专利名称：组合式可重构柔性模具的调形单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种组合式可重构柔性模具的调形单元，属于机械工程/板料成 形领域。(二)
背景技术：
蒙皮是构成飞机气动外形的关键零件，其表面质量和形状精度对飞机的整 体性能具有重要的影响，并且飞机蒙皮零件具有外形复杂多样、零件种类繁多 等特点。然而目前的成形方式主要采用实体模具拉伸成形，因此需要给每一个 蒙皮设计拉伸成形模具，实体模具蒙皮拉伸成形中，零件研制周期约为366小时，其中模具设计制造约为312小时，涉及制造工装的部分占据全部生产的绝大部分时间，另经申请人在大量的研究与实验过程中所了解，现有技术中主要存在以下缺陷上述现有专利中存在以下问题1、 使用整体钉身，这不利于钉床整体的保养与修护，并且在需要改变钉头 半径时，造成不必要的浪费。2、 钉床规模固定化，在需要增大或者减小钉床规模时，需要进行较大的改动。3、 模块化的设计方案不尽合理，仍有进一步优化的空间。4、 单元箱体的设计分散化，这对于后续的装配调试，都会造成很大的不方便。因此，传统的模具工装和工艺方法己不适应现代飞机的快速研制和快速投 产或转入批生产的要求。(三)
发明内容
本发明的目的在于提供一种组合式可重构柔性模具的调形单元，使可重构柔性模具单元化、模块化。通过多个调形模块的拼接、组合，可构成不同尺寸 范围的可重构柔性拉伸成形模具。本调形单元采用直流伺服电机控制，通过接 受调形数据及指令，控制卡会控制电机运动，从而调整每个钉柱的高度，构造 蒙皮拉伸成形所需的包络曲面，来完成多种蒙皮零件的拉伸成形。本发明一种组合式可重构柔性模具的调形单元，包括钉身装配单元、连 接单元和箱体单元。其特征在于所述的钉身装配单元包括可换钉头，钉柱，调节螺杆，推力轴承和联轴器。可换钉头上端为一个球面，中间为一个正方形柱体形状，下端有一个定位 台阶，用于与钉柱上端的装配孔连接。可换钉头上端直接与弹性垫层接触，构 成包络曲面，其可根据曲面曲率的大小对钉头高度以及钉头半径进行修改、更 换，以适应不同的蒙皮曲面成形需求；同时，通过改变钉头的高度和尺寸来适 应不同柔性模具的需求，可以节省大量的制造成本。钉柱是一个正方形柱体结构，是一个焊接连接部件，有两个部分构成。上 端是一个中间掏有装配孔的正方形柱体，下端与一个紫铜套(图中未示)过盈 配合，然后在紫铜套上攻丝，与调节螺杆构成螺纹运动副。钉柱的此种分体式 结构便于加工，上下端分别加工完成后，进行焊接连接，经过热处理后再整体 加工成形。调节螺杆上端是外螺纹，与钉柱下端的内螺纹配合。中间有一个限位平台， 下端有两个台阶圆柱，用于与推力轴承配合以及和联轴器的连接。推力轴承为外购标准件，用于将调节螺杆的Z向力传递给连接箱体，避免 电机承受Z向载荷。联轴器连接调节螺杆和电机，电机输出轴的转动能够带动调节螺杆转动， 从而使钉柱能够上升或下降，调节包络曲面的形状。所述的连接单元由连接箱体、侧板和连接螺钉组成，该连接单元连接钉身 装配单元和箱体单元，同时承受和传递蒙皮拉伸成形过程的Z向载荷。连接箱体采用整体式框架结构，需要在5轴数控中心上进行加工。连接箱 体的上部对应联轴器安装的位置，加工有多级台阶孔；为了保证调节螺杆和电 机输出轴的同轴度，连接箱体的多级台阶孔采用一次装夹定位加工。连接箱体 中部采用整体隔断式加强方式，即在连接箱体侧壁上，每个联轴器对应的安装位置横向钻孔，以此构成了连接箱体中部的整体隔断式加强方式，这样即有足 够的空间来安装/紧固联轴器，又能保证连接箱体的刚度和强度。连接箱体的下 部安装直流电机。侧板通过连接螺钉固定在连接箱体外侧，电机8与调节螺杆3配合连接好 后，侧板7与连接螺钉13将连接箱体的侧壁封闭，构成一个整体框架。所述的箱体单元包括电机、控制器、竖连接板、横连接板、外框和紧固螺 钉。箱体单元主要是传递Z向载荷，以及运动部件(电机、控制器)的装配连 接；其是整个调形单元的控制部件。电机通过联轴器和调节螺杆连接，其与控制器通过10线扁平电缆进行连 接，控制器通过竖连接板和横连接板与外框进行连接固定，竖连接板通过连接 螺钉与横连接板固定连接。外框与连接箱体连接，传递拉伸成形Z向载荷。本发明一种组合式可重构柔性模具的调形单元，其优点及功效是调形单 元独立性强、模块化程度高，易于维护；连接箱体采用一体化设计，能够很好 的满足装配和刚度、强度要求。调形单元适应范围广，可更换可换钉头和调整 钉身运动高度形成不同形状、曲率的包络曲面。
