采用柔性多点模具进行蒙皮拉形及定位的方法

采用柔性多点模具进行蒙皮拉形及定位的方法
【专利摘要】本发明提供了一种采用柔性多点模具进行蒙皮拉形及定位的方法，包括以下步骤：步骤一、使用柔性多点模具蒙皮拉形装置（10）进行蒙皮拉形；步骤二、拉形结束后，将柔性多点模具蒙皮拉形装置（10）的多点模具（11）调形至蒙皮（12）的理论数模型面，再将蒙皮（12）置于多点模具（11）上并固定；步骤三、测量蒙皮（12）的几何信息；步骤四、然后计算出蒙皮（12）的精确位置，确定蒙皮（12）边界特征；步骤五、在蒙皮（12）的表面进行划线或定位。该采用柔性多点模具进行蒙皮拉形及定位的方法可以实现柔性定位，针对任意型面特征，无需特定定位翻板，可显著提高效率及定位精度。
【专利说明】采用柔性多点模具进行蒙皮拉形及定位的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及蒙皮拉形【技术领域】，具体是一种采用柔性多点模具进行蒙皮拉形及定 位的方法。
【背景技术】
[0002]蒙皮零件是飞机重要的覆盖件，构成飞机气动外形，成型和装配精度要求极高。蒙 皮零件的制造由拉伸成形、外形检验、边缘口框切割、表面阳极化、喷漆、定位装配等多个工 序流程构成。由于蒙皮零件本身刚度较差，难以克服自身重力或工装接触力容易产生弹性 变形，为保证最终的装配精度，蒙皮零件需要定位孔保证多个工序间的定位精度和装配精 度，定位孔是蒙皮零件的关键结构要素之一。蒙皮零件制孔需在拉伸成形工序后完成，拉伸 成形工艺包括实体固定模具蒙皮拉形和柔性多点模具蒙皮拉形。
[0003]实体固定模具蒙皮拉形后，采用定位翻板覆盖蒙皮零件，通过定位翻板上的孔，采 用手持电钻等工具进行钻孔定位。该种方法误差累积严重，效率低，人工影响因素的原因使 得定位精度不稳定，影响后续切割工序，甚至装配工序。而采用柔性多点模具蒙皮拉形后， 由于取消了实体模具，目前定位孔位置的确定还没有切实有效的解决办法。

【发明内容】

[0004]为了解决现有的蒙皮拉形后定位精度差和定位困难的技术问题。本发明提供了一 种采用柔性多点模具进行蒙皮拉形及定位的方法，采用柔性多点模具进行蒙皮拉形及定位 的方法可以实现柔性定位，针对任意型面特征，无需特定定位翻板。该定位方法基于数字化 方法，整个过程数字化驱动，无需人为干预，精度高。本方法将多点模具型面调形及数字化 定位结合在一起，可显著提高效率及定位精度。
[0005]本发明为解决其技术问题采用的技术方案是:一种采用柔性多点模具进行蒙皮拉 形及定位的方法，包括以下步骤:
[0006]步骤一、使用柔性多点模具蒙皮拉形装置进行蒙皮拉形；
[0007]步骤二、拉形结束后，将柔性多点模具蒙皮拉形装置的多点模具调形至蒙皮的理 论数模型面，再将蒙皮置于多点模具上并固定；
[0008]步骤三、使用设置在柔性多点模具蒙皮拉形装置的机械臂一端的测量设备测量蒙 皮的几何信息；
[0009]步骤四、将该信息与蒙皮理论数模进行比对，当该信息与蒙皮理论数模之间的间 隙处于容差范围内时，蒙皮的形状及位置处于精确状态，然后计算出蒙皮的精确位置，确定 蒙皮边界特征；
[0010]步骤五、通过中央处理器计算出设置在机械臂一端的制孔划线执行器的空间运动 轨迹和定位特征点坐标，然后驱动机械臂带动制孔划线执行器在蒙皮的表面进行划线或定 位。
[0011]柔性多点模具蒙皮拉形装置的多点模具中含有多个冲杆，冲杆包括支杆和位于支杆顶部的冲头，冲头的上表面为部分球形表面。
[0012]从位于柔性多点模具蒙皮拉形装置的多点模具中间到多点模具两侧的方向，冲头 的上表面所对应的球形的半径逐渐增大。
