采用柔性多點(diǎn)模具進(jìn)行蒙皮拉形及定位的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種采用柔性多點(diǎn)模具進(jìn)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(diǎn)模具蒙皮拉形裝置（10）進(jìn)行蒙皮拉形；步驟二、拉形結(jié)束后，將柔性多點(diǎn)模具蒙皮拉形裝置（10）的多點(diǎn)模具（11）調(diào)形至蒙皮（12）的理論數(shù)模型面，再將蒙皮（12）置于多點(diǎn)模具（11）上并固定；步驟三、測量蒙皮（12）的幾何信息；步驟四、然后計算出蒙皮（12）的精確位置，確定蒙皮（12）邊界特征；步驟五、在蒙皮（12）的表面進(jìn)行劃線或定位。該采用柔性多點(diǎn)模具進(jìn)行蒙皮拉形及定位的方法可以實(shí)現(xiàn)柔性定位，針對任意型面特征，無需特定定位翻板，可顯著提高效率及定位精度。
【專利說明】采用柔性多點(diǎn)模具進(jìn)行蒙皮拉形及定位的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及蒙皮拉形【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種采用柔性多點(diǎn)模具進(jìn)行蒙皮拉形及定 位的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]蒙皮零件是飛機(jī)重要的覆蓋件，構(gòu)成飛機(jī)氣動外形，成型和裝配精度要求極高。蒙 皮零件的制造由拉伸成形、外形檢驗(yàn)、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(gòu)成。由于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(chǎn)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(guān)鍵結(jié)構(gòu)要素之一。蒙皮零件制孔需在拉伸成形工序后完成，拉伸 成形工藝包括實(shí)體固定模具蒙皮拉形和柔性多點(diǎn)模具蒙皮拉形。
[0003]實(shí)體固定模具蒙皮拉形后，采用定位翻板覆蓋蒙皮零件，通過定位翻板上的孔，采 用手持電鉆等工具進(jìn)行鉆孔定位。該種方法誤差累積嚴(yán)重，效率低，人工影響因素的原因使 得定位精度不穩(wěn)定，影響后續(xù)切割工序，甚至裝配工序。而采用柔性多點(diǎn)模具蒙皮拉形后， 由于取消了實(shí)體模具，目前定位孔位置的確定還沒有切實(shí)有效的解決辦法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有的蒙皮拉形后定位精度差和定位困難的技術(shù)問題。本發(fā)明提供了一 種采用柔性多點(diǎn)模具進(jìn)行蒙皮拉形及定位的方法，采用柔性多點(diǎn)模具進(jìn)行蒙皮拉形及定位 的方法可以實(shí)現(xiàn)柔性定位，針對任意型面特征，無需特定定位翻板。該定位方法基于數(shù)字化 方法，整個過程數(shù)字化驅(qū)動，無需人為干預(yù)，精度高。本方法將多點(diǎn)模具型面調(diào)形及數(shù)字化 定位結(jié)合在一起，可顯著提高效率及定位精度。
[0005]本發(fā)明為解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:一種采用柔性多點(diǎn)模具進(jìn)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(diǎn)模具蒙皮拉形裝置進(jìn)行蒙皮拉形；
[0007]步驟二、拉形結(jié)束后，將柔性多點(diǎn)模具蒙皮拉形裝置的多點(diǎn)模具調(diào)形至蒙皮的理 論數(shù)模型面，再將蒙皮置于多點(diǎn)模具上并固定；
[0008]步驟三、使用設(shè)置在柔性多點(diǎn)模具蒙皮拉形裝置的機(jī)械臂一端的測量設(shè)備測量蒙 皮的幾何信息；
[0009]步驟四、將該信息與蒙皮理論數(shù)模進(jìn)行比對，當(dāng)該信息與蒙皮理論數(shù)模之間的間 隙處于容差范圍內(nèi)時，蒙皮的形狀及位置處于精確狀態(tài)，然后計算出蒙皮的精確位置，確定 蒙皮邊界特征；
[0010]步驟五、通過中央處理器計算出設(shè)置在機(jī)械臂一端的制孔劃線執(zhí)行器的空間運(yùn)動 軌跡和定位特征點(diǎn)坐標(biāo)，然后驅(qū)動機(jī)械臂帶動制孔劃線執(zhí)行器在蒙皮的表面進(jìn)行劃線或定 位。
[0011]柔性多點(diǎn)模具蒙皮拉形裝置的多點(diǎn)模具中含有多個沖桿，沖桿包括支桿和位于支桿頂部的沖頭，沖頭的上表面為部分球形表面。
