飛機蒙皮自動化高精度銑邊裝置及其銑邊方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于飛機蒙皮自動化銑邊領域，具體來說是指一種適用于飛機蒙皮的自動化高精度銑邊修形系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]蒙皮自動化銑邊技術是基于產品數(shù)字化設計制造的一項技術，也是航空制造中最先進的加工技術之一，其借助于高精度銑邊設備、多自由度的機床系統(tǒng)以及先進的自動控制技術，保證飛機蒙皮的銑削精度控制在誤差允許范圍內，從而使精密制造和裝配成為可會K。
[0003]由于飛機蒙皮具有尺寸大、剛性低等特點，尤其在對接階段由于已與長桁、圍框等零件完成連接，造成整個結構可移動性差，普通數(shù)控銑床難以滿足蒙皮銑邊的要求，目前只能依靠傳統(tǒng)的人工修形來完成。人工銑邊修形工作量大、生產成本高、周期長，且修形效果依據(jù)工人工作經驗的不同而相差較大，難以保證蒙皮的外形精度、法向精度和切口粗糙度，從而影響飛機后續(xù)的裝配。目前國內大型零件銑邊領域的研究主要集中在對各類銑邊機床的改進。如專利CN 201070688Y發(fā)明了一種高效銑邊機，加工過程中銑刀不動，通過控制工件連續(xù)勻速移動，從而提高大型鋼板的銑削效率。該銑邊機結構緊湊、體積小、造價低，但是該裝置要求待加工零件為平面結構，且銑刀無法移動，不適用于加工帶曲率的蒙皮。專利CN201405108發(fā)明了一種鋼板銑邊機，通過設置壓緊裝置，避免了銑邊時鋼板的振動，提高了銑削質量；同時采用多組動力頭，提高了銑削效率。由于該機床動力頭的運動軌跡為水平直線型，只能進行平面類型鋼板的銑邊，也不適用于帶曲率大型蒙皮的銑邊。因此，上述改進的設備沒有解決同一待加工零件帶有不同曲率的銑邊問題，更不能保證銑邊精度，需要進一步改進。

【發(fā)明內容】

[0004]要解決的技術問題
[0005]為了解決飛機蒙皮銑邊修形過程中存在的問題，本發(fā)明通過分析蒙皮的外形特征，結合數(shù)控銑床的工作原理，提供了一種飛機蒙皮自動化高精度銑邊的裝置和方法。采用自動化控制方式實現(xiàn)了待銑削區(qū)域的點位找正、法向調平、柔性夾持、銑刀軌跡規(guī)劃、數(shù)控代碼生成等功能。從而保證蒙皮的尺寸精度、法向精度以及切口粗糙度。
[0006]技術方案
[0007]—種飛機蒙皮自動化高精度銑邊裝置，其特征在于包括設備基座、XY向移動單元、掃邊單元、電主軸單元、基座連接板、視覺找正單元、柔性夾持單元和法向調平單元；設備基座設有開口且中間為空的，設備基座的外部上側安裝法蘭盤，XY向移動單元安裝于設備基座的內部上側，掃邊單元安裝于設備基座的內部的一側，設備基座的另一側與基座連接板通過螺栓連接；視覺找正單元、柔性夾持單元和法向調平單元均安裝在基座連接板上。
[0008]所述的XY向移動單元包括X向絲杠導軌組合裝置、X向聯(lián)軸器、X向驅動電機、X向移動平臺底座、X向導軌滑塊單元、Y向導軌滑塊單元、Y向移動平臺底座、Y向聯(lián)軸器、Y向電機和Y向絲杠導軌組合裝置；Y向移動平臺底座一側連接設備基座，另一側安裝Y向絲杠導軌組合裝置、Y向導軌滑塊單元、Y向聯(lián)軸器和Y向電機，X向移動平臺底座一側和Y向導軌滑塊單元和Y向絲杠導軌組合裝置連接，另一側安裝X向絲杠導軌組合裝置、X向聯(lián)軸器、X向驅動電機和X向導軌滑塊單元。
[0009]所述的掃邊單元包括氣動導軌絲杠單元和二維激光傳感器，氣動導軌絲杠單元一側和輪廓測量儀連接，另一側連接在設備基座上。
[0010]所述的電主軸單元包括電主軸連接板、電主軸基座、電主軸、刀柄和銑刀；電主軸基座安裝在電主軸連接板上，與電主軸過盈配合，刀柄安裝在電主軸前端，銑刀通過刀柄夾持。
[0011]—種利用飛機蒙皮自動化高精度銑邊裝置進行的銑邊方法，其特征在于步驟如下:
[0012]步驟1:定位孔位置找尋:依據(jù)理論數(shù)模的位置信息將設備移動到蒙皮定位孔或定位釘區(qū)域，利用視覺找正系統(tǒng)的拍照和記錄功能，尋找定位孔或定位釘，確定實際坐標位置，將測量數(shù)據(jù)反饋給控制系統(tǒng)從而控制機床帶動銑邊設備移動，使定位孔或定位釘位于視覺相機視野的中間位置；
[0013]步驟2:法向調平:孔位找尋之后，四個法向傳感器開始同時工作，測量出各自到蒙皮的距離，將測量數(shù)據(jù)反饋給控制系統(tǒng)，生成坐標補償量，利用數(shù)控系統(tǒng)控制設備的位姿調整，使四個傳感器的測量值最終相等，從而保證主軸軸線與定位孔軸線達到平行，記錄此時視覺系統(tǒng)和法向傳感器的數(shù)據(jù)，并將其作為第一組數(shù)據(jù)。