[0013]位于多点模具两侧的冲头的上表面所对应的该球形的球心偏离支杆的轴线。
[0014]支杆和冲头通过定位销和插头插接固定。
[0015]在步骤一之前，基于理论数模计算出回弹补偿后的多点模具的型面，驱动多点模 具根据该型面进行调形。
[0016]在步骤二中，拉形结束后，去掉多点模具上的蒙皮和聚氨酯垫层，再将柔性多点模 具蒙皮拉形装置的多点模具调形至蒙皮的理论数模型面。
[0017]在步骤二中，使用夹钳固定蒙皮。
[0018]本发明的有益效果是:
[0019]1、将多点模具数字化调形、数字化测量与定位有效结合，实现数字化精确及柔性 定位;
[0020]2、减小了人工误差，提高了定位精度及效率，减少了或取消了定位翻板等辅助工 装；
[0021]3、取消大量实体固定模具和工装，一个柔性多点模具配装一个机械臂构成数字化 系统，即可完成数字化定位。
【专利附图】

【附图说明】
[0022]下面结合附图对本发明所述的采用柔性多点模具进行蒙皮拉形及定位的方法作 进一步详细的描述。
[0023]图1是柔性多点模具蒙皮拉形装置的主视图。
[0024]图2是柔性多点模具蒙皮拉形装置的俯视图。
[0025]图3是蒙皮拉形的示意图。
[0026]图4是蒙皮最终型面与蒙皮补偿型面的示意图。
[0027]图5是将多点模具调形至蒙皮理论型面的示意图。
[0028]图6是对蒙皮进行测量和制孔划线的示意图。
[0029]图7是冲杆顶部为圆柱面或球面时示意图。
[0030]图8是冲杆顶端的冲头上表面偏心设置的示意图。
[0031]图9是冲头的结构示意图。
[0032]其中10.柔性多点模具蒙皮拉形装置，11.多点模具，111.支杆，112.冲头，113.定位销，114.插头，115.冲杆，12.蒙皮，13.聚氨酯垫层，14.夹钳，15.机械臂，16.测量设 备，17.制孔划线执行器，18.切割边界线，19.零件边界线，20.支撑力弱区，D.蒙皮最终型 面，E.蒙皮补偿型面。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图对本发明所述的采用柔性多点模具进行蒙皮拉形及定位的方法作 进一步详细的说明。
[0034]首先介绍该采用柔性多点模具进行蒙皮拉形及定位的方法中所使用的柔性多点模具蒙皮拉形装置，包括多点模具11，多点模具11内含有多个冲杆115，每个冲杆115顶 部的高度均能够被单独调节，所述柔性多点模具过渡型面的蒙皮拉形装置还包括机械臂15 和用于夹住并拉伸蒙皮12的夹钳14，机械臂15的一端设有测量设备16和制孔划线执行器 17，机械臂15的另一端可以被固定与墙壁或机架或横梁，如图1和图2所示，该装置能够完 成蒙皮的拉形、定位、制孔和划线，即拉形、定位、制孔和划线这三个工序都在柔性多点模具 蒙皮拉形装置上完成。
[0035]为了避免应力集中同时提高加工精度，冲杆115的上部设有聚氨酯垫层12。另外， 冲杆115顶部表面为部分圆柱形表面，即冲杆115顶部表面为圆柱形外表面的一部分。
[0036]当冲杆115顶部表面为圆柱形表面或球形表面时，相邻两冲杆115顶部表面之间 会有空置三角区域，如图7所示，拉形时，聚氨酯垫层12在压力作用下，部分材料填入空置 三角区，聚氨酯垫板法向支撑力弱，从而形成支撑力弱区20，这样就容易在冲杆115顶部的 位置产生应力集中，同时会影响蒙皮零件的表面质量。出现这种情况时，一般解决方案是更 换更厚的聚氨酯垫层，而聚氨酯垫板过厚将影响蒙皮的加工精度。
[0037]由于航空航天领域对加工精度的要求极高，为了解决该问题，通过设计一系列不 同曲率、不同球形截面形状的冲头，减小冲头间空置三角区域，使离散点拟合的模具型面更 连续，更适应零件外形，控制出现应力集中的机率，提高蒙皮材料成形质量。