[0012]從位于柔性多點(diǎn)模具蒙皮拉形裝置的多點(diǎn)模具中間到多點(diǎn)模具兩側(cè)的方向，沖頭 的上表面所對應(yīng)的球形的半徑逐漸增大。
[0013]位于多點(diǎn)模具兩側(cè)的沖頭的上表面所對應(yīng)的該球形的球心偏離支桿的軸線。
[0014]支桿和沖頭通過定位銷和插頭插接固定。
[0015]在步驟一之前，基于理論數(shù)模計算出回彈補(bǔ)償后的多點(diǎn)模具的型面，驅(qū)動多點(diǎn)模 具根據(jù)該型面進(jìn)行調(diào)形。
[0016]在步驟二中，拉形結(jié)束后，去掉多點(diǎn)模具上的蒙皮和聚氨酯墊層，再將柔性多點(diǎn)模 具蒙皮拉形裝置的多點(diǎn)模具調(diào)形至蒙皮的理論數(shù)模型面。
[0017]在步驟二中，使用夾鉗固定蒙皮。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:
[0019]1、將多點(diǎn)模具數(shù)字化調(diào)形、數(shù)字化測量與定位有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化精確及柔性 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(shí)體固定模具和工裝，一個柔性多點(diǎn)模具配裝一個機(jī)械臂構(gòu)成數(shù)字化 系統(tǒng)，即可完成數(shù)字化定位。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明所述的采用柔性多點(diǎn)模具進(jìn)行蒙皮拉形及定位的方法作 進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0023]圖1是柔性多點(diǎn)模具蒙皮拉形裝置的主視圖。
[0024]圖2是柔性多點(diǎn)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(bǔ)償型面的示意圖。
[0027]圖5是將多點(diǎn)模具調(diào)形至蒙皮理論型面的示意圖。
[0028]圖6是對蒙皮進(jìn)行測量和制孔劃線的示意圖。
[0029]圖7是沖桿頂部為圓柱面或球面時示意圖。
[0030]圖8是沖桿頂端的沖頭上表面偏心設(shè)置的示意圖。
[0031]圖9是沖頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]其中10.柔性多點(diǎn)模具蒙皮拉形裝置，11.多點(diǎn)模具，111.支桿，112.沖頭，113.定位銷，114.插頭，115.沖桿，12.蒙皮，13.聚氨酯墊層，14.夾鉗，15.機(jī)械臂，16.測量設(shè) 備，17.制孔劃線執(zhí)行器，18.切割邊界線，19.零件邊界線，20.支撐力弱區(qū)，D.蒙皮最終型 面，E.蒙皮補(bǔ)償型面。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明所述的采用柔性多點(diǎn)模具進(jìn)行蒙皮拉形及定位的方法作 進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0034]首先介紹該采用柔性多點(diǎn)模具進(jìn)行蒙皮拉形及定位的方法中所使用的柔性多點(diǎn)模具蒙皮拉形裝置，包括多點(diǎn)模具11，多點(diǎn)模具11內(nèi)含有多個沖桿115，每個沖桿115頂 部的高度均能夠被單獨(dú)調(diào)節(jié)，所述柔性多點(diǎn)模具過渡型面的蒙皮拉形裝置還包括機(jī)械臂15 和用于夾住并拉伸蒙皮12的夾鉗14，機(jī)械臂15的一端設(shè)有測量設(shè)備16和制孔劃線執(zhí)行器 17，機(jī)械臂15的另一端可以被固定與墻壁或機(jī)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(diǎn)模具 蒙皮拉形裝置上完成。
[0035]為了避免應(yīng)力集中同時提高加工精度，沖桿115的上部設(shè)有聚氨酯墊層12。另外， 沖桿115頂部表面為部分圓柱形表面，即沖桿115頂部表面為圓柱形外表面的一部分。
[0036]當(dāng)沖桿115頂部表面為圓柱形表面或球形表面時，相鄰兩沖桿115頂部表面之間 會有空置三角區(qū)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(qū)，聚氨酯墊板法向支撐力弱，從而形成支撐力弱區(qū)20，這樣就容易在沖桿115頂部的 位置產(chǎn)生應(yīng)力集中，同時會影響蒙皮零件的表面質(zhì)量。出現(xiàn)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]由于航空航天領(lǐng)域?qū)庸ぞ鹊囊髽O高，為了解決該問題，通過設(shè)計一系列不 同曲率、不同球形截面形狀的沖頭，減小沖頭間空置三角區(qū)域，使離散點(diǎn)擬合的模具型面更 連續(xù)，更適應(yīng)零件外形，控制出現(xiàn)應(yīng)力集中的機(jī)率，提高蒙皮材料成形質(zhì)量。
