飞机蒙皮镜像铣削方法及装备技术

一种飞机蒙皮镜像铣削方法及装备，其特征是所述的装备主要包括机床主体框架、铣削装置、立卧转换装置、耳片夹持装置、柔性吸附装置、顶撑装置、检测装置及测厚装置等。本发明专利技术通过立卧转换装置对蒙皮进行立式装夹可以提高蒙皮件的装夹效率，结合真空吸附装置进一步提高蒙皮件的定位精度，避免重力造成的变形；基于激光位移传感器的在机检测，可以在加工前检测蒙皮零件的实际曲面，并根据实际装夹状态调整蒙皮加工刀轨，实现自适应的数控加工；顶撑装置能够在蒙皮铣削过程中，从反面对蒙皮零件进行支撑，避免加工颤振，提高加工的稳定性；加工过程中实现厚度在线监测，提供加工的厚度补偿；集成化的控制系统保证机床各单元的协同运作，避免干涉。

【技术实现步骤摘要】
飞机蒙皮镜像铣削方法及装备
本专利技术涉及一种机械加工技术，尤其是一种大型薄壁零件的铣削装夹加工方法，具体地说是一种飞机蒙皮零件的镜像铣削方法及数控铣削装置。
技术介绍
蒙皮零件既是飞机的外表零件，又是飞机的重要受力构件。蒙皮零件一般尺寸比较大，形状比较复杂，且厚度薄刚性差。机身蒙皮形状有单曲度的，但是多数呈双曲度。机身头部、尾部以及整流罩的蒙皮，形状则更为复杂。飞机蒙皮零件厚度比较薄(一般在2 _? 4_左右)，根据受力情况，有些蒙皮零件可能是不等厚度的，有的蒙皮甚至是变截面的。为了减重，有的蒙皮零件在受力小的部位还要进行局部厚度的减薄加工。由于蒙皮是飞机的外表零件，所以蒙皮零件外形精确度要求比较高。在采取无余量装配方案情况下，蒙皮边缘需直接加工至设计尺寸、交付时不留余量，因此蒙皮边缘切割也要求比较精确。同时,蒙皮开缺口的位置和缺口形状也要求比较精确。在采取装配孔装配的情况下，装配孔是零件的定位基准，所以蒙皮上的装配孔位置精度要求比较高。而蒙皮本来就很薄，在蒙皮上再进行局部减薄加工，其减薄部位厚度公差控制要求亦比较严。 对于单曲率、薄壁蒙皮件，利用吸附装置将蒙皮展开吸附在平板上，采用展开式数控铣的方式对蒙皮件进行数控铣削。随着航空制造业的发展，蒙皮零件越发趋于复杂，多数双曲，或者厚蒙皮，无法通过展开吸附进行数控铣削。对于不可展开的蒙皮零件，主要利用传统电化学腐蚀的加工技术，对不加工区域贴上保护膜，将零件在电解质溶液中浸泡，通过控制时间对不可展开的零件进行化学铣削。但由于化学污染、耗电量大和消耗铝材无法回收等固有弊病而成为该行业的一项困扰，尤其是蒙皮存在不同加工厚度的时候，要分步加工，效率较低。对于加工新一代铝锂合金蒙皮来说，化铣还需采取防燃防爆的特别措施，从而增加了工艺复杂性、成本及安全风险。目前国家发展机械铣，然而机械铣依然无法代替化铣，因为机械铣只能对蒙皮曲面进行多点离散支承夹持。蒙皮是薄板零件，在刀具对夹持点之间的悬空区域，特别是较薄蒙皮施加切削力时，该部位蒙皮会不可避免地发生颤振，使铣切深度和表面粗糙度无法控制，达不到精度要求，无法完全替代化铣。 综上所述，需要一种新的加工方法及装备对复杂双曲蒙皮进行数控加工，加工过程需要保证加工材料的去除速率及零件加工精度，并且满足新一代绿色加工的背景。为了达到目标，提出了一种蒙皮镜像铣削方法及装备，采用立式夹持框架从周边对被加工蒙皮进行固定，并通过随动支撑头对工件被加工部位进行支撑。支撑头和刀具位于被加工工件两侧，成镜像布局。