一种时变非线性高柔性装夹方法技术

本发明专利技术提供了一种时变非线性高柔性装夹方法，可以变换加工区域或加工特征，定位点位置及数量随铣切区域或铣切特征的变化呈动态变化，用于解决壁板工件的精确、快速、自动定位和稳定夹持问题，提供柔性化的解决方法，实现一次装夹状态下的精确制造和一体化加工，无需更换加工基准，保证加工精度，并有效控制了壁板的加工变形。

【技术实现步骤摘要】
一种时变非线性高柔性装夹方法
本专利技术涉及机械加工
，尤其涉及一种时变非线性高柔性装夹方法。
技术介绍
飞机柔性装配工装技术作为先进数字化装配技术的重要组成部分，在国内外航空企业得到了广泛关注和应用。迄今为止，飞机装配技术已经历了从手工装配、半自动化装配、自动化装配到柔性装配的发展历程[1-2]。近年来，为了缩短飞机生产准备周期，开始向飞机产品的工艺装备提出了“柔性”的要求；另外同型号飞机的不同组件、部件或同类型飞机的对应组件、部件的工装很多具备基本相同或相似的特征，也为实现产品工装的“柔性”提供了可能，所以飞机柔性装配工装开始越来越多地应用到实践中。飞机大型壁板类零件是构成飞机外形结构的重要受力构件，有单曲度和双曲度形状，具有面、下陷、通窗、孔等结构特征，属于大型弱刚性飞机结构件，其装夹方法决定了装夹稳定性和加工刚性，常用的装夹定位方法与不足为：①采用“3-2-1”六点定位原理实现完全定位，无法解决弱刚性空间薄壁零件在自动和外部载荷的作用下产生的变形问题。②采用“N-2-1”动态定位原理能够解决大型壁板的数字化测量、制孔和化铣刻线工艺，无法满足铣面、切通窗、铣下陷、切边和钻孔一体化的加工要求。③采用“X-2-1”定位原理通过动态变化的定位方式，能有效解决切边工艺，无法实现集铣面、切通窗、铣下陷、切边和钻孔于一体化的加工。飞机壁板的一次装夹状态下实现集铣面、铣下陷、切通窗、切边和制孔于一体的加工，需要解决三大难点：1）壁板加工过程中加工区域和加工特征变化，为保证加工基准的唯一性，解决一次装夹情况下，通过定位点位置及数量随铣切区域或铣切特征的变化呈动态变化的装夹方法；2）在一次装夹状态下，解决装夹效率的问题，实现薄壁壁板工件的精确、快速、自动定位和稳定夹持。3）解决适应产品变化的通用快速装夹问题，通过时变非线性的装夹方法最终实现铣面、铣下陷、切通窗、切边和制孔的一体化制造。
技术实现思路
本专利技术的目的是：提出一种时变非线性高柔性装夹方法，克服现有技术中存在的飞机壁板加工难题。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种时变非线性高柔性装夹方法，可以变换加工区域或加工特征，包括以下步骤：步骤S1、定位点动态变化数量的确定：确定柔性排架（2）、真空吸盘（4）的变化数量，定位点数量为真空吸盘（4）的数量，以失效后的定位数量代表装夹稳定性，伸缩立柱（3）的伸缩量对应着承载能力，真空吸盘（4）位置即为定位点位置；确定装夹动态变化过程中，柔性排架（2）和真空吸盘（4）的定位支撑位置变化，定位点位置的确定可有效控制壁板加工过程中的变形问题；步骤S2、加工区域变化过程，时变非线性装夹原理：假设共有Xa个柔性排架（2）参与真空吸盘（4）的定位装夹，每个柔性排架（2）上设置Xs个定位支撑点，因此共布置X个定位支撑点进行装夹，（X=Xa×Xs）；加工区域变换过程中，共有Xw个定位支撑点保持位置不变，那么X-Xw个定位支撑点会发生变化，定位支撑点变化按照每次Xs个进行变化；即单个排架上布置的定位支撑点个数变化；当某一排架移动前，定位支撑点首先分离壁板工件（1），将有Xs个定位支撑点失效，定位支撑点共（X-Xs）个，当排架移动到预定位置时，Xs个定位支撑点接近壁板工件（1），并产生吸附力，Xs个定位支撑点经过失效转到再作用过程后，支撑点个数依然为X个，排架数量为Xa个，但Xs个定位支撑点位置发生变化；每次移动排架，完成Xs个定位支撑点的失效转入作用的动态变化；定位位置改变过程中，工件原始装夹位置存在卸载情况，重新布置的装夹位置存在受载现象，呈时变非线性装夹过程，具体装夹步骤如下：1）单个柔性排架（2）上的Xs个真空吸盘（4）卸压，定位支撑卸压区域工件卸载；2）单个柔性排架（2）上的Xs个伸缩立柱（3）Z向回收，定位支撑点分离壁板工件（1），该排架上的Xs个定位支撑点失效，此时定位支撑点个数为（X-Xs）个；3）单个柔性排架（2）移动到预定位置，柔性排架（2）的移动实现定装夹位区域的X方向的定位；4）伸缩立柱（3）的Y向