一种用于复合材料机翼制孔加工车间的除尘系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于复合材料机翼制孔加工车间的除尘系统，包括安装在制孔终端执行器上的第一除尘单元，安装在装配工装上的第二除尘单元，安装在车间内墙上的第三除尘单元，各除尘单元均与控制器相连；控制器与制孔终端执行器的控制电路通信，接收制孔终端执行器的加工参数，根据该加工参数计算制孔终端执行器压脚部位产生的切屑颗粒的直径，再输出相应的风机指令；第一除尘单元包括：第一引风机，与控制器通过电路相连，根据风机指令调节功率；第一吸屑软管，一端为与第一引风机相连的出风口，另一端为延伸至压脚部位的吸风口。本发明采用源头控制、中央处理、灵活配置、整体过滤的布局设计该除尘系统，真正做到实时、无死角除尘。
【专利说明】一种用于复合材料机翼制孔加工车间的除尘系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种除尘系统，具体涉及一种用于复合材料机翼制孔加工车间的除尘系统。
【背景技术】
[0002]随着现代航空工业的发展和飞机性能要求的提高，飞机机翼上下壁板采用整体结构形式，以增加飞机的隐身性能，减轻飞机重量。壁板采用上下整体结构后，给机翼的装配提出了极高要求。机翼的装配顺序是先装下壁板，再装上壁板，壁板与内部骨架之间是通过螺栓、螺母连接的。下壁板与骨架装配连接完成后，在把上壁板盖在骨架上之前，先在骨架上安装有耳托板螺母，然后再装配上壁板，通过螺栓与螺母固定上壁板。
[0003]因此，在机翼装配前，须先在壁板与骨架上制孔，用以安装螺栓和螺母。制孔是指用孔加工机械或机具在实体材料(如钢板、型刚等)上加工孔的作业。在机翼制孔加工车间内，设有用于架设机翼的装配工装，装配工装上设装配操作台；还设有可绕装配工装转动的机床，机床上安装有制孔终端执行器。制孔终端执行器上安装有用于抵靠工件的压脚，压脚上设有环形的工件抵靠部，工件抵靠部的中空区域与刀具的位置相应。
[0004]随着航空产业迅猛发展，为了有效提高飞机的结构强度，减轻飞机结构重量，降低飞机能耗，飞机上大量使用碳纤维复合材料(CFRP)。但碳纤维复合材料在制孔时会产生大量粉尘，人员长期吸入这种粉尘，不仅对人肺部产生伤害，还会对人体细胞产生毒理伤害，可谓对操作人员危害极大。
[0005]此外碳纤维复合材料在制孔中产生的粉尘里含有大量碳纤维，其具有导电性，吸附在工厂机械以及电气设备上，容易造成设备内部短路，线路腐蚀等损害，因此可以说加工复合材料时产生的粉尘对人员健康，工厂设备和厂区环境都是很大的威胁。这种情况在飞机机翼装配过程中更加突出，因为机翼上下壁板均为碳纤维复合材料，在其上要制出成千上万的孔，材料的去除量非常大，同时也伴随着大量粉尘的产生，严重危害操作人员的身体健康。
[0006]现有的复合材料机翼制孔加工车间内还在使用传统的除尘手段，如活动臂，吸风罩等，但这些除尘手段均难以实时、彻底地解决复合材料机翼制孔加工产生的粉尘问题。寻找适合材料机翼制孔加工车间的除尘手段，在制孔源头捕捉大部分粉尘，并实时对飞机机翼制孔现场的各个角落进行粉尘清理，是十分必要的。
【发明内容】
[0007]本发明提供了一种用于复合材料机翼制孔加工车间的除尘系统，该除尘系统在制孔源头实时捕捉大部分粉尘，并实时对飞机机翼现场的各个角落进行清理。
[0008]一种用于复合材料机翼制孔加工车间的除尘系统，包括安装在制孔终端执行器上的第一除尘单元，安装在装配工装上的第二除尘单元，安装在车间内墙上的第三除尘单元，第一除尘单元、第二除尘单元和第三除尘单元均与控制器通过电路相连且受控于控制器；[0009]所述控制器与制孔终端执行器的控制电路通信，接收制孔终端执行器的加工参数，根据该加工参数计算制孔终端执行器压脚部位产生的切屑颗粒的直径，再输出相应的风机指令；
[0010]所述第一除尘单元包括:
[0011]第一引风机，与控制器通过电路相连，根据来自控制器的风机指令调节功率；
[0012]第一吸屑软管，一端为与第一引风机相连的出风口，另一端为延伸至压脚部位的吸风口。
[0013]本发明采用源头控制、中央处理、灵活配置、整体过滤的系统布局理念设计了该除尘系统，第一除尘单元用于实时捕捉制孔过程中散布在终端执行器压脚部位的粉尘，在制孔源头捕捉90%以上的粉尘；第二除尘单元用于实时捕捉散落在装配工装上的粉尘，第三除尘单元用于捕捉散落在车间地面的粉尘。使车间环境满足国家相关标准，真正做到实时、无死角除尘，是一种环保、绿色、多重保障的除尘系统。
