本发明专利涉及大型薄壁构件成形精度检测和余量铣切领域，特别是涉及一种航空航天用复杂薄壁构件型面精度检测和余量铣切的装置和方法。
背景技术：
铝合金弯曲构件的制备步骤通常包括成形、精度检测、铣切和焊接等步骤。其中成形是指将平板铝合金采用真空时效热弯等方式形成弯曲构件。精度检测主要是检测成形后的构件型面的精度(例如曲率)是否与理论产品一致。铣切是切除构件周边多余的量而将构件的尺寸调小。焊接是指该构件与其它相同或不同形状的构件对焊在一起，例如六块或八块相同的构件对焊在一起，形成一个大构件。
其中，超大型薄壁铝合金弯曲构件(如长度达4-8m，厚度10-20mm)由于设计需要往往具有复杂曲率外形，如双曲率椭球形贮箱封头，对这类铝合金构件的精度检测和铣切都相当困难。
中小型薄壁构件(例如长轴方向尺寸为1m左右)在成形制造后通常采用样板或三维扫描仪进行型面精度检测，成形精度满足要求后固定在特制的工装上进行余量铣切。其中样板检测是指先用塑料、石膏或例如为2mm厚的钢板制备一个精度检测用的标准模具(样板)，再将铝合金构件覆盖在该样板的顶面上，看样板与构件间是否贴合，尤其是构件的四周待焊接处是否与样板完全贴合。而三维扫描仪精度检测方式是采用激光扫描仪把工件的型面扫描到电脑中，再与电脑中的标准型面进行比对，由此判断构件的型面精度是否合格。如发明专利cn201510283921.8公开了一种激光在线测量加工检测方法及装置，将激光测量、加工和检测集于一体，可实现激光加工前在线测量待加工工件的平面或曲面几何尺寸形貌，获得真实平面或空间结构尺寸和特征，消除待加工工件因在前期加工处理流程中产生的变形或时效变形所引起与理论数模之间的误差，提高了激光加工精度和质量。装置包括依次位于同一光路上的加工激光器、光路系统和激光加工头；还包括激光测距系统，计算机控制系统，移动组件和工作台；激光测距系统用于获取工件加工前、后的测量数据，包括工件每点的空间坐标值和法线角度，并提供给计算机控制系统。该装置可以两维平台及三维曲面测量和检测尺寸精度和质量，并且可以提高激光加工精度和质量。
上述方法仅针对中小型薄壁构件有效。而针对超大型复杂曲率构件，由于本身自重较大以及长轴方向尺寸较大，表现出整体刚度较弱，自重对薄壁构件处于不同放置方式下的变形影响不可忽视，采用常规的中小型薄壁构件用样板和三维扫描仪方法都无法准确检测构件的成形精度，并且还需要额外制造一套工装进行随后的大型铝合金弯曲构件的余量铣切，导致成本增加。
谈及铝合金弯曲构件的余量铣切，目前主要使用的方式有如下两种，一种是使用真空吸附装置，即整个装置中包含竖立设置的很多根真空吸附柱，每根柱子的高度可调，在调整好各柱子的高度即调整好装置顶面的形状为与构件型面一致后，构件覆盖在装置顶面上，再抽真空将构件真空吸附在所述装置上。例如专利cn201210491214.4提供一种用于薄板铣削夹持固定的真空吸附系统，它包括真空平台、底座、橡胶密封条、管路、数显真空计、和真空泵；真空平台位于底座的上面，橡胶密封条放置于底座和真空平台上的密封槽中，管路由螺纹气嘴、四氟管、卡套、三通接头、螺纹连接头组成，它将底座、数显真空计、真空泵连接起来；一种用于薄板铣削夹持固定的真空吸附系统的使用方法，该方法有七大步骤。该发明利用真空技术，通过将薄板零件均匀地吸附固定在真空平台上，较好地解决了工件的装夹变形问题，改善了零件的铣削加工精度，提高了零件的加工质量。它在机械加工技术领域里有较好的实用价值和广阔的应用前景。该装置用起来方便，但其价格高昂，例如本发明中所述大型铝合金弯曲构件相应的真空吸附装置的价格高达数百万人民币。另一种铝合金弯曲构件的余量铣切方式是，让铝合金弯曲构件站立，用包含数个纵向夹紧机构和横向夹紧机构的装置将其固定后用于铣切。该装置操作起来相当麻烦，而且高达三四米的铣切机床也很少见。
因此，本领域需要一种能准确检测含有复杂曲率的大型铝合金弯曲构件的型面精度且能对其进行方便的余量铣切的复合装置和方法。