和Z向的独立运动，实现定位装夹区域的Y向和Z向的空间定位，Xs个定位支撑点接近工件，加载气压，在接触密封区产生负压而夹紧工件，Xs个定位支撑点经过失效转入作用的过程后，支撑点数量保持不变，为X个，移动排架上定位支撑点位置发生变化；5）按照确定柔性排架（2）的变化数量，依次按照步骤1）至步骤4）完成定位支撑点的动态变化，定位支撑数量不变，柔性排架（2）变化数量上的定位支撑位置改变；6）通过该时变非线性的装夹方法，实现一次装夹状态下，不同加工区域的加工；步骤S3、加工特征变换过程，时变非线性装夹原理：加工特征变换过程中，共有Xa个柔性排架（2）参与真空吸盘（4）的定位装夹，每个柔性排架（2）上设置Xs个定位支撑点，因此共布置X个定位支撑点进行装夹，（X=Xa×Xs）；在通窗特征加工前，多排架上的一定数量的定位支撑点逐渐失效，共失效Xr个定位支撑点；柔性排架数量和位置不变，定位支撑点数量改变，定位支撑位置改变，定位支撑点逐渐失效过程中，工件定位支撑位置逐渐卸载，呈时变非线性装夹过程；具体装夹步骤如下：1）单个柔性排架（2）上Xn个（Xn<Xs）真空吸盘（4）卸压，定位支撑卸压区域工件卸载；2）单个柔性排架（2）上Xn个伸缩立柱（3）Z向回收，定位支撑点分离壁板工件（1），该排架上Xn个定位支撑点失效；3）按照确定的定位支撑点变化数量，依次按照步骤1）至步骤2）完成柔性排架（2）定位支撑的动态变化，共Xr个；保证柔性排架数量和位置不变，定位支撑数量改变，共（X-Xr）个；4）通过该时变非线性的装夹方法，实现一次装夹状态下，通窗（9）特征的加工。本专利技术实现了一次装夹状态下，通过定位点位置和数量的时变非线性变化解决飞机壁板工件的一体化加工方法，以实现薄壁壁板工件的精确、快速、自动定位和稳定夹持，且适用性强。附图说明图1是专利技术中第一加工区域5变换装夹动态变化示意图。图2是专利技术中第二加工区域8变换装夹动态变化示意图。图3是专利技术中加工特征变化装夹动态变化示意图。附图标记：1.壁板工件、2.柔性排架、3.伸缩立柱、4.真空吸盘、5.第一加工区域、6.第一个产生失效转入作用的Xs个定位支撑点、7.第二个产生失效转入作用的Xs个定位支撑点、8.第二加工区域、9.通窗、10.第一失效点、11.第二失效点、12.第三失效点、13.第四失效点。具体实施方式下面结合附图1-3，选取某一壁板工件对本专利技术作进一步说明：如图1所示，说明加工区域变换过程中，时变非线性高柔性装夹方法：1）柔性排架2、伸缩立柱3和真空吸盘4数量确定：选取4个柔性排架2进行装夹，分别为X1、X2、X3和X4，每个柔性排架2上选取7个伸缩立柱3和真空吸盘4，因此，该工件共选取了28个定位支撑点。2）在加工第一加工区域5时，28个定位支撑点位置如图1所示。3）如图2所示，由第一加工区域5变换为第二加工区域8时，需要移动两个柔性排架（2），排架X1和排架X2，而排架X3和排架X4保持不变，因此共14个柔性定位点属于持续有效的定位点，其定位位置和数量保持不变。4）首个产生失效转入作用的Xs个定位支撑点6动态变化过程：柔性排架2X2上的7个真空吸盘4卸压，7个伸缩立柱3Z向回本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种时变非线性高柔性装夹方法，其特征在于，可以变换加工区域或加工特征，包括以下步骤：步骤S1、定位点动态变化数量的确定：确定柔性排架（2）、真空吸盘（4）的变化数量，定位点数量为真空吸盘（4）的数量，以失效后的定位数量代表装夹稳定性，伸缩立柱（3）的伸缩量对应着承载能力，真空吸盘（4）位置即为定位点位置；确定装夹动态变化过程中，柔性排架（2）和真空吸盘（4）的定位支撑位置变化，定位点位置的确定可有效控制壁板加工过程中的变形问题；步骤S2、加工区域变化过程，时变非线性装夹原理：假设共有Xa个柔性排架（2）参与真空吸盘（4）的定位装夹，每个柔性排架（2）上设置Xs个定位支撑点，因此共布置X个定位支撑点进行装夹，（X=Xa×Xs）；加工区域变换过程中，共有Xw个定位支撑点保持位置不变，那么X‑Xw个定位支撑点会发生变化，定位支撑点变化按照每次Xs个进行变化；即单个排架上布置的定位支撑点个数变化；当某一排架移动前，定位支撑点首先分离壁板工件（1），将有Xs个定位支撑点失效，定位支撑点共（X‑Xs）个，当排架移动到预定位置时，Xs个定位支撑点接近壁板工件（1），并产生吸附力，Xs个定位支撑点经过失效→再作用过程后，支撑点个数依然为X个，排架数量为Xa个，但Xs个定位支撑点位置发生变化；每次移动排架，完成Xs个定位支撑点的失效转入作用的动态变化；定位位置改变过程中，工件原始装夹位置存在卸载情况，重新布置的装夹位置存在受载现象，呈时变非线性装夹过程，具体装夹步骤如下：    