選取外形面元素——定位點(diǎn)或線; (2)在上述所選位置,安裝與工件外形面點(diǎn)接觸或線接觸的定位銷(7),通過多點(diǎn) 或多線間斷的確定工件的外形定位; (3)定位銷(7) —個(gè)方向沿著工件外形走勢設(shè)置,在另一個(gè)方向,使定位銷與工件 外形切點(diǎn)或切線接觸;外形曲率變化大的工件定位銷應(yīng)增多,彼此之間相對密集,定位銷通 過和工件接觸的切線、切點(diǎn)來定位; 以上所述點(diǎn)與線的選取都是在三維數(shù)字模型中準(zhǔn)確截取的工件外形數(shù)據(jù)。
      (4)外形定位銷(7)是安裝在臺階襯套(6)中的,臺階襯套(6)的一端裝配外形定 位銷,另一端安放激光跟蹤儀目標(biāo)球(8),目標(biāo)球(8)的三維空間坐標(biāo)值是在三維數(shù)字模型 中獲取的,目標(biāo)球(8)用以接收并反饋激光束; (5)激光跟蹤儀放置在工件以外,發(fā)出并接收目標(biāo)球(8)反饋的激光束,在所配接
      電腦上反映出坐標(biāo)值,判斷定位點(diǎn)空間位置。 本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果。 相對降低了成本。本發(fā)明將工件連續(xù)定位外形面上的點(diǎn)、線外形元素,改變?yōu)殚g斷 的點(diǎn)或線定位,依據(jù)三維數(shù)字模型準(zhǔn)確截取工件外形點(diǎn)、線數(shù)據(jù),使用大小不同規(guī)格的圓柱 銷實(shí)現(xiàn)與工件外形面的點(diǎn)接觸或線接觸。通過多點(diǎn)或多線確定對工件外形的定位。將復(fù)雜 元素轉(zhuǎn)換為多個(gè)簡單元素,不需要耗時(shí)、耗力和耗財(cái)?shù)膶?fù)雜外形面進(jìn)行設(shè)計(jì)和加工。操作 難度系數(shù)降低了,相應(yīng)的人員成本、設(shè)備成本、能源消耗成本也隨之降低。而且,外形定位方 式的改變,讓材料使用量減少。與數(shù)控加工法對比,以一個(gè)小隔板定位器為例,可節(jié)省成本 830元(830元=材料節(jié)省費(fèi)用+加工節(jié)省費(fèi)用+測量費(fèi)用+電費(fèi)=110元+480元+150元 +90元)。 制造精度高。從設(shè)計(jì)到制造、檢驗(yàn),整個(gè)過程都是數(shù)字量傳遞,確保了制造精度要 求。外形定位器結(jié)構(gòu)、形狀簡單——外形定位銷、臺階襯套、平面、孔開敞性好,容易加工,零 件加工精度能控制在±0. 02mm內(nèi)。激光跟蹤儀安裝定位器精度為±0. 05mm。
      技術(shù)難度要求不高。定位器形狀結(jié)構(gòu)簡單,傳統(tǒng)的精樘、車、銑等常規(guī)工藝就能實(shí) 現(xiàn)精度要求。實(shí)現(xiàn)起來很容易。 激光跟蹤儀的操作使用簡單,坐標(biāo)值數(shù)據(jù)由電腦直接反饋,易學(xué)、易操作。通過數(shù) 字量傳遞保證制造精度,能在最短時(shí)間內(nèi),利用現(xiàn)有的簡單成熟技術(shù),低成本完成加工需 要。同時(shí)容易加工,開敞性好。作為數(shù)字化方法種類的一種完善,使設(shè)計(jì)和制造過程中有更多方法可選用和優(yōu)化。 工作效率高,制造周期短。只需設(shè)計(jì)、制造外形定位器,沒有額外的輔助工裝和復(fù) 雜的程序編制,節(jié)省了大量時(shí)間。