[0038]柔性多點(diǎn)模具蒙皮拉形裝置10的多點(diǎn)模具11中含有多個沖桿115，沖桿115包括 支桿111和位于支桿頂部的沖頭112，沖頭112的上表面為部分球形表面。沖頭112為聚氨 酯材料制成，可以根據(jù)需要進(jìn)行更換。沖頭112頂端的球面曲率設(shè)計為一系列值，同時包括 該球面的球心位于支桿111的軸線和該球面的球心偏離支桿111的軸線兩種，在蒙皮拉形 中，根據(jù)所需模具型面選擇不同沖頭112，沖頭112的曲率半徑的選擇原則是在某一材料成 形極限曲率半徑范圍內(nèi)，選擇一系列數(shù)值，具體可參考以下公式:
[0039]
R1 = R0 x(l- <p)
[0040]其中R1為沖頭曲率半徑，Rtl為該點(diǎn)對應(yīng)目標(biāo)零件曲率半徑，識為回彈率。一般為 從位于柔性多點(diǎn)模具蒙皮拉形裝置10的多點(diǎn)模具11中間到多點(diǎn)模具11兩側(cè)的方向，沖頭 112的上表面所對應(yīng)的球形的半徑逐漸增大，如圖8所示。
[0041]為了進(jìn)一步提高加工精度，對某一型面，中間沖頭112球面球心位于支桿111的軸 線，兩側(cè)沖頭112選擇沖頭112頂部球面球心偏離支桿111的軸線。即位于多點(diǎn)模具11兩 側(cè)的沖頭112的上表面所對應(yīng)的該球形的球心偏離支桿111的軸線。沖頭112球面球心與 支桿111中心軸偏離量的取值綜合考察沖頭球面曲率半徑和支桿的寬度選取一系列值。由 于對沖頭進(jìn)行了改進(jìn)，該柔性多點(diǎn)模具蒙皮拉形裝置也可以稱為含有曲率自適應(yīng)柔性多點(diǎn) 模具的蒙皮拉形及定位裝置。
[0042]沖頭112含有定位銷113和插頭114，與支桿111裝配時，插頭114和定位銷113 插入支桿111相應(yīng)位置，實(shí)現(xiàn)定位裝配。即支桿111和沖頭112通過定位銷221和插頭222 插接固定，如圖9所示。
[0043]由于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?qū)?應(yīng)的沖桿115的剛度，可以采用以下技術(shù)方案:從位于多點(diǎn)模具11中部到多點(diǎn)模具11邊緣 的方向，沖桿115逐漸變細(xì)，即沖桿115的橫截面逐漸變小。[0044]一種采用柔性多點(diǎn)模具進(jìn)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(diǎn)模具蒙皮拉形裝置10進(jìn)行蒙皮拉形，如圖3所示；
[0046]步驟二、拉形結(jié)束后，將柔性多點(diǎn)模具蒙皮拉形裝置10的多點(diǎn)模具11調(diào)形至蒙皮 12的理論數(shù)模型面，再將蒙皮12置于多點(diǎn)模具11上并固定，如5所示；
[0047]步驟三、使用設(shè)置在柔性多點(diǎn)模具蒙皮拉形裝置10的機(jī)械臂15 —端的測量設(shè)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(shù)模進(jìn)行比對，當(dāng)該信息與蒙皮理論數(shù)模之間的間 隙處于容差范圍內(nèi)時，蒙皮12的形狀及位置處于精確狀態(tài),然后計算出蒙皮12的精確位 置，確定蒙皮12邊界特征；
[0049]步驟五、通過中央處理器計算出設(shè)置在機(jī)械臂15 —端的制孔劃線執(zhí)行器17的空 間運(yùn)動軌跡和定位特征點(diǎn)坐標(biāo)，然后驅(qū)動機(jī)械臂15帶動制孔劃線執(zhí)行器17在蒙皮12的表 面進(jìn)行劃線或定位。
[0050]由于蒙皮零件的剛度較差，在步驟一之前，基于理論數(shù)模計算出回彈補(bǔ)償后的多 點(diǎn)模具11的型面，驅(qū)動多點(diǎn)模具11根據(jù)該型面進(jìn)行調(diào)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(bǔ)償型面。
[0051]在步驟二中，拉形結(jié)束后，去掉多點(diǎn)模具11上的蒙皮12和聚氨酯墊層13，再將柔 性多點(diǎn)模具蒙皮拉形裝置10的多點(diǎn)模具11調(diào)形至蒙皮12的理論數(shù)模型面。使用機(jī)械臂 15對蒙皮12進(jìn)行測量和定位之前，需要將多點(diǎn)模具11和機(jī)械臂15的坐標(biāo)系統(tǒng)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(yīng)該遠(yuǎn)小于蒙皮拉形時的力，或者也可以采用將蒙皮放置在多點(diǎn)模具11上的方 式固定蒙皮，此時蒙皮應(yīng)位于圖4所示的蒙皮最終型面D。這樣的固定方式可以節(jié)省現(xiàn)有技 術(shù)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(fā)明的具體實(shí)施例，不能以其限定發(fā)明實(shí)施的范圍，所以其等同 組件的置換，或依本發(fā)明專利保護(hù)范圍所作的等同變化與修飾，都應(yīng)仍屬于本專利涵蓋的范疇。
