一种复合材料立体桁架装配和机加工工装及使用方法与流程

本发明涉及桁架结构，具体涉及一种复合材料立体桁架装配和机加工工装及使用方法。

背景技术：

1、桁架结构由于结构简单，载荷分配合理，易于安装和拆卸的特点，在浮空器、空间站和卫星中都是很有效的一种结构。立体桁架往往具有多个空间角度基准面，不仅要满足基准面的平面度、空间角度及尺寸精度，还要满足接口位置孔的位置度。

2、目前常见的复合材料立体桁架胶接装配及机加工一般采用传统方式进行，先对复合材料管件进行打孔，然后胶接复合材料管件内部埋件，其次将复合材料管件与接头在胶接装配工装上进行预装修配，并在工装上定位胶接桁架，最后在机加工装上组合机加。

3、目前传统的复合材料立体桁架胶接装配及加工方法多存在以下几方面问题：1.胶接装配工装难以实现外径超差的复合材料零件的精确定位；2.机加时难以调校整体桁架角度来保证每个基准面的平面度；3.难以实现桁架的精确组装；4.立体桁架的胶接装配采用一套工装，立体桁架的机加采用另一套工装，而且胶接装配及机加工装往往具有独特性，即使结构类似的桁架结构，也要重新设计和制造工装，大大增加了时间和制造成本。

4、公开号为cn111098507a的中国专利申请公开了一种卫星复合材料桁架原位胶接装配的方法，该方法工装结构设计繁琐，精度要求高，大大增加了制造成本，且使用钻模板对复合材料管件进行制孔，人为因素影响比较大，平面度的保证需要在专门的机加工装上进行机加。公开号为cn106785314a的中国专利申请公开了一种多层复杂桁架结构装配成型方法，该方法采用逐层胶接装配，累积误差比较多，组合胶接装配时容易产生应力，导致桁架变形。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种复合材料立体桁架装配和机加工工装及使用方法，其工装的刚性好，操作简便，能保证基准面的平面度，其装配精确，能方便进行分解和组装，实现装配效率高且成本低。

2、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

3、一种复合材料立体桁架装配和机加工工装，包括下框架，所述下框架上以可拆卸的方式间隔设置有两个侧框架，所述下框架和两个侧框架上设有多个可拆卸的定位组件，各所述定位组件上设有至少一个基准面，所述下框架与两个侧框架之间形成容纳立体桁架的空间，所述立体桁架由多个复合材料管件通过接头组件连接形成，所述接头组件可拆卸地连接于各基准面上以精准定位。

4、作为上述技术方案的进一步改进：

5、多个所述定位组件包括设于下框架上且靠近侧框架的第一定位件和第二定位件、以及设于两个侧框架上的第三定位件和第四定位件，所述接头组件包括与第一定位件配合连接的第一接头、与第二定位件配合连接的第二接头、与第三定位件配合连接的第三接头、和与第四定位件配合连接的第四接头，所述第一接头设于立体桁架底部的四角处，所述第二接头设于立体桁架底部的侧边上，所述第三接头设于立体桁架顶部的四角处，所述第四接头设于立体桁架顶部的侧边上。

6、所述第一定位件上设有与第一接头配合的第一水平基准面，所述第一接头的安装面紧贴于第一水平基准面上、并通过螺栓紧固连接。

7、所述第二定位件设有与第二接头配合的第二水平基准面和第二倾斜基准面，所述第二水平基准面与第一水平基准面位于同一平面上，所述第二水平基准面与第二倾斜基准面连接并形成一定的夹角，所述第二接头的安装面紧贴于第二水平基准面和第二倾斜基准面上、并通过螺栓紧固连接。

8、所述第三定位件设有与第三接头配合的第三水平基准面和第三倾斜基准面，位于同一侧框架上的所述第三倾斜基准面和第二倾斜基准面二者倾角相同、并位于同一平面上，所述第三水平基准面与第三倾斜基准面连接并形成一定的夹角，所述第三接头的安装面紧贴于第三水平基准面和第三倾斜基准面上、并通过螺栓紧固连接。