加工工序簡單,操作容易,提高了工作效率。加工一個(gè)外 形定位銷、臺階襯套這類普通零件只需要6至15分鐘。 數(shù)字化安裝,簡化了操作,省去了標(biāo)工的運(yùn)輸、起吊、定位、安裝、劃線、找正、固定 等等復(fù)雜操作。 一個(gè)外形定位器加工周期只需1.5個(gè)小時(shí)左右。 一個(gè)外形定位器安裝到位 只需要15分鐘左右的時(shí)間, 省材。由于可以針對工件外形數(shù)據(jù)的變更和長期使用所帶來的誤差,靈活進(jìn)行調(diào) 試安裝,故無需將原有外形定位器作廢或者放棄局部有變化的外形面。節(jié)省了材料、工時(shí), 簡化了工藝過程,縮短了返修時(shí)間。與數(shù)控加工法對比,可節(jié)省成本16萬多元。節(jié)省成本 =單個(gè)定位器成本節(jié)省量X定位器數(shù)量X架次=830元X20個(gè)X 10架次=166000元。
      快速、準(zhǔn)確。從三維數(shù)字模型中獲取坐標(biāo)值,用激光跟蹤儀安裝,實(shí)現(xiàn)了數(shù)字量傳 遞,裝配精度能達(dá)到士0.05mm。使外形定位銷的空間位置能快速、準(zhǔn)確到位。臺階襯套的安 裝坐標(biāo)值直接保證了外形定位銷。


      圖1是本發(fā)明所使用的外形定位銷的構(gòu)造示意圖。
      圖2是根據(jù)本發(fā)明方法的實(shí)施例示意圖。
      圖3是圖2的側(cè)視剖面圖。 圖4是根據(jù)本發(fā)明方法的利益實(shí)施例的示意圖。
      圖5是圖4的側(cè)視剖面圖。
      具體實(shí)施例方式
      下面通過實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。在以下實(shí)施例中,本發(fā)明提出的連續(xù)定位工 件外形面的柔性定位方法是,在工件連續(xù)定位外形面上選取外形面元素——定位點(diǎn)或線, 點(diǎn)與線的個(gè)數(shù)可以根據(jù)工件外形曲率變化情況確定,通過多點(diǎn)或多線確定對工件的外形定 位;將連續(xù)定位外形面改為間斷的點(diǎn)或線定位;定位點(diǎn)/線的選取和設(shè)置是,在上述選取的 定位點(diǎn)或線上安放與工件外形面點(diǎn)接觸或線接觸定位銷——大小不同規(guī)格的圓柱銷,外形 定位銷(7)沿工件外形分布。以上所述點(diǎn)與線的選取都是在三維數(shù)字模型中進(jìn)行的,可直 觀且準(zhǔn)確的截取到工件外形數(shù)據(jù)。圖2、圖3中,用兩個(gè)外形定位銷(7)定位工件外形,外形 定位銷(7)是通過與工件接觸的切線來定位的。故對于此類整體曲面,兩線確定定位。過 定位減少,裝配時(shí)的應(yīng)力集中降低,特別是鈑金件。 如圖1所示的外形定位銷是安裝在臺階襯套(6)中的。外形定位銷(7)是同軸裝 配在臺階襯套(6)上的,為過盈壓配合。臺階襯套(6)的一端裝配外形定位銷(7),另一端 安放激光跟蹤儀目標(biāo)球(8)。通過目標(biāo)球(8)接收激光束后,用在電腦上所反映的坐標(biāo)值來 判斷此點(diǎn)空間位置是否正確。目標(biāo)球(8)的空間位置調(diào)整到位,外形定位銷(7)的空間位 置也正確到位。為保證外形定位銷(7)空間位置正確安裝,外形定位銷(7)通過臺階襯套 (6),保證與激光跟蹤儀目標(biāo)球(8)同軸。工件(3)外形是帶曲度的,比如單曲度、雙曲度, 定位銷位置按以下方法設(shè)置外形曲率變化大,定位銷應(yīng)增多,定位銷位置彼此之間相對較密集;外形曲率變化不大,定位銷數(shù)量盡可能少,彼此間距盡量拉開,以保證開敞性。