[0014]并且，控制器直接与机床上制孔终端执行器的控制电路以太网线通信，根据加工参数直接计算制孔终端执行器压脚部位产生的切屑颗粒的直径，再根据所得结果变频调节第一引风机的功率，在保证粉尘捕捉效率的同时节约能源。
[0015]本发明中，切屑颗粒的直径通过以下公式计算:
[0016]Df= a max {ap, fj (ft = 2 π nge/Nnz) (I);
[0017]其中，α表示复合材料的破坏系数(表示在复合材料切屑颗粒直径与加工参数之间的联系)，ap表示刀具每公转轴向进给量(mm), ft表示刀具每齿切向进给量(mm), ng表示刀具公转转速(r/min), nz表示刀具自转转速(r/min), e表示刀具偏心距离(mm), N表示刀具切削刃数(个)。
[0018]根据实际采用刀具的机构，决定切屑截面的参数主要是刀具每公转轴向进给量ap及每齿切向进给量ft，若为金属材料则形成连续切屑，但复合材料的切屑为颗粒状，我们依据以上两个参数，再结合复合材料破坏系数α (可由实际吸屑效果标定，吸屑效果好则适当降低α值，反之则适当提高)，定义得到一定参数下复合材料切屑颗粒的直径。
[0019]加工产生的切屑颗粒弥散在制孔终端执行器压脚部位的密闭空间内，因此所述控制器还用于根据加工参数计算制孔终端执行器压脚部位产生的切屑颗粒的浓度，并结合该浓度与切屑颗粒的直径输出相应的风机指令；
[0020]计算公式为:
【权利要求】
1.一种用于复合材料机翼制孔加工车间的除尘系统，其特征在于，包括安装在制孔终端执行器上的第一除尘单元，安装在装配工装上的第二除尘单元，安装在车间内墙上的第三除尘单元，第一除尘单元、第二除尘单元和第三除尘单元均与控制器通过电路相连且受控于控制器； 所述控制器与制孔终端执行器的控制电路通信，接收制孔终端执行器的加工参数，根据该加工参数计算制孔终端执行器压脚部位产生的切屑颗粒的直径，再输出相应的风机指令； 所述第一除尘单元包括: 第一引风机，与控制器通过电路相连，根据来自控制器的风机指令调节功率； 第一吸屑软管，一端为与第一引风机相连的出风口，另一端为延伸至压脚部位的吸风□。
2.如权利要求1所述的除尘系统，其特征在于，切屑颗粒的直径通过以下公式计算:
Df = a max {ap, fj Cft = 2n nge/Nnz)； 其中，α表示复合材料的破坏系数，&1)表示刀具每公转轴向进给量，ft表示刀具每齿切向进给量，ng表示刀具公转转速，nz表示刀具自转转速，e表示刀具偏心距离，N表示刀具切削刃数。
3.如权利要求2所述的除尘系统，其特征在于，所述控制器还用于根据加工参数计算制孔终端执行器压脚部位产生的切屑颗粒的浓度，并结合该浓度与切屑颗粒的直径输出相应的风机指令； 切屑颗粒浓度的计算公式为:
4.如权利要求3所述的除尘系统，其特征在于，第一引风机功率的计算公式为:
P = p0+kDf3+pa,或 P = S+k^Z+^C ； 其中，Po表示最低功率，根据切屑颗粒浓度是否高于预设值，将Pa取O或某设定值。
5.如权利要求1所述的除尘系统，其特征在于，制孔终端执行器压脚上设有环形的工件抵靠部，工件抵靠部的内缘设有吸屑孔，所述第一吸屑软管的吸风口与该吸屑孔连通。
6.如权利要求1所述的除尘系统，其特征在于，所述第二除尘单元包括若干组除尘管道，每组中包括多条除尘管道，同组中所有除尘管道的吸风口处在同一除尘高度上，且同组中所有除尘管道并联接入一个第二引风机。
7.如权利要求6所述的除尘系统，其特征在于，每组除尘管道配置有一个粉尘浓度检测器，该粉尘浓度检测器处在该组除尘管道的吸风口附近；所述控制器还用于接收各粉尘浓度检测器的信号并控制对应的第二引风机。
8.如权利要求7所述的除尘系统，其特征在于，每组除尘管道包括位于同一除尘高度上的2~6条。
9.如权利要求6所述的除尘系统，其特征在于，所述第二除尘单元还包括相互连通的第三引风机和第二吸屑软管，该第二吸屑软管的吸风口固定在位于装配工装顶部的升降座上；所述控制器还用于控制升降座与第三引风机同步启停。
10.如权利 要求1所述的除尘系统，其特征在于，所述第三除尘单元包括第四引风机以及若干并联接入该第四引风机的吸尘分管，所有吸尘分管均匀分布在车间内墙上且吸风口均朝向车间地面；所述控制器还用于控制第四引风机的启停。
【文档编号】B08B15/00GK103909545SQ201410115104
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年3月26日 优先权日:2014年3月26日
【发明者】刘刚, 柯臻铮, 蒋君侠, 柯映林 申请人:浙江大学