[0014]步驟3:將設備移動到蒙皮的下一個定位孔的位置，重復步驟I和2，記錄第二組數(shù)據(jù)，將這兩組數(shù)據(jù)和三維模型進行對比，建立待銑工件和機床坐標系實際的位置關系。
[0015]步驟4:待銑邊區(qū)域法向找正:建立好工件坐標系和機床坐標系之間的關系后，設備移動到蒙皮邊緣處，重復步驟2的銑邊區(qū)域的法向進行找正，如果四個傳感器的測量值不一樣，重復步驟1-3，如果一樣繼續(xù)下一步。
[0016]步驟5:柔性夾持:法向調平后，四個真空吸盤開始對待加工區(qū)域的蒙皮進行夾持，增強蒙皮局部剛度，減小銑邊過程工件的變形量，提高銑邊精度。
[0017]步驟6:待銑區(qū)域掃邊:完成前五個步驟之后，二維激光傳感器開始對待銑區(qū)域輪廓進行掃描，獲得實際外形的邊緣曲線數(shù)據(jù)，之后和蒙皮的理論三維模型對比，確定銑削過程的切削量。
[0018]步驟7:數(shù)控代碼生成:根據(jù)待銑區(qū)域的外形曲線和切削量，利用插補算法，自動生成銑邊數(shù)控系統(tǒng)可用的數(shù)控代碼。
[0019]步驟8:銑刀銑邊:打開吸肩及冷卻裝置，系統(tǒng)執(zhí)行數(shù)控代碼，進行銑邊。
[0020]步驟9:重復步驟4-8，實現(xiàn)下一個段銑邊任務。
[0021]有益效果
[0022]本發(fā)明提出的一種機蒙皮自動化高精度銑邊裝置及銑邊方法，具有以下有益效果:
[0023](I)點位找正功能，通過視覺找正單元準確找尋不同曲率蒙皮上預定位孔的位置，確定實際工件坐標系和機床坐標系之間的關系。
[0024](2)法向調平功能，四個法向測距傳感器精確測量各自到蒙皮表面的距離，之后將數(shù)據(jù)傳輸給閉環(huán)控制系統(tǒng)，調整銑邊設備的姿態(tài)，使銑刀軸線和蒙皮法線平行，保證銑邊過程不會出現(xiàn)切口歪斜。
[0025](3)輪廓掃描功能，利用掃邊單元中的二維激光傳感器對待銑區(qū)域輪廓進行掃描，獲得邊緣外形的曲線數(shù)據(jù)，和理論模型對比后確定切削參數(shù)。
[0026](4)柔性夾持功能，四個帶角度補償?shù)恼婵瘴P可以對不同曲率蒙皮的加工區(qū)域進行夾持，增強其剛度，減小銑邊過程工件的變形量，提高銑邊精度。
【附圖說明】
[0027]圖1自動化銑邊設備整體結構圖
[0028]圖2 XY向移動平臺結構圖
[0029]圖3法向調平及柔性夾持單元結構圖
[0030]圖4掃邊單元結構圖[0031 ] 圖5視覺找正單元結構圖
[0032]圖6電主軸單元結構圖
[0033]圖中:1-設備基座；2_XY向移動單兀；3_掃邊單兀；4_電主軸單兀；5_除塵吸肩單元入口 ；6_視覺找正單元；7_柔性夾持單元；8_法向調平單元；9-Χ向絲杠導軌組合裝置；10-Χ向聯(lián)軸器；11_Χ向驅動電機；12-Χ向移動平臺底座；13-Χ向導軌滑塊單元；14_Υ向導軌滑塊單元；15-Υ向移動平臺底座；16-Υ向聯(lián)軸器；17-Υ向電機；18-Υ向絲杠導軌組合裝置；19_柔性吸盤連接板；20_法向測距傳感器；21_氣動吸盤；22_氣動導軌絲杠單元；23_ 二維激光傳感器；24_視覺相機；25_相機連接板；26_光源連接板；27_視覺光源；28-電主軸連接板；29_電主軸基座；30_電主軸；31_刀柄；32_銑刀。
【具體實施方式】
[0034]現(xiàn)結合實施例、附圖對本發(fā)明作進一步描述:
[0035]本發(fā)明裝置包括設備基座1、XY向移動單元2、掃邊單元3、電主軸單元4、基座連接板19、視覺找正單元6、柔性夾持單元7和法向調平單元8。
[0036]如圖1所示，設備基座I設有開口且中間為空的，設備基座I的外部上側安裝法蘭盤(用于和機器人或坐標機床連接)，ΧΥ向移動單元2安裝于設備基座I的內部上側，掃邊單元3安裝于設備基座I的內部的一側，設備基座I的另一側與基座連接板19通過螺栓連接，設備基座I的內部下側設有除塵吸肩單元入口 5。視覺找正單元6、柔性夾持單元7和法向調平單元8均安裝在基座連接板19上，視覺找正單元6位于基座連接板19的內側，與掃邊單元3相對的一側，柔性夾持單元7位于基座連接板19的下側，用于夾持蒙皮，法向調平單元8包括四個法向測距傳感器20，其中2個位于基座連接板19的外側，兩個位于基座連接板19的內側。本實施例所有的安裝和連接都是采用螺栓安裝方式。
[0037]如圖2所示，所述XY向移動單元2主要包含X向移動層和Y向移動層。Y向移動層包括Y向導軌滑塊單元14、Y向移動平臺底座15、Y向聯(lián)軸器16、Y向電機17和Y向絲杠導軌組合裝置18，Y向移動平臺底座15為中空的長方形，一側與設備基座I連接，另一側的一端安裝Y向導軌滑塊單元14，另一端安裝絲Y向絲杠導軌組合裝置18，Y向電機17通過Y向聯(lián)軸器16連接在Y向絲杠導軌組合裝置18。X向移動層包括X向絲杠導軌組合裝置9、X向聯(lián)軸器1