支撑头采用无划痕设计，可在计算机控制下保持与工件曲面接触并随刀具运动，其位置和姿态与刀具位置姿态时刻成镜像关系，从而实现对工件加工部位的高刚度支撑，同时铣削装置的顶撑盘与顶撑装置互相支撑，可以有效抑制颤振，保证加工顺利进行。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的飞机蒙皮由于刚性差难以进行铣削加工，精度难以保证的问题，专利技术一种随动镜像铣削加工方法，同时提供一套对应的铣削夹紧装置。 本专利技术的技术方案之一是:一种飞机蒙皮镜像铣削方法，其特征是它包括以下步骤:首先，将立卧转换装置水平置于装夹区域，根据蒙皮实际尺寸调整装置间距及耳片装置位置，对蒙皮进行机外装夹；其次，利用立卧转换装置将蒙皮进行立卧转换，使蒙皮处于竖直状态，并移动到加工位置；第三，根据蒙皮零件的刚性选取适当的真空吸附排架进行辅助定位与吸附；第四，在机检测蒙皮零件实际外形，根据实际检测结果判断是否调整加工刀轨；第五，分区域加工，加工过程中至少有一个主轴用于蒙皮加工区域的铣削操作；至少一个顶撑部件支撑蒙皮件加工面的反面；用于加工的加工主轴需要保证其加工刀具法向垂直于零件表面，同时顶撑装置保证垂直于蒙皮零件表面用来支撑反面，使机床上的铣削装置与顶撑头形成随动的镜像加工；加工的同时，对蒙皮件进行实时厚度监测，计算厚度补偿值，实现实时的厚度补偿；加工后的退刀操作要关闭顶撑头的随动，避免出现加工事故。 所述的分区域加工，指当蒙皮由耳片装夹及多排架真空吸附共同定位时，排架会影响顶撑装置的移动区域，因此需要结合蒙皮实际尺寸进行区域划分。每个加工区域通过排架的移动吸附定位，进行镜像铣削。加工过程保证顶撑头与排架的距离，避免碰撞。在区域变换的真空排架移动过程中，至少保证2个排架固定，保证零件在机床上的定位精度，其他排架根据加工区域进行X向调整，因此排架数量不得少于3个。 所述的顶撑装置包括移动导轨、立柱及可至少五坐标移动的机架；在加工过程中，顶撑装置要在铣削装置的顶撑盘所在的对应区域的法向上提供一个反向支撑力，并且保证顶撑装置与加工刀具周围的滚珠相顶，同步运动，形成镜像；顶撑头采用顶撑面板，面板上以一圈滚珠的形式支撑在蒙皮背面；滚珠支撑可以减少支撑头对零件表面的划伤，尤其是减少对镜面蒙皮的损伤。 本专利技术的技术方案之二是:一种飞机蒙皮镜像铣削装备，其特征是它包括:一机床主体框架1、该主体框架I安装有底座6上，用于安装铣削所需的各个装置；一立卧转换装置2，该立卧转换装置用于将蒙皮在水平状态完成装夹，然后转换成垂直状态以便于立式加工，完成装夹和转换的立卧转换装置能沿机床底部的导轨移动到加工位置；立卧转换装置包含可交换夹持框，导轨，可移动横梁，转动轴，可伸缩旋转耳片及电机等部件。采用一端固定，一端可沿导轨调节的柔性装置，适应于不同尺寸的蒙皮零件，主要夹持蒙皮上下两端；可交换夹持框指立卧转换装置的主框架装置，是一种可交换装置，实现机外装夹，装夹后运送到立卧转换装置进行装配；一柔性真空吸附装置3，它用于将蒙皮进行辅助加工定位，补充立卧转换装置2对蒙皮装夹强度的不足，确保移动到加工工位的蒙皮在一个加工周期内保持夹紧状态以便于铣刀的正常加工，同时防止加工中颤振现象的发生；柔性真空吸附装置主要包含排架、吸附杆、可旋转真空吸盘。排架用于保证吸附装置沿X方向的移动。机床真空吸附装置至少保证3个排架，且排架之间需要协同运动避免干涉。