1）单个柔性排架（2）上的Xs个真空吸盘（4）卸压，定位支撑卸压区域工件卸载；    2）单个柔性排架（2）上的Xs个伸缩立柱（3）Z向回收，定位支撑点分离壁板工件（1），该排架上的Xs个定位支撑点失效，此时定位支撑点个数为（X‑Xs）个；    3）单个柔性排架（2）移动到预定位置，柔性排架（2）的移动实现定装夹位区域的X方向的定位；    4）伸缩立柱（3）的Y向和Z向的独立运动，实现定位装夹区域的Y向和Z向的空间定位，Xs个定位支撑点接近工件，加载气压，在接触密封区产生负压而夹紧工件，Xs个定位支撑点经过失效转入作用的过程后，支撑点数量保持不变，为X个，移动排架上定位支撑点位置发生变化；    5）按照确定柔性排架（2）的变化数量，依次按照步骤1）至步骤4）完成定位支撑点的动态变化，定位支撑数量不变，柔性排架（2）变化数量上的定位支撑位置改变；6）通过该时变非线性的装夹方法，实现一次装夹状态下，不同加工区域的加工；步骤S3、加工特征变换过程，时变非线性装夹原理：加工特征变换过程中，共有Xa个柔性排架（2）参与真空吸盘（4）的定位装夹，每个柔性排架（2）上设置Xs个定位支撑点，因此共布置X个定位支撑点进行装夹，（X=Xa×Xs）；在通窗特征加工前，多排架上的一定数量的定位支撑点逐渐失效，共失效Xr个定位支撑点；柔性排架数量和位置不变，定位支撑点数量改变，定位支撑位置改变，定位支撑点逐渐失效过程中，工件定位支撑位置逐渐卸载，呈时变非线性装夹过程；具体装夹步骤如下：1）单个柔性排架（2）上Xn个（Xn<Xs）真空吸盘（4）卸压，定位支撑卸压区域工件卸载；2）单个柔性排架（2）上Xn个伸缩立柱（3）Z向回收，定位支撑点分离壁板工件（1），该排架上Xn个定位支撑点失效；3）按照确定的定位支撑点变化数量，依次按照步骤1）至步骤2）完成柔性排架（2）定位支撑的动态变化，共Xr个；保证柔性排架数量和位置不变，定位支撑数量改变，共（X‑Xr）个；4）通过该时变非线性的装夹方法，实现一次装夹状态下，通窗（9）特征的加工。...

【技术特征摘要】
1.一种时变非线性高柔性装夹方法，其特征在于，可以变换加工区域或加工特征，包括以下步骤：步骤S1、定位点动态变化数量的确定：确定柔性排架(2)、真空吸盘(4)的变化数量，定位点数量为真空吸盘(4)的数量，以失效后的定位数量代表装夹稳定性，伸缩立柱(3)的伸缩量对应着承载能力，真空吸盘(4)位置即为定位点位置；确定装夹动态变化过程中，柔性排架(2)和真空吸盘(4)的定位支撑位置变化，定位点位置的确定可有效控制壁板加工过程中的变形问题；步骤S2、加工区域变化过程，时变非线性装夹原理：假设共有Xa个柔性排架(2)参与真空吸盘(4)的定位装夹，每个柔性排架(2)上设置Xs个定位支撑点，因此共布置X个定位支撑点进行装夹，(X＝Xa×Xs)；加工区域变换过程中，共有Xw个定位支撑点保持位置不变，那么X-Xw个定位支撑点会发生变化，定位支撑点变化按照每次Xs个进行变化；即单个排架上布置的定位支撑点个数变化；当某一排架移动前，定位支撑点首先分离壁板工件(1)，将有Xs个定位支撑点失效，定位支撑点共(X-Xs)个，当排架移动到预定位置时，Xs个定位支撑点接近壁板工件(1)，并产生吸附力，Xs个定位支撑点经过失效转到再作用过程后，支撑点个数依然为X个，排架数量为Xa个，但Xs个定位支撑点位置发生变化；每次移动排架，完成Xs个定位支撑点的失效转入作用的动态变化；定位位置改变过程中，工件原始装夹位置存在卸载情况，重新布置的装夹位置存在受载现象，呈时变非线性装夹过程，具体装夹步骤如下：1)单个柔性排架(2)上的Xs个真空吸盘(4)卸压，定位支撑卸压区域工件卸载；2)单个柔性排架(2)上的Xs个伸缩立柱(3)Z向回收，定位支撑点分离壁板工件(1)，该排架上的Xs个定位支撑点失效，此时定位支撑点个...

【专利技术属性】
技术研发人员：向兵飞，徐明，祝小军，周造文，黄晶，熊勇，李响，彭雨，蒙志凌，王建军，黄洪斌，
申请(专利权)人：江西洪都航空工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：江西;36