[0038]柔性多点模具蒙皮拉形装置10的多点模具11中含有多个冲杆115，冲杆115包括 支杆111和位于支杆顶部的冲头112，冲头112的上表面为部分球形表面。冲头112为聚氨 酯材料制成，可以根据需要进行更换。冲头112顶端的球面曲率设计为一系列值，同时包括 该球面的球心位于支杆111的轴线和该球面的球心偏离支杆111的轴线两种，在蒙皮拉形 中，根据所需模具型面选择不同冲头112，冲头112的曲率半径的选择原则是在某一材料成 形极限曲率半径范围内，选择一系列数值，具体可参考以下公式:
[0039]
R1 = R0 x(l- <p)
[0040]其中R1为冲头曲率半径，Rtl为该点对应目标零件曲率半径，识为回弹率。一般为 从位于柔性多点模具蒙皮拉形装置10的多点模具11中间到多点模具11两侧的方向，冲头 112的上表面所对应的球形的半径逐渐增大，如图8所示。
[0041]为了进一步提高加工精度，对某一型面，中间冲头112球面球心位于支杆111的轴 线，两侧冲头112选择冲头112顶部球面球心偏离支杆111的轴线。即位于多点模具11两 侧的冲头112的上表面所对应的该球形的球心偏离支杆111的轴线。冲头112球面球心与 支杆111中心轴偏离量的取值综合考察冲头球面曲率半径和支杆的宽度选取一系列值。由 于对冲头进行了改进，该柔性多点模具蒙皮拉形装置也可以称为含有曲率自适应柔性多点 模具的蒙皮拉形及定位装置。
[0042]冲头112含有定位销113和插头114，与支杆111装配时，插头114和定位销113 插入支杆111相应位置，实现定位装配。即支杆111和冲头112通过定位销221和插头222 插接固定，如图9所示。
[0043]由于一般蒙皮零件中部的变形量较大而边缘的则较小，为了提高与蒙皮中部向对 应的冲杆115的刚度，可以采用以下技术方案:从位于多点模具11中部到多点模具11边缘 的方向，冲杆115逐渐变细，即冲杆115的横截面逐渐变小。[0044]一种采用柔性多点模具进行蒙皮拉形及定位的方法，包括以下步骤:
[0045]步骤一、使用柔性多点模具蒙皮拉形装置10进行蒙皮拉形，如图3所示；
[0046]步骤二、拉形结束后，将柔性多点模具蒙皮拉形装置10的多点模具11调形至蒙皮 12的理论数模型面，再将蒙皮12置于多点模具11上并固定，如5所示；
[0047]步骤三、使用设置在柔性多点模具蒙皮拉形装置10的机械臂15 —端的测量设备 16测量蒙皮12的几何信息，如图6所示；
[0048]步骤四、将该信息与蒙皮理论数模进行比对，当该信息与蒙皮理论数模之间的间 隙处于容差范围内时，蒙皮12的形状及位置处于精确状态,然后计算出蒙皮12的精确位 置，确定蒙皮12边界特征；
[0049]步骤五、通过中央处理器计算出设置在机械臂15 —端的制孔划线执行器17的空 间运动轨迹和定位特征点坐标，然后驱动机械臂15带动制孔划线执行器17在蒙皮12的表 面进行划线或定位。
[0050]由于蒙皮零件的刚度较差，在步骤一之前，基于理论数模计算出回弹补偿后的多 点模具11的型面，驱动多点模具11根据该型面进行调形，这样蒙皮12才能形成蒙皮最终 型面D,如图4和图5所不，其中D为蒙皮最终型面，E为蒙皮补偿型面。
[0051]在步骤二中，拉形结束后，去掉多点模具11上的蒙皮12和聚氨酯垫层13，再将柔 性多点模具蒙皮拉形装置10的多点模具11调形至蒙皮12的理论数模型面。使用机械臂 15对蒙皮12进行测量和定位之前，需要将多点模具11和机械臂15的坐标系统一。