吸附杆可以随着排架沿X向移动，每个排架上至少5个的吸附杆，并可以协同在Y向移动，同时每个吸附杆在Z向上可以自由伸缩。吸附杆上装有真空吸盘，可任意方向旋转，柔性吸附蒙皮零件。 一顶撑装置4，它用于将向加工部位施加一个法向力，以紧顶加工部位防止加工变更的发生，并能随加工刀具的移动而移动，始终与加工刀具主轴形成镜像关系；所述的顶撑装置包括移动导轨，立柱及可至少五坐标移动的装置。在加工过程中，顶撑装置要在铣削装置的顶撑盘所在的对应区域的法向上提供一个反向支撑力，并且保证顶撑装置与加工刀具周围的滚珠相顶，同步运动，形成镜像。顶撑头采用顶撑面板，面板上以一圈滚珠的形式支撑在零件背面。滚珠支撑可以减少支撑头对零件表面的划伤，尤其是减少对镜面蒙皮的损伤；一铣削装置5，它用于对加工区域进行铣削、钻削加工，它能自动调整刀具主轴与蒙皮加工面法向平行，加工刀具能在铣削装置5的带动下作XYZ三个方向的移动；一在线检测装置，它利用激光位移传感器，按照检测轨迹快速扫描零件实际轮廓，将扫描结果进行数据处理，剔除波纹位置的尖点，拟合出光滑曲面，与理论零件外形比对，自动计算刀轨偏差，根据蒙皮件实际外形调整刀轨；一测厚装置；它采用在机床主轴以及顶撑装置上同时装上激光位移传本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种飞机蒙皮镜像铣削方法，其特征是它包括以下步骤：首先，将立卧转换装置水平置于装夹区域，根据蒙皮实际尺寸调整装置间距及耳片装置位置，对蒙皮进行机外装夹；其次，利用立卧转换装置将蒙皮进行立卧转换，使蒙皮处于竖直状态，并移动到加工位置；第三，根据蒙皮零件的刚性选取适当的真空吸附排架进行辅助定位与吸附； 第四，在机检测蒙皮零件实际外形，根据实际检测结果判断是否调整加工刀轨；第五，分区域加工，加工过程中至少有一个主轴用于蒙皮加工区域的铣削操作；至少一个顶撑装置支撑蒙皮件加工面的反面；用于加工的加工主轴需要保证其加工刀具法向垂直于零件表面，同时顶撑装置保证垂直于蒙皮零件表面用来支撑反面，使机床上的铣削装置与顶撑头形成随动的镜像加工；加工的同时，对蒙皮件进行实时厚度监测，计算厚度补偿值，实现实时的厚度补偿；加工后的退刀操作要关闭顶撑头的随动，避免出现加工事故。

【技术特征摘要】
1.一种飞机蒙皮镜像铣削方法，其特征是它包括以下步骤: 首先，将立卧转换装置水平置于装夹区域，根据蒙皮实际尺寸调整装置间距及耳片装置位置，对蒙皮进行机外装夹； 其次，利用立卧转换装置将蒙皮进行立卧转换，使蒙皮处于竖直状态，并移动到加工位置； 第三，根据蒙皮零件的刚性选取适当的真空吸附排架进行辅助定位与吸附； 第四，在机检测蒙皮零件实际外形，根据实际检测结果判断是否调整加工刀轨； 第五，分区域加工，加工过程中至少有一个主轴用于蒙皮加工区域的铣削操作；至少一个顶撑装置支撑蒙皮件加工面的反面；用于加工的加工主轴需要保证其加工刀具法向垂直于零件表面，同时顶撑装置保证垂直于蒙皮零件表面用来支撑反面，使机床上的铣削装置与顶撑头形成随动的镜像加工；加工的同时，对蒙皮件进行实时厚度监测，计算厚度补偿值，实现实时的厚度补偿；加工后的退刀操作要关闭顶撑头的随动，避免出现加工事故。2.