飞机蒙皮的柔性加工系统的制作方法

专利名称：飞机蒙皮的柔性加工系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及飞机蒙皮制造领域，特别涉及一种飞机蒙皮的柔性加工系统。
背景技术：
飞机蒙皮加工中一直普遍采用化铣工艺。这种工艺虽然可以较好解决复杂凹腔/ 凹面的加工问题，但其存在的化学污染、耗电量大、消耗铝材无法回收等固有弊端，一直困扰着航空工业。为了替代化铣工艺，提高生产效率，通常采用一种基于多点柔性工装的蒙皮加工系统，以对蒙皮上的复杂凹腔/凹面进行加工。但是，现有多点柔性工装的支承间距太大，支承密度(单位面积内支承点个数)太小。过大的支承间距将造成支承点间呈现很大的悬空区，而蒙皮本身又很薄，在无支承部位刚度极差，不可避免发生颤振，因而无法进行高质高效的蒙皮加工。

发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。有鉴于此，本发明需要提供一种飞机蒙皮柔性加工系统，该飞机蒙皮柔性加工系统的支撑密度大，悬空区小，避免了飞机蒙皮在加工时发生颤振。根据本发明的实施例提供的一种飞机蒙皮柔性加工系统，包括可变密集阵支承装置，所述可变密集阵支承装置包括基座；设置在所述基座上的多个伸缩机构，所述伸缩机构沿着竖直方向可伸缩；以及分别连接至所述伸缩机构的万向平台，以支撑所述飞机蒙皮，所述万向平台构造成适于吸附并支撑所述飞机蒙皮的下表面；以及随动自适应抑振装置，所述随动自适应抑振装置与所述飞机蒙皮的上表面相对设置，以相对于所述万向平台对所述飞机蒙皮进行定位。根据本发明的实施例的飞机蒙皮的柔性加工系统，多个伸缩机构对应的多个万向平台可以实现对飞机蒙皮的密集支撑，由此，提高了柔性加工系统的支撑密度，悬空空间较小，避免了飞机蒙皮加工时的颤振，以提高飞机蒙皮的加工效率。根据本发明的一个实施例，所述万向平台包括精密定位球，所述精密定位球连接至所述伸缩机构；万向平台体，所述万向平台体通过万向机构与所述精密定位球连接；以及多个吸附支撑单元，所述吸附支撑单元设置在所述万向平台体上，以吸附和支撑所述飞机蒙皮的下表面。根据本发明的一个实施例，每个所述吸附支撑单元包括支撑杆，所述支撑杆设置在沿着垂直于所述万向平台体的表面的方向上贯穿所述万向平台体中的孔中且沿着所述方向可调，以支撑所述飞机蒙皮；液压锁紧装置，所述液压锁紧装置设置在所述孔和所述支撑杆之间，以在工作时将所述支撑杆锁紧至所述万向平台体；以及真空吸盘，所述真空吸盘围绕所述孔设置，以在工作时真空吸附所述飞机蒙皮。根据本发明的一个实施例，所述支撑杆的下方设置有弹性件，以使所述支撑杆沿着所述方向可调。
根据本发明的一个实施例，所述吸附支撑单元围绕所述精密定位球设置。根据本发明的一个实施例，所述支撑杆内形成有气体通道，以在工作时通过真空抽吸利用所述真空吸盘对所述飞机蒙皮进行真空吸附。根据本发明的一个实施例，所述随动自适应抑振装置包括主轴单元；随动装置， 所述随动装置沿所述主轴单元的轴线方向可随动移动；以及弹性压头，所述弹性压头设置在所述随动装置的下方，并与所述飞机蒙皮的所述上表面相对设置。根据本发明的一个实施例，所述弹性压头具有可充入高压气体的腔体；且所述弹性压头与所述上表面相对的表面上形成有开口，所述开口与所述腔体相连通。根据本发明的一个实施例，所述弹性压头与所述上表面相对的表面与所述上表面相距预定的距离。根据本发明的一个实施例，所述随动自适应抑振装置进一步包括设置在所述开口处的压力传感器。根据本发明的一个实施例，所述随动自适应抑振装置进一步包括压力控制装置， 所述压力控制装置根据所述压力传感器实时检测所述弹性压头下端的实际压力值，并于所需的压力阈值相比较并控制和调节所述弹性压头与所述飞机蒙皮之间的气隙。根据本发明的一个实施例，所述弹性压头由低硬度弹性材料橡胶或者尼龙所形成。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。