[0052]另外，在步骤二中，本方法使用夹钳14固定蒙皮12，注意，使用夹钳14固定蒙皮 12时的力应该远小于蒙皮拉形时的力，或者也可以采用将蒙皮放置在多点模具11上的方 式固定蒙皮，此时蒙皮应位于图4所示的蒙皮最终型面D。这样的固定方式可以节省现有技 术中的翻板等固定装置，定位方式更加简单，而且精度也更高。
[0053]以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同 组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。
【权利要求】
1.一种采用柔性多点模具进行蒙皮拉形及定位的方法，其特征在于，所述采用柔性多 点模具进行蒙皮拉形及定位的方法包括以下步骤:步骤一、使用柔性多点模具蒙皮拉形装置(10)进行蒙皮拉形；步骤二、拉形结束后，将柔性多点模具蒙皮拉形装置(10)的多点模具(11)调形至蒙皮 (12)的理论数模型面，再将蒙皮(12)置于多点模具(11)上并固定；步骤三、使用设置在柔性多点模具蒙皮拉形装置(10)的机械臂(15) —端的测量设备(16)测量蒙皮(12)的几何信息；步骤四、将该信息与蒙皮理论数模进行比对，当该信息与蒙皮理论数模之间的间隙处 于容差范围内时，蒙皮(12)的形状及位置处于精确状态,然后计算出蒙皮(12)的精确位 置，确定蒙皮(12)边界特征；步骤五、通过中央处理器计算出设置在机械臂(15) —端的制孔划线执行器(17)的 空间运动轨迹和定位特征点坐标，然后驱动机械臂(15)带动制孔划线执行器(17)在蒙皮(12)的表面进行划线或定位。
2.根据权利要求1所述的采用柔性多点模具进行蒙皮拉形及定位的方法，其特征在 于:柔性多点模具蒙皮拉形装置(10)的多点模具(11)中含有多个冲杆(115)，冲杆(115)包 括支杆(111)和位于支杆顶部的冲头(112)，冲头(112)的上表面为部分球形表面。
3.根据权利要求2所述的采用柔性多点模具进行蒙皮拉形及定位的方法，其特征在 于:从位于柔性多点模具蒙皮拉形装置(10)的多点模具(11)中间到多点模具(11)两侧的 方向，冲头(112)的上表面所对应的球形的半径逐渐增大。
4.根据权利要求3所述的采用柔性多点模具进行蒙皮拉形及定位的方法，其特征在 于:位于多点模具(11)两侧的冲头(112)的上表面所对应的该球形的球心偏离支杆(111) 的轴线。
5.根据权利要求2所述的采用柔性多点模具进行蒙皮拉形及定位的方法，其特征在 于:支杆(111)和冲头(112)通过定位销(113)和插头(114)插接固定。
6.根据权利要求1所述的采用柔性多点模具进行蒙皮拉形及定位的方法，其特征在 于:在步骤一之前，基于理论数模计算出回弹补偿后的多点模具(11)的型面，驱动多点模 具(11)根据该型面进行调形。
7.根据权利要求1所述的采用柔性多点模具进行蒙皮拉形及定位的方法，其特征在 于:在步骤二中，拉形结束后，去掉多点模具(11)上的蒙皮(12)和聚氨酯垫层(13)，再将柔 性多点模具蒙皮拉形装置(10)的多点模具(11)调形至蒙皮(12)的理论数模型面。
8.根据权利要求1所述的采用柔性多点模具进行蒙皮拉形及定位的方法，其特征在 于:在步骤二中，使用夹钳(14)固定蒙皮(12)。
【文档编号】B21D22/20GK103495636SQ201310462636
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】李志强, 吴为, 刘宝胜 申请人:中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所