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的顶撑装置包括移动导轨、立柱及可至少五坐标移动的机架；在加工过程中，顶撑装置要在铣削装置的顶撑盘所在的对应区域的法向上提供一个反向支撑力，并且保证顶撑装置与加工刀具周围的滚珠相顶，同步运动，形成镜像；顶撑头采用顶撑面板，面板上以一圈滚珠的形式支撑在蒙皮背面；滚珠支撑可以减少支撑头对零件表面的划伤，尤其是减少对镜面蒙皮的损伤。3.一种飞机蒙皮镜像铣削装备，其特征是它包括: 一机床主体框架(I)、该主体框架(I)安装有底座(6)上，用于安装铣削所需的各个装置； 一立卧转换装置(2)，该立卧转换装置用于将蒙皮在水平状态完成装夹，然后转换成垂直状态以便于立式加工，完成装夹和转换的立卧转换装置能沿机床底部的导轨移动到加工位置； 一柔性真空吸附装置(3)，它用于将蒙皮进行辅助加工定位，补充立卧转换装置(2)对蒙皮装夹强度的不足，确保移动到加工工位的蒙皮在一个加工周期内保持夹紧状态以便于铣刀的正常加工，同时防止加工中颤振现象的发生； 一铣削装置(4)，它用于对加工区域进行铣削、钻削加工，它能自动调整刀具主轴与蒙皮加工面法向平行，加工刀具能在铣削装置(4)的带动下作XYZ三个方向的移动； 一顶撑装置(5)，它用于将向加工部位施加一个法向力，以顶紧加工部位防止加工变形的发生，并能随加工刀具的移动而移动，始终与加工刀具主轴形成镜像关系； 一在机检测装置，它利用激光位移传感器，按照检测轨迹快速扫描零件实际轮廓，将扫描结果进行数据处理，剔除波纹位置的尖点，拟合出光滑曲面，与理论零件外形比对，自动计算刀轨偏差，根据蒙皮件实际外形调整刀轨； 一测厚装置，它采用在机床主轴以及顶撑装置上同时装上激光位移传感器，通过机床上加工主轴与顶撑装置间实际距离，以及通过激光位移传感器分别得到的主轴与顶撑装置到零件表面的实际距离，计算出蒙皮零件的实际厚度，实现自适应加工；或者在顶撑装置的顶撑面板上安装超声测厚装置，以水作为介质，将超声波信号打到蒙皮件反面，通过信号衰减计算零件加工位置的实际厚度，实现厚度监测。4.如权利要求3所述的装备，其特征所述的立卧转换装置(2)包括立卧转换装置Y向移动导轨(19)，立卧转换装置的转动轴(20)、横梁移动电机(21)、立卧转换整体框架(22)、耳片夹持装置(23)、可移动横梁(24)、横梁移动导轨(25)和立卧转换装置与导轨间的转接杆(26 )，立卧转换整体框架(22 )呈U形结构，它的两边通过立卧转换装置的转动轴(20 )铰装在立卧转换装置与导轨间的转接杆(26)的上端，立卧转换装置与导轨间的转接杆(26)的下端安装在立卧转换装置Y向移动导轨(19)上并能在其上作Y向移动，U形立卧转换整体框架(22)的开口端安装有能在横梁移动电机(21)的带动下沿U形立卧转换整体框架(22)两侧移动的可移动横梁(24)，在U形立卧转换整体框架(22)的底部横梁和开口端的可移动横梁(24)上均安装有用于夹持飞机蒙皮的耳片夹持装置(23);所述的立卧转换整体框架(22)是一个可交换装置，能实现机外装夹，装夹后运送到立卧转换装置进行装配。5.如权利要求4所述的装备，其特征是所述的耳片夹持装置(23)包括夹持装置X向移动导轨(27)、夹持装置固定杆(28)、旋转式伸缩杆(...

【专利技术属性】
技术研发人员：李迎光，郝小忠，周鑫，牟文平，汤立民，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32