一种用于复合材料机翼壁板的保形定位工装的制作方法

本发明涉及飞机制造技术领域，特别涉及一种用于复合材料机翼壁板的保形定位工装。

背景技术：

复合材料具有比强度高、比模量高、耐热性好、热膨胀系数小、抗腐蚀性能好等优点，因此非常适合作为飞机的制造材料。目前复合材料已经用于新一代飞机的制造并显著提升了飞机性能，可以预见复合材料在飞机上的使用会更为广泛和重要。

对于典型复合材料机翼壁板，在装配到翼盒上时需要经过制定位孔、预连接、制孔、壁板分解、冷挤压强化、壁板对合、制终孔、锪窝及最终连接等工序，其中壁板分解过程中，为了避免复合材料机翼壁板型面发生变形造成难以准确对合回翼盒的状况，机翼壁板装配系统配有专用的复合材料机翼壁板保形定位工装，而机翼壁板保形定位工装采用真空吸盘吸附和辅助支撑的方法固定机翼壁板。

例如公开号为cn203937867u的专利文献公开了一种用于机翼壁板姿态调整的精确调控装置，所述用于机翼壁板姿态调整的精确调控装置包括依次层叠设置的保形框架、x向框架、y向框架、z向框架和z向固定圆盘，保形框架和x向框架固定连接，保形框架上设有用于机翼壁板定位的壁板定位盖，所述用于机翼壁板姿态调整的精确调控装置还包括能够使z向框架以垂直于z向固定圆盘的第一转轴旋转的z向驱动组件、能够使y向框架以平行于z向框架的第二转轴旋转的y向驱动组件和能够使x向框架以平行于y向框架的第三转轴旋转的x向驱动组件，该第一转轴、该第二转轴和该第三转轴之间相互垂直。

上述的用于机翼壁板姿态调整的精确调控装置可用于中、小型飞机机翼壁板的装配，能够实现在装配过程中翼壁板的姿态精确调整，可有效提高装配效率以及装配质量。

但是上述结构在实际使用时，特别在大型飞机的制造过程中，仅依靠保形框架对翼壁板进行支撑往往不够，需要增加辅助的支撑装置，但是附加的结构不仅增加了操作的复杂程度，并且辅助的支撑装置有时还会产生应力集中损伤支撑点附近的机翼壁板变形的问题。

技术实现要素：

本发明提供了一种用于复合材料机翼壁板的保形定位工装，无需对机翼壁板添加额外的支撑设备，有效防止机翼壁板支撑处产生应力集中，提高装配质量。

一种用于复合材料机翼壁板的保形定位工装，包括保形框架以及安装在保形框架上的吸附支撑组件，所述保形框架上设有伸入机翼壁板的工艺开孔的自适应支撑组件。

所述自适应支撑单元的支撑是与工艺开孔配合的，也就是说当本发明的保形定位工装与机翼壁板连接时，吸附支撑组件通过吸附机翼壁板表面的多个点进行支撑，为了提高支撑效果，所述自适应支撑组件的自适应是指可以根据工艺开孔的大小进行调整支撑点以及支撑力。

为了简化结构，提高使用的便捷性，优选的，所述自适应支撑组件包括：

安装支架，与所述保形框架连接；

安装座，固定在所述安装支架上；

第一滑道，设置在所述安装座上，延伸方向与所述工艺开孔垂直；

推块，安装在所述第一滑道上；

驱动机构，安装在所述安装座用于驱动所述推块，所述推块远离所述保形框架的一端为斜楔结构；

第二滑道，固定安装在所述第一滑道远离所述保形框架的一侧；

活动支撑爪，安装在所述第二滑道上，底端设有与所述斜楔结构配合的斜面。

上述结构简单，通过设置两个滑道来实现活动支撑爪的定位和支撑，过程简单，支撑效果稳定。

为了防止发生滑移，优选的，所述活动支撑爪的顶面设有与所述工艺开孔边缘抵接的支撑面，所述支撑面在远离保形框架的一端设有限位凸起。上述结构的设置有利于支撑面的定位。

为了减小活动支撑爪对工艺开孔支撑的应力集中问题，优选的，所述支撑面为圆弧面，所述圆弧面的弧度小于所述工艺开孔的弧度。通过圆弧面支撑工艺开孔边缘，支撑力分布更均匀，机翼不易变形。

为了提高力传动效率以及支撑力的稳定性和可控性，优选的，所述斜楔结构相对所述第一滑道所在平面的倾斜角度为5°～10°。进一步优选的，所述斜楔结构相对所述第一滑道所在平面的倾斜角度为8°。