9、各所述第三倾斜基准面上设有侧基准面，所述侧基准面位于第三接头远离立体桁架的一侧。

10、所述第四定位件设有与第四接头配合的第四水平基准面和第四倾斜基准面，所述第四水平基准面与第三水平基准面位于同一平面上，位于同一侧框架上的所述第四倾斜基准面和第三倾斜基准面二者倾角相同、并位于同一平面上，所述第四水平基准面与第四倾斜基准面连接并形成一定的夹角，所述第四接头的安装面紧贴于第四水平基准面和第四倾斜基准面上、并通过螺栓紧固连接。

11、所述第二水平基准面与第二倾斜基准面为一体成型，所述第三水平基准面与第三倾斜基准面可拆卸连接，所述第四水平基准面与第四倾斜基准面可拆卸连接，所述第一水平基准面、第二水平基准面、第二倾斜基准面、第三水平基准面、第三倾斜基准面、第四水平基准面和第四倾斜基准面中的一个或多个上设有至少一个定限位槽，各所述定限位槽3211中设有基准孔，所述第一接头、第二接头、第三接头和第四接头中的一个或多个上设有与定限位槽匹配的定限位突起，所述定限位突起卡装于定限位槽中。

12、两个侧框架之间连接有用于加强稳定的连杆，所述连杆的两端均以可拆卸的方式与设于侧框架上的定位组件连接。

13、一种复合材料立体桁架装配和机加工工装的使用方法，包括以下步骤：

14、s1、复合材料管件通过模压成型，并通过机加工裁切；

15、s2、通过塞打螺钉在复合材料管件内定位并安装预埋件；

16、s3、将接头组件插装在复合材料管件端部；

17、s4、将插装有复合材料管件的接头组件与下框架和两个侧框架上的定位组件紧固连接，然后进行胶接固化，即形成立体桁架；

18、s5、在立体桁架的安装面上贴装垫片，并进行热稳定化处理；

19、s6、在装配和机加工一体化工装上组合机加安装面。

20、与现有技术相比，本发明的优点在于：

21、本发明通过定位组件能单独替换或任意组合替换，下框架和两个侧框架为分体结构，能根据不同空间的立体桁架的结构形式、接口位置和安装面位置的需要进行分解和组装；能单独拆装，单个替换或任意多个组合替换以满足胶接装配和机加技术要求；其工装的刚性好，重量轻，操作简便，能保证基准面的平面度，其装配精确，实现装配效率高且成本低。

技术特征：

1.一种复合材料立体桁架装配和机加工工装，包括下框架(1)，其特征在于，所述下框架(1)上以可拆卸的方式间隔设置有两个侧框架(2)，所述下框架(1)和两个侧框架(2)上设有多个可拆卸的定位组件(3)，各所述定位组件(3)上设有至少一个基准面，所述下框架(1)与两个侧框架(2)之间形成容纳立体桁架(4)的空间，所述立体桁架(4)由多个复合材料管件(41)通过接头组件(42)连接形成，所述接头组件(42)可拆卸地连接于各基准面上以精准定位。

2.根据权利要求1所述的复合材料立体桁架装配和机加工工装，其特征在于，多个所述定位组件(3)包括设于下框架(1)上且靠近侧框架(2)的第一定位件(31)和第二定位件(32)、以及设于两个侧框架(2)上的第三定位件(33)和第四定位件(34)，所述接头组件(42)包括与第一定位件(31)配合连接的第一接头(421)、与第二定位件(32)配合连接的第二接头(422)、与第三定位件(33)配合连接的第三接头(423)、和与第四定位件(34)配合连接的第四接头(424)，所述第一接头(421)设于立体桁架(4)底部的四角处，所述第二接头(422)设于立体桁架(4)底部的侧边上，所述第三接头(423)设于立体桁架(4)顶部的四角处，所述第四接头(424)设于立体桁架(4)顶部的侧边上。

3.根据权利要求2所述的复合材料立体桁架装配和机加工工装，其特征在于，所述第一定位件(31)上设有与第一接头(421)配合的第一水平基准面(311)，所述第一接头(421)的安装面紧贴于第一水平基准面(311)上、并通过螺栓紧固连接。