技术实现要素：
本发明提供一种大型铝合金弯曲构件的型面精度检测与铣切方法，所述方法包括使用一种型面精度检测与铣切复合装置，所述复合装置包括板面竖立设置用于支撑铝合金构件的多块卡板(1)，在多块卡板共同形成的顶面的周边设置有四周窄幅型面板(2)，四周窄幅型面板(2)的顶面与多块卡板顶面的中心部位共同形成装置顶面，装置顶面与铝合金构件产品的理论型面一致，所述四周窄幅型面板的宽度为30～200mm，在所述四周窄幅型面板顶面上向下刻画有理论线(21)和/或向下开设有盲槽状的让刀槽(22)，所述构件在型面精度检测与铣切前其周边至少在部分长度上覆盖并伸出四周窄幅型面板，在四周窄幅型面板下方还固定设置有承压板(3)，至少在部分周边位置承压板的宽度大于四周窄幅型面板的宽度，所述装置还包括用于在构件精度检测后将构件伸出四周窄幅型面板外周以外的部分与承压板固定连接以待铣切构件的螺栓(4)；所述方法包括如下步骤，
步骤a、定位放置：将热弯后的铝合金构件定位放置在所述复合装置上；
步骤b、型面精度检测：构件定位后使用塞尺测量四周窄幅型面板处构件型面与理论型面即四周窄幅型面板顶面间的间隙，查看是否满足要求；
步骤c、构件固定：待检测构件型面精度满足要求后，使用螺栓连接构件与所述承压板，对构件进行固定；
步骤d、对构件进行余量铣切：构件固定后，数控机床编程使铣刀按照预设轨迹对构件进行余量铣切。
本发明中，所述“多块卡板共同形成的顶面”是指焊接成整体后的多块卡板共同形成的整体的顶面，“多块卡板顶面的中心部位”是指除了被四周窄幅型面板盖住的顶面周边部位以外的其它地方，是指由多块卡板顶面的周边部位围成的(即由四周窄幅型面板围成的)中心区域。
在一种具体的实施方式中，所述四周窄幅型面板顶面上设置有理论线(21)和让刀槽(22)，每条让刀槽上靠近构件中心位置的侧面与顶面相交的线为其侧边线，步骤b中，用塞尺测量理论线及所述侧边线共同构成的构件产品尺寸线以内的位置的间隙。
在一种具体的实施方式中，所述卡板均为含有在板厚方向上为通孔状的孔洞以降低自重的镂空板，且所述多块卡板包括相互垂直设置的纵向卡板和横向卡板。
在一种具体的实施方式中，平行相邻的两块纵向卡板间的间距为0.3m以上，平行相邻的两块横向卡板间的间距为0.3m以上。
在一种具体的实施方式中，平行相邻的两块纵向卡板间的间距为0.4～0.6m，平行相邻的两块横向卡板间的间距为0.4～0.6m。
在一种具体的实施方式中，所述四周窄幅型面板的宽度为40～150mm，所述四周窄幅型面板的厚度为10～30mm，优选所述四周窄幅型面板的厚度为12～20mm。
在一种具体的实施方式中，所述铝合金弯曲构件为瓜瓣形构件，在所述装置的四周窄幅型面板上设置两根理论线和两条让刀槽，且所述让刀槽设置在构件长度方向线的左右两侧，而所述理论线设置在与构件宽度方向相应的宽端和窄端，且两让刀槽的靠近构件中心位置的侧边线与两根理论线共同构成构件产品的目标尺寸大小。
在一种具体的实施方式中，所述承压板设置在四周窄幅型面板下方10～100mm处，优选30～60mm处，且承压板与四周窄幅型面板平行设置或接近平行设置，承压板固定焊接在卡板上。
在一种具体的实施方式中，所述螺栓的总数量为6～20个，且分散设置在构件的四周。
在一种具体的实施方式中，所述让刀槽的宽度为12～20mm，深度为5～10mm。
在一种具体的实施方式中，所述装置还包括在精度检测前，用于将构件定位放置在装置上的定位部件，且所述定位部件包括设置在承压板上的定位孔和定位销钉，和/或所述定位部件包括设置在装置上的定位线。
本发明与现有技术相比至少具有如下所述的有益效果：
1、本发明针对大型薄壁构件型面精度检测提出了一种避免自重及弱刚度影响型面精度的检测方法和装置，具有效率高、检测精度高等优点。
2、本发明设计的复合装置同时具有构件型面精度检测功能和余量铣切功能，避免了另外再设计一套余量铣切工装，大大节省了制造成本和时间成本。