-图1调形单元结构示意图 .图2调形单元爆炸装配示意3调形单元上部分爆炸装配示意4调形单元下部爆炸装配示意5连接箱体结构示意中标号及符号说明如下I、 可换钉头；2、钉柱；3、调节螺杆；4、推力轴承；5、联轴器； 6、连接箱体；7、侧板；8、电机；9、控制器；10、竖连接板；II、 横连接板；12、外框；13、连接螺钉；14、紧固螺钉； 61、多级台阶孔；62整体式加强筋。具体实施例方式本发明一种组合式可重构柔性模具的调形单元，分成3个主要部分构成， 分别为钉身装配单元、连接单元和箱体单元，其爆炸式装配图如图2所示。其 中连接单元是调形单元的关键部件。钉身装配单元和箱伴单元分别与其进行装 配连接。下面进行具体的描述。如图2所示，钉身装配单元包括可换钉头l，钉柱2，调节螺杆3，推力轴 承4和联轴器5。可换钉头1上端为一个球面，中间为一个正方形柱体形状，下端有一个定 位台阶，用于与钉柱上端的装配孔连接。可换钉头1上端直接与弹性垫层接触， 构成包络曲面，其可根据曲面曲率的大小对钉头高度以及钉头半径进行修改、 更换，以适应不同的蒙皮曲面成形需求；同时，通过改变钉头的高度和尺寸来 适应不同柔性模具的需求，可以节省大量的制造成本。钉柱2是一个正方形柱体结构，是一个焊接连接部件，有两个部分构成。 上端是一个中间掏有装配孔的正方形柱体，该装配孔的内部孔径为①20mra;下 端有一个①22mm的通孔，其与外径为①22mm的紫铜套(图中未示)过盈配合， 然后在紫铜套上攻丝，为M16X1.5mm的细牙螺纹，与调节螺杆构成螺纹运动副。 钉柱的此种分体式结构便于加工，上下端分别加工完成后，进行焊接连接，经 过热处理后再整体加工成形。调节螺杆3上端是外螺纹，与钉柱2下端的内螺纹配合。中间有一个限位 平台，下端有两个台阶圆柱，用于与推力轴承4配合以及和联轴器5的连接。推力轴承4为外购标准件，用于将调节螺杆的Z向力传递给连接箱体，避 免电机承受Z向载荷。联轴器5将调节螺杆3和电机8进行连接，电机8输出轴的转动能够带动 调节螺杆3转动，从而使钉柱2能够上升或下降，调节包络曲面的形状钉柱2是一个焊接连接部件，上下两个部分单独加工，焊接连接后，经过 调质热处理，再整体加工外部形状。调节螺杆3是一个多台阶的运动零件，其上端为M16X1. 5mm的细牙螺纹， 与钉柱2的紫铜套内螺纹构成螺纹运动副。通过调节螺杆3的旋转，调节钉柱2进行上下运动。调节螺杆3的下端为一个3级台阶轴，从下至上分别与联轴 器5配合、推力轴承4配合。在连接箱体6的上端有与调节螺杆3对应的台阶 孔，调节螺杆所承受的拉伸成形Z向载荷通过推力轴承4传递给连接箱体6， 而避免通过联轴器5传递给电机8，造成控制单元的损害。所述的连接单元由连接箱体6、侧板7和连接螺钉13组成，该连接单元连 接钉身装配单元和箱体单元，同时承受和传递蒙皮拉伸成形过程的Z向载荷。连接箱体采用整体式框架结构，需要在5轴数控中心上进行加工。连接箱 体的上部对应联轴器安装的位置，加工有多级台阶孔61;为了保证调节螺杆3 和电机8输出轴的同轴度，连接箱体6的多级台阶孔61采用一次装夹定位加工。 连接箱体6中部采用整体隔断式加强方式，即连接箱体的框架内部，加工有整 体式加强筋62，即在连接箱体侧壁上，每个联轴器对应的安装位置横向钻孔。 由于连接箱体6是一个整体部件，它需要连接钉身装配单元和箱体单元，又需 要承受蒙皮拉形时的Z向载荷。其设计要求体积小，强度高，便于装配。因此 在联轴器装配空间，采取整体隔断式加强方式，设计了 5组整体式加强筋62(如 图5所示)，既能保证联轴器的顺利装配，又能保证连接箱体的整体强度。连接 箱体的下部安装直流电机。如图4所示，电机通过连接螺钉13与连接箱体6固定，并通过联轴器5 将电机输出轴与调节螺杆3配合，通过电机输出轴的运动带动调节螺杆3的同 步运动。电机8与调节螺杆3配合连接好后，侧板7与连接螺钉13将连接箱体的侧 壁封闭，构成一个整体框架。