4.根据权利要求3所述的复合材料立体桁架装配和机加工工装，其特征在于，所述第二定位件(32)设有与第二接头(422)配合的第二水平基准面(321)和第二倾斜基准面(322)，所述第二水平基准面(321)与第一水平基准面(311)位于同一平面上，所述第二水平基准面(321)与第二倾斜基准面(322)连接并形成一定的夹角，所述第二接头(422)的安装面紧贴于第二水平基准面(321)和第二倾斜基准面(322)上、并通过螺栓紧固连接。

5.根据权利要求4所述的复合材料立体桁架装配和机加工工装，其特征在于，所述第三定位件(33)设有与第三接头(423)配合的第三水平基准面(331)和第三倾斜基准面(332)，位于同一侧框架(2)上的所述第三倾斜基准面(332)和第二倾斜基准面(322)二者倾角相同、并位于同一平面上，所述第三水平基准面(331)与第三倾斜基准面(332)连接并形成一定的夹角，所述第三接头(423)的安装面紧贴于第三水平基准面(331)和第三倾斜基准面(332)上、并通过螺栓紧固连接。

6.根据权利要求5所述的复合材料立体桁架装配和机加工工装，其特征在于，各所述第三倾斜基准面(332)上设有侧基准面(333)，所述侧基准面(333)位于第三接头(423)远离立体桁架(4)的一侧。

7.根据权利要求5所述的复合材料立体桁架装配和机加工工装，其特征在于，所述第四定位件(34)设有与第四接头(424)配合的第四水平基准面(341)和第四倾斜基准面(342)，所述第四水平基准面(341)与第三水平基准面(331)位于同一平面上，位于同一侧框架(2)上的所述第四倾斜基准面(342)和第三倾斜基准面(332)二者倾角相同、并位于同一平面上，所述第四水平基准面(341)与第四倾斜基准面(342)连接并形成一定的夹角，所述第四接头(424)的安装面紧贴于第四水平基准面(341)和第四倾斜基准面(342)上、并通过螺栓紧固连接。

8.根据权利要求7所述的复合材料立体桁架装配和机加工工装，其特征在于，所述第二水平基准面(321)与第二倾斜基准面(322)为一体成型，所述第三水平基准面(331)与第三倾斜基准面(332)可拆卸连接，所述第四水平基准面(341)与第四倾斜基准面(342)可拆卸连接，所述第一水平基准面(311)、第二水平基准面(321)、第二倾斜基准面(322)、第三水平基准面(331)、第三倾斜基准面(332)、第四水平基准面(341)和第四倾斜基准面(342)中的一个或多个上设有至少一个定限位槽(3211)，各所述定限位槽(3211)中设有基准孔(3212)，所述第一接头(421)、第二接头(422)、第三接头(423)和第四接头(424)中的一个或多个上设有与定限位槽(3211)匹配的定限位突起，所述定限位突起卡装于定限位槽(3211)中。

9.根据权利要求1所述的复合材料立体桁架装配和机加工工装，其特征在于，两个侧框架(2)之间连接有用于加强稳定的连杆(5)，所述连杆(5)的两端均以可拆卸的方式与设于侧框架(2)上的定位组件(3)连接。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的复合材料立体桁架装配和机加工工装的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种复合材料立体桁架装配和机加工工装，包括下框架，下框架上以可拆卸的方式间隔设置有两个侧框架，下框架和两个侧框架上设有多个可拆卸的定位组件，各定位组件上设有至少一个基准面，下框架与两个侧框架之间形成容纳立体桁架的空间，立体桁架由多个复合材料管件通过接头组件连接形成，接头组件可拆卸地连接于各基准面上以精准定位。本发明通过定位组件能单独替换或任意组合替换，下框架和两个侧框架为分体结构，能根据不同空间的立体桁架的结构形式、接口位置和安装面位置的需要进行分解和组装，以满足要求；其工装的刚性好，重量轻，操作简便，能保证基准面的平面度，其装配精确，实现装配效率高且成本低。

技术研发人员：王磊,李华,舒华
受保护的技术使用者：湖南航天环宇通信科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15