3、本发明方法中装置所对应的瓜瓣形构件的铣切方法操作简单，产品精准，一次性合格率高。
附图说明
图1为本发明所述大型铝合金弯曲构件的型面精度检测与铣切复合装置在型面精度检测时的结构示意图。
图2为复合装置中四周窄幅型面板的结构示意及其局部放大图。
图3为铣切构件时所述复合装置结构示意图。
图中，1-卡板，11-纵向卡板，12-横向卡板，2-四周窄幅型面板，21-理论线，22-让刀槽，221-侧边线，3-承压板，4-螺栓，01-铝合金构件，011-铣切轨迹线。
具体实施方式
本发明首先提供一种大型薄壁构件型面精度检测与余量铣切复合工装(复合装置)，如图1所示，其基本特征包括，工装同时具有薄壁构件型面精度检测功能和四周余量铣切功能；所述工装采用卡板进行整体框架焊接而成，卡板包括横向卡板和纵向卡板，在精度检测前所述工装主要由卡板1、四周窄幅型面板2、设置在四周窄幅型面板2上的让刀槽22和理论线21、承压板3组成，如图1。横向卡板和纵向卡板为10mm厚钢板，为实现减重效果同时保证足够的强度和刚度，卡板中间开孔。在整体式框架工装顶面的四周焊接75mm×18mm(宽×厚)窄幅型面，如图2，其中理论型面内50mm(即理论线21内侧的四周窄幅型面板宽为50mm)，理论型面外25mm(即理论线21外侧的四周窄幅型面板宽为25mm)，理论型面内的部分主要是为了对比热弯后未检测的薄壁构件型面与理论型面的间隙，即型面精度检测，理论型面外的部分是为加强窄幅型面承受薄壁构件时的稳定性；工装长度线方向左右两侧的窄幅型面上开铣15mm×6mm(宽×深)的让刀槽，让刀槽内侧面边沿线(侧边线221)为理论瓜瓣线，如图2；在工装宽端和窄端的窄幅型面上刻理论线；薄壁构件在精度检测完成后通过螺栓连接工装上的承压板3进行固定。全部零件固定完成后，工装上表面数控精铣初步形成薄壁构件理论型面。
具体地，本发明提供一种大型铝合金弯曲构件的型面精度检测与铣切复合装置，包括板面竖立设置用于支撑铝合金构件的多块卡板1，在多块卡板共同形成的顶面的周边设置有四周窄幅型面板2，四周窄幅型面板2的顶面与多块卡板顶面的中心部位共同形成装置顶面，装置顶面与铝合金构件产品的理论型面一致，所述四周窄幅型面板的宽度为30～200mm，在所述四周窄幅型面板顶面上向下刻画有理论线21和/或向下开设有盲槽状的让刀槽22，所述构件在型面精度检测与铣切前其周边至少在部分长度上覆盖并伸出四周窄幅型面板，在四周窄幅型面板下方还固定设置有承压板3，至少在部分周边位置承压板的宽度大于四周窄幅型面板的宽度，所述装置还包括用于在构件精度检测后将构件伸出四周窄幅型面板外周以外的部分与承压板固定连接以待铣切构件的螺栓4。
在该实施例中，产品理论型面即盖设在装置上的铝合金弯曲构件的内底面。
在一种具体的实施方式中，所述卡板均为含有在板厚方向上为通孔状的孔洞以降低自重的镂空板，且所述多块卡板包括相互垂直设置的纵向卡板11和横向卡板12。
在一种具体的实施方式中，平行相邻的两块纵向卡板间的间距为0.3m以上，平行相邻的两块横向卡板间的间距为0.3m以上。
在一种具体的实施方式中，平行相邻的两块纵向卡板间的间距为0.4～0.6m，平行相邻的两块横向卡板间的间距为0.4～0.6m。
本发明中，卡板设置得过稀就难以达到装置的强度要求，无法撑起整块数百上千斤的铝合金构件，且吊装整个装置时装置容易变形。卡板设置得过密则焊工很难进入其中施焊。在本发明具体实施例中，本发明相邻两块纵向卡板间的间距和相邻两块横向卡板间的间距均为0.43m。本发明中，卡板的高度形成装置的整体高度，例如在1.1～1.5m间。
在一种具体的实施方式中，所述四周窄幅型面板的宽度为40～150mm，所述四周窄幅型面板的厚度为10～30mm。
在一种具体的实施方式中，所述四周窄幅型面板的厚度为12～20mm。