为了防止活动支撑爪脱出第二滑道，优选的，还包括用于限位所述活动支撑爪的保护压盖，所述保护压盖安装在所述安装座上位于所述活动支撑爪的上方。

为了简化结构，优选的，还包括安装在所述第一滑道远离所述保形框架的一侧的端盖，所述第二滑道设置在该端盖的内侧。

优选的，所述保形框架带有过渡支撑接头，所述过渡支撑接头包括：

支撑安装座，安装在所述保形框架带背面的中部；

定位座，与所述支撑安装座固定连接，设有两个定位孔；

锁紧螺栓组件，安装在定位座上。

所述过渡支撑接头的定位座和螺栓锁紧组件，能够在机翼壁板分解/对合机床的接头上快速装卸用于不同翼面的保形定位工装。

伸缩吸盘组件由控制系统统一控制，保证在吸附壁板时所有伸缩吸盘组件动作的同步性，防止因动作不一致造成的磕碰，优选的，所述伸缩吸盘组件包括：

吸盘组件安装座，与所述保形框架固定连接；

吸盘锁紧气缸，安装在所述吸盘组件安装座上；

滚珠导套，安装在所述吸盘组件安装座上；

伸缩连接杆，安装在所述滚珠导套内；

真空吸盘，安装在所述伸缩连接杆的自由端上；

气管接头，安装在所述的真空吸盘上。

本发明与机翼壁板之间采用真空吸盘吸附和自适应支撑组件配合固定壁板，可以防止复合材料壁板被擦伤。通过优化布置伸缩吸盘组件，能够保证机翼壁板在分解/对合时所受外力分布均匀，使机翼壁板型面不发生超过允许值的变形。伸缩吸盘组件依据机翼壁板形状、型面曲率以及主要承力点进行布局，通过优化彼此之间距离，使得机翼壁板在分离/对合过程中所受外力分布均匀且总和最小，从而使机翼壁板型面不发生超过允许值的变形。

本发明的有益效果：

本发明的用于复合材料机翼壁板的保形定位工装设有自适应支撑组件利用机翼壁板工艺开孔辅助支撑机翼壁板，无需对机翼壁板添加额外的支撑设备，同时有效防止机翼壁板支撑处产生应力集中。

附图说明

图1是本发明的复合材料机翼壁板保形定位工装的结构示意图。

图2是本发明的过渡支撑接头的结构示意图。

图3是本发明的伸缩吸盘组件的结构示意图。

图4是自适应支撑组件的结构示意图。

具体实施方式

如图1～4所示，本实施例的复合材料机翼壁板的保形定位工装包括：保形框架2、伸缩吸盘组件3、过渡支撑接头4和自适应支撑组件5。

过渡支撑接头4包括：支撑安装座6，锁紧螺栓组件7和定位座8，用于和机翼壁板分解/对合机床的接头连接。

伸缩吸盘组件3包括吸盘锁紧气缸9，吸盘组件安装座10，滚珠导套11，伸缩连接杆12，真空吸盘13和气管接头14组成，用于实现对机翼壁板1的真空吸附固定。

自适应支撑组件5包括安装座15，支撑锁紧气缸16作为驱动机构，安装支架17，端部带有斜楔18的推块，端盖19，活动支撑爪20和保护压盖21，安装座15中设有用于安装推块的第一滑道，端盖19内侧设有用于安装活动支撑爪20的第二滑道，保护压盖21用于防止活动支撑爪20脱出第二滑道。自适应支撑组件5利用机翼壁板1工艺开孔辅助支撑机翼壁板1。活动支撑爪20的顶面设有与工艺开孔边缘抵接的支撑面，支撑面在远离保形框架的一端设有限位凸起201，斜楔18相对第一滑道所在平面的倾斜角度为8°。

本实施例的保形定位工装工作过程如下：

1)通过过渡支撑接头4上的紧螺栓组件7和定位座8将本实施例的保形定位工装安装在机翼壁板分解/对合机床的接头上；

2)机翼壁板分解/对合机床带动保形定位工装安装接近机翼壁板1；

3)伸缩吸盘组件3上的吸盘锁紧气缸9动作，推动伸缩连接杆12和真空吸盘13贴上机翼壁板并锁紧；

4)抽气机通过气管接头14将真空吸盘13抽真空使真空吸盘13吸附机翼壁板1；

5)自适应支撑组件5上的支撑锁紧气缸16动作，推动带有斜楔18的推块向前移动，进而使活动支撑爪20进入机翼壁板1工艺开孔进行支撑并锁紧，从而对机翼壁板1形成辅助支撑；

6)机翼壁板分解/对合机床带动保形定位工装和机翼壁板1脱离翼盒，完成机翼壁板与翼盒的分解；

7)完成对机翼壁板和翼盒的其他工序，如冷挤压强化、去毛刺等；

8)机翼壁板分解/对合机床带动保形定位工装和机翼壁板1贴上翼盒并与翼盒连接；

9)自适应支撑组件5上的支撑锁紧气缸16动作，推动带有斜楔18的推块向后移动，进而使活动支撑爪20退出机翼壁板1工艺开孔释放机翼壁板；

10)真空吸盘13进气，吸盘锁紧气缸9动作时伸缩连接杆12和真空吸盘13收回，释放机翼壁板1；

11)机翼壁板分解/对合机床带动保形定位工装安装脱离机翼壁板1，完成机翼壁板1与翼盒的对合。

综上所述，本实施例的保形定位工装优点在于：1)保形定位工装的过渡支撑接头4配有定位座8和螺栓锁紧组件7，能够在机翼壁板分解/对合机床的接头上快速装卸用于不同翼面的保形定位工装；2)工装与机翼壁板1之间采用真空吸盘13吸附和自适应支撑组件5固定壁板，可以防止复合材料壁板被擦伤；3)通过优化布置伸缩吸盘组件3，能够保证机翼壁板在分解/对合时所受外力分布均匀，使机翼壁板1型面不发生超过允许值的变形；4)自适应支撑组件5利用机翼壁板工艺开孔辅助支撑机翼壁板1，无需对机翼壁板1添加额外的支撑设备，同时防止机翼壁板1支撑处产生应力集中。