【權(quán)利要求】
1.一種采用柔性多點(diǎn)模具進(jìn)行蒙皮拉形及定位的方法，其特征在于，所述采用柔性多 點(diǎn)模具進(jìn)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(diǎn)模具蒙皮拉形裝置(10)進(jìn)行蒙皮拉形；步驟二、拉形結(jié)束后，將柔性多點(diǎn)模具蒙皮拉形裝置(10)的多點(diǎn)模具(11)調(diào)形至蒙皮 (12)的理論數(shù)模型面，再將蒙皮(12)置于多點(diǎn)模具(11)上并固定；步驟三、使用設(shè)置在柔性多點(diǎn)模具蒙皮拉形裝置(10)的機(jī)械臂(15) —端的測量設(shè)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(shù)模進(jìn)行比對，當(dāng)該信息與蒙皮理論數(shù)模之間的間隙處 于容差范圍內(nèi)時，蒙皮(12)的形狀及位置處于精確狀態(tài),然后計算出蒙皮(12)的精確位 置，確定蒙皮(12)邊界特征；步驟五、通過中央處理器計算出設(shè)置在機(jī)械臂(15) —端的制孔劃線執(zhí)行器(17)的 空間運(yùn)動軌跡和定位特征點(diǎn)坐標(biāo)，然后驅(qū)動機(jī)械臂(15)帶動制孔劃線執(zhí)行器(17)在蒙皮(12)的表面進(jìn)行劃線或定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用柔性多點(diǎn)模具進(jìn)行蒙皮拉形及定位的方法，其特征在 于:柔性多點(diǎn)模具蒙皮拉形裝置(10)的多點(diǎn)模具(11)中含有多個沖桿(115)，沖桿(115)包 括支桿(111)和位于支桿頂部的沖頭(112)，沖頭(112)的上表面為部分球形表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用柔性多點(diǎn)模具進(jìn)行蒙皮拉形及定位的方法，其特征在 于:從位于柔性多點(diǎn)模具蒙皮拉形裝置(10)的多點(diǎn)模具(11)中間到多點(diǎn)模具(11)兩側(cè)的 方向，沖頭(112)的上表面所對應(yīng)的球形的半徑逐漸增大。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的采用柔性多點(diǎn)模具進(jìn)行蒙皮拉形及定位的方法，其特征在 于:位于多點(diǎn)模具(11)兩側(cè)的沖頭(112)的上表面所對應(yīng)的該球形的球心偏離支桿(111) 的軸線。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用柔性多點(diǎn)模具進(jìn)行蒙皮拉形及定位的方法，其特征在 于:支桿(111)和沖頭(112)通過定位銷(113)和插頭(114)插接固定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用柔性多點(diǎn)模具進(jìn)行蒙皮拉形及定位的方法，其特征在 于:在步驟一之前，基于理論數(shù)模計算出回彈補(bǔ)償后的多點(diǎn)模具(11)的型面，驅(qū)動多點(diǎn)模 具(11)根據(jù)該型面進(jìn)行調(diào)形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用柔性多點(diǎn)模具進(jìn)行蒙皮拉形及定位的方法，其特征在 于:在步驟二中，拉形結(jié)束后，去掉多點(diǎn)模具(11)上的蒙皮(12)和聚氨酯墊層(13)，再將柔 性多點(diǎn)模具蒙皮拉形裝置(10)的多點(diǎn)模具(11)調(diào)形至蒙皮(12)的理論數(shù)模型面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用柔性多點(diǎn)模具進(jìn)行蒙皮拉形及定位的方法，其特征在 于: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(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】李志強(qiáng), 吳為, 劉寶勝 申請人:中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空制造工程研究所