所述的箱体单元包括电机8、控制器9、竖连接板IO、横连接板ll、外框 12和紧固螺钉14。箱体单元主要是传递Z向载荷，以及运动部件(电机、控制 器)的装配连接；其是整个调形单元的控制部件。电机8通过联轴器5和调节螺杆3连接，其与控制器通过10线扁平电缆进 行连接，控制器通过竖连接板IO和横连接板11与外框12进行连接固定。如图 2所示，箱体单元中共有8个控制器9，分别控制8个电机8，在箱体单元的装 配中，由竖连接板10上下两侧共装配4个控制器9，两块竖连接板10就装配8 个控制器9。竖连接板9通过连接螺钉13与横连接板11固定连接。外框12通过3个连接螺钉13与连接箱体6固定，承受并传递由可换钉头1传递下来的拉 伸成形Z向载荷。横连接板11也通过4个紧固螺钉14与外框相连。本发明一种组合式可重构柔性模具的调形单元，总的装配过程为先装配调 形单元的下部分，如图4所示。再将钉身单元装配好，钉身单元通过联轴器5 与电机输出轴相连，构成一个整体框架。装配完成后再将侧板7进行封闭装配。 整个装配过程得以完成。
权利要求
1、一种组合式可重构柔性模具的调形单元，包括钉身装配单元、连接单元和箱体单元；其特征在于该钉身装配单元包括可换钉头，钉柱，调节螺杆，推力轴承和联轴器；该可换钉头上端为一个球面，中间为一个正方形柱体形状，下端有一个定位台阶，用于与钉柱上端的装配孔连接；该钉柱是一个正方形柱体结构，是一个焊接连接部件，有两个部分构成，上端是一个中间掏有装配孔的正方形柱体，下端与一个紫铜套过盈配合，然后在紫铜套上攻丝，与调节螺杆构成螺纹运动副；该调节螺杆上端是外螺纹，与钉柱下端的内螺纹配合，中间有一个限位平台，下端有两个台阶圆柱，用于与推力轴承配合以及和联轴器的连接；该联轴器连接调节螺杆和电机；该连接单元由连接箱体、侧板和连接螺钉组成，该连接单元连接钉身装配单元和箱体单元，同时承受和传递蒙皮拉伸成形过程的Z向载荷；该连接箱体采用整体式框架结构，需要在5轴数控中心上进行加工；连接箱体的上部对应联轴器安装的位置，加工有多级台阶孔；连接箱体中部采用整体隔断式加强方式，即在连接箱体侧壁上，每个联轴器对应的安装位置横向钻孔；连接箱体的下部安装直流电机；该侧板通过连接螺钉固定在连接箱体外侧，电机与调节螺杆配合连接好后，侧板与连接螺钉将连接箱体的侧壁封闭，构成一个整体框架；该箱体单元包括电机、控制器、竖连接板、横连接板、外框和紧固螺钉；箱体单元主要是传递Z向载荷，以及运动部件的装配连接；其是整个调形单元的控制部件；该电机通过联轴器和调节螺杆连接，其与控制器通过10线扁平电缆进行连接，控制器通过竖连接板和横连接板与外框进行连接固定，竖连接板通过连接螺钉与横连接板固定连接；外框与连接箱体连接，传递拉伸成形Z向载荷。
2、 根据权利要求1所述的组合式可重构柔性模具的调形单元，其特征在于: 该电机的输出轴的转动带动调节螺杆转动，使钉柱上升或下降，调节包络曲面 的形状。
3、 根据权利要求1所述的组合式可重构柔性模具的调形单元，其特征在 于该连接箱体的多级台阶孔采用一次装夹定位加工，以保证调节螺杆和电机 的输出轴同轴度。
4、 根据权利要求1所述的组合式可重构柔性模具的调形单元，其特征在 于该整体隔断式加强设计方式，既方便装配，又能保证连接箱体的整体刚度 和强度。
全文摘要
本发明一种组合式可重构柔性模具的调形单元，包括钉身装配单元、连接单元和箱体单元；该钉身装配单元包括可换钉头，钉柱，调节螺杆，推力轴承和联轴器；该连接单元由连接箱体、侧板和连接螺钉组成，该连接单元连接钉身装配单元和箱体单元；该箱体单元包括电机、控制器、竖连接板、横连接板、外框和紧固螺钉。本发明一种组合式可重构柔性模具的调形单元，调形单元独立性强、模块化程度高，易于维护；连接箱体采用一体化设计，能够很好的满足装配和刚度、强度要求。调形单元适应范围广，可更换可换钉头和调整钉身运动高度形成不同形状、曲率的包络曲面。
文档编号B21D37/00GK101219454SQ200810056660
公开日2008年7月16日 申请日期2008年1月23日 优先权日2008年1月23日
发明者李东升, 雁 秦, 罗红宇, 丽 陈, 源 黄 申请人:北京航空航天大学