      參閱圖4、圖5。圖4、圖5描述了本發(fā)明一個(gè)較典型的實(shí)施例。在圖4、圖5中,工 件(3)端部外形走勢變化大,使用外形定位銷(7)定位??ò?2)的輪廓尺寸減小,材料使 用量降低。外形定位銷(7)裝配在臺階襯套(6)的一端,激光跟蹤儀目標(biāo)球(8)安放在臺階 襯套(6)的另一端。目標(biāo)球(8)安裝孔的三維空間坐標(biāo)值可以在三維數(shù)字模型中獲取。一 個(gè)方向沿著工件(3)外形走勢設(shè)置定位銷(7),在工件(3)的另一個(gè)方向上,使定位銷(7) 與工件(3)的外形切點(diǎn)或切線接觸,定位銷(7)通過和工件(3)接觸的切線來定位。隨工 件(3)外形面曲度大小不同,切線長短會有所變化。激光跟蹤儀通過目標(biāo)球(8)接收激光 束,在所配接電腦上反映所選定位點(diǎn)或線的工件外形面元素坐標(biāo)值,判斷定位點(diǎn)空間位置。
      本發(fā)明的上述方法還可以按樣板或標(biāo)工來實(shí)現(xiàn)工件定位點(diǎn)或線的確定,定位點(diǎn)或 線可以依據(jù)樣板/標(biāo)工來安裝,同樣能實(shí)現(xiàn)用間斷點(diǎn)或線這些簡單元素來定位工件外形 面。但實(shí)施工藝過程不同,精度不高,只能適合要求不高的工件使用。
      本發(fā)明中外形定位銷(7)可以是標(biāo)準(zhǔn)圓柱形或錐形銷、菱形銷。
      參閱圖2、圖3。為了保證整體性,以及三點(diǎn)確定一平面的原理,在簡化后的定位器 (5)上設(shè)計(jì)有三個(gè)孔。其中兩個(gè)為保證外形定位銷(7)的臺階襯套底孔,第三個(gè)孔為確定平 面的激光跟蹤儀目標(biāo)球(8)安放孔。臺階襯套(6)是過盈壓配合在簡化后的定位器(5)的 底孔內(nèi),臺階襯套(6)壓入后,兩個(gè)外形定位銷(7)相對位置被確定。同時(shí)簡化后的定位器 (5)的目標(biāo)球(8)安放面可定位工件的腹板面。安裝孔的三維空間坐標(biāo)值仍然可以從三維 數(shù)字模型中獲取。激光跟蹤儀完成外形定位器空間位置的調(diào)試后,將簡化后的定位器(5) 用螺釘銷釘與相應(yīng)連接面連接。簡化后的定位器(5)上的三個(gè)安裝底孔是普通平板面上的 三個(gè)孔,采用精鏜加工就可以實(shí)現(xiàn)使用要求。臺階襯套(6)和外形定位銷(7)形狀簡單,尺 寸不大,使用普通的常規(guī)加工就可實(shí)現(xiàn)。三個(gè)孔的相對位置是否正確,直接影響到裝配時(shí)激 光跟蹤儀目標(biāo)球(8)坐標(biāo)值能否實(shí)現(xiàn)到位,孔及孔距精度需嚴(yán)格保證。當(dāng)工件外形數(shù)據(jù)和 位置變化時(shí),通過有限幾個(gè)外形安裝點(diǎn)的改變就能滿足使用要求。
      權(quán)利要求