本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图1显示了根据本发明的一个实施例的飞机蒙皮柔性加工系统的结构示意图；图2显示了根据本发明的一个实施例的飞机蒙皮柔性加工系统的可变密集阵支承装置的局部结构示意图；图3显示了根据本发明的一个实施例的飞机蒙皮柔性加工系统的万向平台的俯视示意图；以及图4显示了根据本发明的一个实施例的飞机蒙皮柔性加工系统的压力控制系统控制框图。
具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、 “后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。如图1所示，根据本发明的实施例的飞机蒙皮的柔性加工系统，包括可变密集阵支承装置10和随动自适应抑振装置20。具体而言，可变密集阵支承装置10包括基座11、设置在基座11上的多个伸缩机构12，伸缩机构12沿着竖直方向可伸缩以及分别连接至伸缩机构12的万向平台13，以支撑飞机蒙皮90，万向平台13构造成适于吸附并支撑飞机蒙皮90的下表面。换言之，可变密集阵支撑装置10包括基座11及与基座11链接的多个伸缩机构 12，在伸缩机构12的上方设置有万向平台13，多个万向平台13用于共同支撑飞机蒙皮90。随动自适应抑振装置20与飞机蒙皮90的上表面相对设置，以相对于万向平台13 对飞机蒙皮90进行定位。根据本发明的实施例的飞机蒙皮的柔性加工系统，多个伸缩机构12对应的多个万向平台13可以实现对飞机蒙皮的密集支撑，由此，提高了柔性加工系统的支撑密度，悬空空间较小，避免了飞机蒙皮加工时的颤振，以提高飞机蒙皮的加工效率。如图2、图3所示，根据本发明的一个实施例，万向平台13可以包括精密定位球 131、万向平台体132以及多个吸附支撑单元133。具体地，精密定位球131连接至伸缩机构12。例如，精密定位球131可以与伸缩机构12的上端部固定连接。由此，精密定位球131可以随伸缩机构12的上下移动而处于不同的位置，以实现对飞机蒙皮90的刚性支撑。万向平台体132通过万向机构与精密定位球131连接。需要说明的是，万向机构可以是形成在万向平台体132上的与精密定位球131匹配的凹槽与精密定位球131共同组成的结构，该结构可以使万向平台体132绕精密定位球131转动，以与飞机蒙皮90的形状对应。吸附支撑单元133设置在万向平台体131上，以吸附和支撑飞机蒙皮90的下表换言之，万向平台13包括用于定位的精密定位球131，多个精密定位球131构成一个定位球阵，通过调节伸缩机构12的高度可以调节精密定位球131的高度，例如节伸缩机构12可以由伺服电机驱动，各个精密定位球131被调节到希望的高度时，便形成一张离散的定位曲面，飞机蒙皮通过吸附支撑单元133吸附在定位曲面上就可实现精确定位。如图2、图3所示，进一步地，吸附支撑单元133可以围绕精密定位球131设置。由此，可以实现对飞机蒙皮90的多点支撑。每个吸附支撑单元133包括支撑杆1331、液压锁紧装置1332以及真空吸盘1133。具体地，支撑杆1331设置在沿着垂直于万向平台体132的表面的方向上贯穿万向平台体132中的孔80中且沿着所述方向可调，以支撑飞机蒙皮90。支撑杆1331的顶部与飞机蒙皮90的下表面抵靠，以对飞机蒙皮进行支撑。例如，支撑杆1331的顶端可以为球面， 以方便支撑飞机蒙皮90。液压锁紧装置1132设置在孔80和支撑杆1331之间，以在工作时将支撑杆1331 锁紧至万向平台体132。由此，可以实现通过支撑杆1331对飞机蒙皮90的刚性支撑。