本发明中，所述四周窄幅型面板宽度过宽时，累赘无用且加重了装置的重量，而其宽度过窄时，难以在其上设置宽度合适的让刀槽，且在精度检测时对构件周边的支撑效果差。所述四周窄幅型面板的厚度过厚时，将其本身成型出来的难度变大，而其厚度过薄时，其刚度差影响构件型面精度的检测。
在一种具体的实施方式中，所述铝合金弯曲构件为瓜瓣形构件，在所述装置的四周窄幅型面板上设置两根理论线和两条让刀槽，且所述让刀槽设置在构件长度方向线的左右两侧，而所述理论线设置在与构件宽度方向相应的宽端和窄端，且两让刀槽的靠近构件中心位置的侧边线(221)与两根理论线共同构成构件产品的目标尺寸大小。
本发明中，铣切后得到的构件尺寸周边均大于由四周理论线和侧边线所形成的目标构件产品的尺寸。在本发明的铣切步骤中，设置两条让刀槽处铣切得到的构件比最终产品均单边留出5mm的余量，用于后续与相同形状的瓜瓣形构件对焊时留出操作余量。而宽端和窄端的两根理论线处，铣切得到的构件比最终产品单边均留出50mm的余量，用于后续与其它不同形状和结构的构件焊接时留出操作余量。因此，在铣切步骤中，构件的长度方向因为让刀槽的设置而不会铣切到四周窄幅型面板，构件的宽端和窄端方向因预留的余量较大(理论线与四周窄幅型面板外边沿的距离仅25mm，小于需留出的余量50mm)而使得切缝在四周窄幅型面板外侧，因而同样不会铣切到四周窄幅型面板。在对大型铝合金弯曲构件的型面做精度检测时，将塞尺塞到四周窄幅型面板上，且具体一般是将塞尺塞到理论线以及让刀槽的内侧壁线处及以内的位置，可以准确地测得构件的型面精度是否合格。
在一种具体的实施方式中，所述承压板设置在四周窄幅型面板下方10～100mm处，优选30～60mm处，且承压板与四周窄幅型面板平行设置或接近平行设置，承压板固定焊接在卡板上。
在一种具体的实施方式中，所述螺栓的总数量为6～20个，且分散设置在构件的四周。例如，两条让刀槽旁各均匀的布置五个螺栓，且在构件的宽端再增设两个螺栓。
在一种具体的实施方式中，所述让刀槽的宽度为12～20mm，深度为5～10mm。
在一种具体的实施方式中，所述装置还包括在精度检测前，用于将构件定位放置在装置上的定位部件，且所述定位部件包括设置在承压板上的定位孔和定位销钉，和/或所述定位部件包括设置在装置上的定位线。
具体的，设置在承压板上的定位孔例如为直径15～20mm，在铝合金构件为平板未热弯前就在其边沿相应设置直径15～20mm的定位通孔，构件热弯后再使用定位销钉对应插设所述承压板上的定位孔和构件上的定位通孔，即可使得构件准确定位放置在所述复合装置上。当所述定位部件也包括定位线时，所述定位线的宽度和深度例如均为0.1～0.2mm。优选所述定位部件中包含孔销定位，这样会更清楚直观，方便操作。本发明中，包括刻画在四周窄幅型面板上的理论线，刻画在装置上的定位线，以及后续铣切前刻画在构件上表面上的产品理论线，其宽度和深度一般均为0.1～0.2mm。
本发明所述复合装置的操作方法包括先后进行的型面精度检测步骤与余量铣切步骤，且具体包括：
步骤a、定位放置：将热弯后的铝合金构件定位放置在所述复合装置上；步骤a中，具体通过定位部件将所述铝合金构件定位放置在所述复合装置上。所述定位部件包括设置在承压板上的定位孔和定位销钉，和/或所述定位部件包括设置在装置上的定位线。例如使用定位线对构件进行定位时，具体包括先在薄壁构件坯料热弯加工前在表面中心对称位置铣出细小定位线，构件成形后放置在工装表面，使构件上的定位线与工装表面的定位线重合。
步骤b、型面精度检测：构件定位后使用塞尺测量四周窄幅型面板处构件型面与理论型面的间隙，查看是否满足要求；步骤b中，具体是用塞尺测量理论线及所述侧边线共同构成的构件产品尺寸线以内的位置的间隙。
步骤c、构件固定：待检测构件型面精度满足要求后，使用螺栓连接构件与工装上的承压板，对构件进行固定；步骤c中，使用螺栓连接构件与工装上的承压板的示意图见图3。
步骤d、对构件进行余量铣切：构件固定后，数控机床编程使铣刀按照预设轨迹对构件进行余量铣切。