      一種工件連續(xù)外形面的簡便柔性定位方法,包括如下步驟(1)在工件外形面上選取外形面元素——定位點(diǎn)或線;(2)在上述所選位置,安裝與工件外形面點(diǎn)接觸或線接觸的定位銷,通過多點(diǎn)或多線間斷的確定工件的外形定位;(3)定位銷一個(gè)方向沿著工件外形走勢設(shè)置,在另一個(gè)方向,使定位銷與工件外形切點(diǎn)或切線接觸,外形曲率變化大的工件定位銷應(yīng)增多,彼此之間相對密集,定位銷通過和工件接觸的切線、切點(diǎn)來定位;以上所選點(diǎn)與線都是在三維數(shù)字模型中準(zhǔn)確截取的工件外形數(shù)據(jù);(4)外形定位銷(7)是安裝在臺階襯套(6)中的,臺階襯套(6)的一端裝配外形定位銷(7),另一端安放激光跟蹤儀目標(biāo)球(8),目標(biāo)球(8)的三維空間坐標(biāo)值是在三維數(shù)字模型中獲取的,目標(biāo)球(8)用以接收并反饋激光束;(5)激光跟蹤儀放置在工件以外,發(fā)出并接收目標(biāo)球(8)反饋的激光束,在所配接電腦上反映出坐標(biāo)值,判斷定位點(diǎn)空間位置。
      2. 如權(quán)利要求1所述的工件連續(xù)外形面的簡便柔性定位方法,其特征在于,所述的定 位銷(7)與激光跟蹤儀目標(biāo)球(8)同軸裝配在臺階襯套(6)兩端。
      3. 如權(quán)利要求l所述的工件連續(xù)外形面的簡便柔性定位方法,其特征在于,定位銷(7) 是通過與工件接觸的切線或切點(diǎn)來定位的。
      4. 如權(quán)利要求1所述的工件連續(xù)外形面的簡便柔性定位方法,其特征在于,由間斷點(diǎn) 或線單元素來定位工件外形面。
      5. 如權(quán)利要求1所述的工件連續(xù)外形面的簡便柔性定位方法,其特征在于,激光跟蹤 儀通過目標(biāo)球(8)接收和反饋激光束,在配接電腦上反映所選取定位點(diǎn)或線的工件外形面 元素坐標(biāo)值,判斷定位點(diǎn)空間位置。
      6. 如權(quán)利要求1所述的工件連續(xù)外形面的簡便柔性定位方法,其特征在于,在簡化后 的定位器(5)上設(shè)計(jì)有三個(gè)孔。其中兩個(gè)為保證外形定位銷(7)的臺階襯套底孔,第三個(gè) 孔為確定平面的激光跟蹤儀目標(biāo)球(8)安放孔。
      7. 如權(quán)利要求1所述的工件連續(xù)外形面的簡便柔性定位方法,其特征在于,當(dāng)工件的 外形用卡板(2)定位,在局部外形走勢變化大的地方,用外形定位銷(7)進(jìn)行局部定位。
      全文摘要
      本發(fā)明提出的一種工件連續(xù)外形面的簡便柔性定位方法,是在工件連續(xù)定位外形面上選取外形面元素——定位點(diǎn)或線,通過多點(diǎn)或多線間斷的確定對工件的外形定位;在上述選取的定位點(diǎn)或線上安裝與工件外形面點(diǎn)接觸或線接觸的定位銷,外形定位銷(7)沿工件外形分布;定位銷通過與工件外形接觸的切點(diǎn)或切線來定位;外形定位銷(7)是安裝在臺階襯套(6)中的,臺階襯套(6)的一端裝配外形定位銷(7),另一端安放激光跟蹤儀目標(biāo)球(8),通過目標(biāo)球(8)接收激光束;激光跟蹤儀發(fā)出并接收目標(biāo)球(8)反饋的激光束,通過電腦判斷定位點(diǎn)空間位置。本發(fā)明提供了一種制造精度高,技術(shù)難度小,工作效率高,制造周期短的對工件外形進(jìn)行柔性定位的方法。
      文檔編號B23Q3/00GK101745824SQ20091026358
      公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
      發(fā)明者張穎 申請人:成都飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司
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