真空吸盘1133可以围绕孔80设置，以在工作时真空吸附飞机蒙皮90。真空吸盘 1133内部有气体通道70，以在工作时通过真空抽吸利用真空吸盘对1134所述飞机蒙皮90 进行真空吸附。由此，通过真空吸盘可以将飞机蒙皮90牢牢的吸附在支撑杆1331的顶端， 以对飞机蒙皮90进行定位支撑。支撑杆1331的下方可以设置有弹性件60，以使支撑杆1331沿着所述方向可调。 例如，弹性件60可以为设置在支撑杆1331下方的弹簧，当液压锁紧装置1132不工作时，该弹簧可以使支撑杆1331的顶面与飞机蒙皮自适应的接触。如图1所示，根据本发明的一个实施例，随动自适应抑振装置20包括主轴单元21、 随动装置22以及弹性压头23。具体而言，随动装置22可以沿主轴单元21的轴线方向可随动移动。弹性压头23设置在随动装置22的下方，并与飞机蒙皮90的上表面相对设置。弹性压头23可以避免划伤飞机蒙皮90。弹性压头23具有可充入高压气体的腔体(未示出)，且弹性压头23与上表面相对的表面上形成有开口(未示出)，开口与所述腔体相连通。弹性压头23与上表面相对的表面与上表面相距预定的距离。由此，在弹性压头23的腔体内通入高压气体，可以使高压气体在飞机蒙皮90的上表面与弹性压头之间形成加压气垫M。以对飞机蒙皮定位，并抑制飞机蒙皮90在加工时发生的颤振，有效提高加工质量和加工效率。由此，通过设置随动装置22的位置，即可控制弹性压头23与飞机上表面之间的距离，例如，可以使弹性压头23与其上表面相对的表面与飞机蒙皮90的上表面相距预定的距离。而随动自适应抑振装置10可以进一步包括设置在弹性压头23的开口处的压力传感器 (未示出)。通过压力传感器的检测的数值来控制弹性触头23的位置，使弹性触头23与飞机蒙皮90的上表面时刻保持在预定的距离。同时，从弹性压头23吹出的高压气体可以将刀具在飞机蒙皮90上产生的切屑吹走，并加强散热。根据本发明的一些实施例，弹性压头23可以由低硬度弹性材料橡胶或者尼龙所形成。由此，避免在意外情况下弹性压头23与飞机蒙皮90接触，避免了弹性压头23对飞机蒙皮90造成意外损害。根据本发明的一些实施例，随动自适应抑振装置20进一步包括压力控制装置 (未示出)，压力控制装置根据压力传感器实时检测弹性压头23下端的实际压力值，并于所需的压力阈值相比较以控制和调节所述弹性压头23与飞机蒙皮90之间的气隙。本发明所述的压力控制系统的工作方式为，通过安装在弹性加压装置下端的压力传感器检测当前气压实际值，并反馈给控制系统。控制器将给定压力值与反馈压力值进行比较，通过相应的控制算法产生控制驱动装置的控制信息，驱动装置根据控制信息调弹性压头23与飞机蒙皮之间的间隙，从而产生所需气阻，以维持气垫刚度。控制气阻叠加上外部扰动后产生实际气阻，最后经弹性压头23对飞机蒙皮90的上表面产生实际压力。如此
7不断调节，最终实现工件实际压力值与给定压力值一致，保证加工系统正常工作。如图4所示，为本发明所述的压力控制系统控制框图。首先通过多次实验筛选出满足加工过程中抑振所需的给工件表面施加的最优压力值，并以此压力值作为控制器中压力期望值；然后，控制器通过压力传感器检测当前压力实际值，将期望压力值与检测到的实际压力值进行比较，计算出压力误差量，通过一定的控制算法产生弹性压头23的控制信息；接着，随动系统根据控制信息调节弹性压头23与飞机蒙皮90的上表面之间的间隙，从而产生所需要的控制气阻，控制气阻再叠加外部扰动后产生实际气阻，最后经弹性加压装置对工件表面产生实际压力。不断重复以上调节步骤，最终维持实际压力值与给定压力值一致，从而保证飞机蒙皮90 —直处于最佳的受压状态。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
权利要求