本发明还提供一种大型铝合金瓜瓣形构件的铣切方法，包括使用一种铣切装置，所述铣切装置包括板面竖立设置用于支撑铝合金构件的多块卡板1，在多块卡板共同形成的顶面的周边设置有四周窄幅型面板2，四周窄幅型面板2的顶面与多块卡板顶面的中心部位共同形成装置顶面，装置顶面与铝合金构件产品的理论型面一致，所述四周窄幅型面板的宽度为30～200mm，所述构件铣切前其周边至少在部分长度上覆盖并伸出四周窄幅型面板，在四周窄幅型面板下方还固定设置有承压板3，至少在部分周边位置承压板的宽度大于四周窄幅型面板的宽度，所述装置还包括用于在构件铣切前将构件伸出四周窄幅型面板外周以外的部分与承压板固定连接以待铣切构件的螺栓4；所述方法包括如下步骤：
步骤一、固定瓜瓣形构件：对已经定位放置在装置上且精度检测合格的瓜瓣形构件采用c型夹辅助夹持以及采用螺栓固定，且具体是先固定构件的宽端，再固定构件的靠近宽端的长度方向线的左右两侧边，然后固定构件的靠近窄端的长度方向线的左右两侧边，将瓜瓣形构件固定在装置的承压板上；
步骤二、对瓜瓣形构件进行余量铣切：固定构件后，先使用铣刀在瓜瓣形构件的上表面刻上产品理论线，然后铣刀以产品理论线为参考，在瓜瓣上按照铣切轨迹线对构件进行余量铣切，铣切轨迹线绕过每个螺栓形成螺栓固定耳，最后对螺栓固定耳处进行铣切。
本发明中，所述瓜瓣形构件的平面投影形状近似为等腰梯形，所述瓜瓣形构件的宽端相当于等腰梯形的下底边，窄端相当于等腰梯形的上底边，其长度方向线的左右两侧边相当于等腰梯形的两条腰。瓜瓣形构件的平面投影的“等腰梯形”的四条边一般都并非直线，而是有一定弧度。所述瓜瓣形构件本身含有复杂曲率，例如在两个垂直的方向上双向都有一定的弯曲度。
具体地，本发明中用于施力的c型夹手柄在上，c型夹向下夹紧所述瓜瓣形构件和承压板。本发明中，螺栓固定的精度和固定效率都比c型夹高，因而采用c型夹辅助，用螺栓紧固。
本发明中，为了精度检测时提供塞尺的精确检测位置，一般会在四周窄幅型面板上设置理论线，本发明中还一般会在瓜瓣构件的上表面上刻画产品理论线和铣切轨迹线，产品理论线的作用是为后续焊接时为是否需要再做少量切割提供参考。
在一种具体的实施方式中，步骤一中，先通过2～4对c型夹将瓜瓣构件的两侧夹紧，通过数控铣刀对瓜瓣构件的宽端进行打孔并用螺栓将其固定，使得构件的宽端与承压板之间由螺栓固定，然后拆除所述c型夹并用c型夹对靠近瓜瓣构件宽端的两侧部分夹紧，使得瓜瓣构件的内底面与四周窄幅型面板的上表面贴紧，使用数控铣刀对瓜瓣构件靠近宽端的两侧部分进行打孔并用螺栓固定；最后拆除该处c型夹并用c型夹对靠近瓜瓣构件窄端的两侧部分夹紧，使用数控铣刀对瓜瓣构件靠近窄端的两侧部分进行打孔并用螺栓固定，完成全部螺栓固定后拆除c型夹。本发明中，固定瓜瓣构件的过程中都要使得瓜瓣构件的内底面的周边完全与四周窄幅型面板的上表面贴紧，以保证后续加工精度以及瓜瓣构件上刻画的产品理论线的准确性。本发明中，在构件固定之前，精度检测合格的构件一般只有两侧靠近宽端的地方有点不贴合，而宽端、窄端以及两侧靠近窄端的地方一般本身都贴合得较好。本发明中，在使用c型夹夹持构件的两侧时，c型夹与螺栓在构件长度线方向上错开一段距离，以便对构件开孔和安装螺栓固定构件。
在一种具体的实施方式中，步骤二中在对螺栓固定耳处进行铣切时，先保留1～3mm的厚度不切除，以防瓜瓣构件回弹损坏刀具；最后手工切除机器未切的螺栓固定耳。
本发明中，所述瓜瓣构件的厚度例如为18mm，在铣切的初期一般要绕开每个螺栓处形成螺栓固定耳，让构件在整个铣切过程中较为良好地固定在承压板上。
在一种具体的实施方式中，在所述四周窄幅型面板顶面上向下刻画有理论线21和/或向下开设有盲槽状的让刀槽22。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替换，都应当视为属于本发明的保护范围。