1.一种飞机蒙皮的柔性加工系统，其特征在于，包括 可变密集阵支承装置，所述可变密集阵支承装置包括基座；设置在所述基座上的多个伸缩机构，所述伸缩机构沿着竖直方向可伸缩；以及分别连接至所述伸缩机构的万向平台，以支撑所述飞机蒙皮，所述万向平台构造成适于吸附并支撑所述飞机蒙皮的下表面；以及随动自适应抑振装置，所述随动自适应抑振装置与所述飞机蒙皮的上表面相对设置， 以相对于所述万向平台对所述飞机蒙皮进行定位。
2.根据权利要求1所述的飞机蒙皮加工系统，其特征在于，所述万向平台包括 精密定位球，所述精密定位球连接至所述伸缩机构；万向平台体，所述万向平台体通过万向机构与所述精密定位球连接；以及多个吸附支撑单元，所述吸附支撑单元设置在所述万向平台体上，以吸附和支撑所述飞机蒙皮的下表面。
3.根据权利要求2所述的飞机蒙皮加工系统，其特征在于，每个所述吸附支撑单元包括支撑杆，所述支撑杆设置在沿着垂直于所述万向平台体的表面的方向上贯穿所述万向平台体中的孔中且沿着所述方向可调，以支撑所述飞机蒙皮；液压锁紧装置，所述液压锁紧装置设置在所述孔和所述支撑杆之间，以在工作时将所述支撑杆锁紧至所述万向平台体；以及真空吸盘，所述真空吸盘围绕所述孔设置，以在工作时真空吸附所述飞机蒙皮。
4.根据权利要求3所述的飞机蒙皮加工系统，其特征在于，所述支撑杆的下方设置有弹性件，以使所述支撑杆沿着所述方向可调。
5.根据权利要求4所述的飞机蒙皮加工系统，其特征在于，所述吸附支撑单元围绕所述精密定位球设置。
6.根据权利要求3所述的飞机蒙皮加工系统，其特征在于，所述支撑杆内形成有气体通道，以在工作时通过真空抽吸利用所述真空吸盘对所述飞机蒙皮进行真空吸附。
7.根据权利要求1所述的飞机蒙皮加工系统，其特征在于，所述随动自适应抑振装置包括主轴单元；随动装置，所述随动装置沿所述主轴单元的轴线方向可随动移动；以及弹性压头，所述弹性压头设置在所述随动装置的下方，并与所述飞机蒙皮的所述上表面相对设置。
8.根据权利要求7所述的飞机蒙皮加工系统，其特征在于，所述弹性压头具有可充入高压气体的腔体；且所述弹性压头与所述上表面相对的表面上形成有开口，所述开口与所述腔体相连通。
9.根据权利要求8所述的飞机蒙皮加工系统，其特征在于，所述弹性压头与所述上表面相对的表面与所述上表面相距预定的距离。
10.根据权利要求9所述的飞机蒙皮加工系统，其特征在于，所述随动自适应抑振装置进一步包括设置在所述开口处的压力传感器。
11.根据权利要求10所述的飞机蒙皮加工系统，其特征在于，所述随动自适应抑振装置进一步包括压力控制装置，所述压力控制装置根据所述压力传感器实时检测所述弹性压头下端的实际压力值，并于所需的压力阈值相比较并控制和调节所述弹性压头与所述飞机蒙皮之间的气隙。
12.根据权利要求7所述的飞机蒙皮加工系统，其特征在于，所述弹性压头由低硬度弹性材料橡胶或者尼龙所形成。
全文摘要
本发明公开一种飞机蒙皮的柔性加工系统，包括可变密集阵支承装置，所述可变密集阵支承装置包括基座；设置在所述基座上的多个伸缩机构，所述伸缩机构沿着竖直方向可伸缩；以及分别连接至所述伸缩机构的万向平台，以支撑所述飞机蒙皮，所述万向平台构造成适于吸附并支撑所述飞机蒙皮的下表面；以及随动自适应抑振装置，所述随动自适应抑振装置与所述飞机蒙皮的上表面相对设置，以相对于所述万向平台对所述飞机蒙皮进行定位。根据本发明的飞机蒙皮的柔性加工系统，多个伸缩机构对应的多个万向平台可以实现对飞机蒙皮的密集支撑，由此，提高了柔性加工系统的支撑密度，悬空空间较小，避免了飞机蒙皮加工时的颤振，以提高飞机蒙皮的加工效率。
文档编号B23Q11/00GK102554660SQ20121001534
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月17日 优先权日2012年1月17日
发明者周凯, 詹立新, 钱琪 申请人:清华大学