本發(fā)明涉及金屬成形方法技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種飛機蒙皮鏡像滾輪漸進成形方法。

背景技術(shù)：

蒙皮是飛機常用鈑金零件，蒙皮型面決定了飛機的氣動外形，此類零件外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，是機體結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造的關(guān)鍵構(gòu)件，現(xiàn)有技術(shù)中的蒙皮加工方法主要包括蒙皮拉形技術(shù)和數(shù)控漸進成形技術(shù)。

蒙皮拉形技術(shù)為半模成形，在拉力作用下，板材按模胎產(chǎn)生不等量延伸而成形，按照采用的模具形式主要分為實體模具拉形技術(shù)與多點模具蒙皮拉形技術(shù)兩大類。蒙皮形狀分為柱面、雙凸形、馬鞍形等，實體模具拉形技術(shù)依照零件型面設(shè)計與制造模具，由于實體模具不具備柔性加工的特性，因此，實體模具與零件呈“一一對應(yīng)”關(guān)系，即一個零件對應(yīng)一個實體模具。實體模具材料通常是鑄鐵、低碳鋼、環(huán)氧樹脂等，由于飛機蒙皮零件的復(fù)雜多樣性，因此容易產(chǎn)生大量實體模具并占用大量存儲空間，成本高且效率低，現(xiàn)有技術(shù)中的多點模具蒙皮拉形技術(shù)雖然可以克服實體模具蒙皮拉形技術(shù)存在的問題，但其為防止釘柱對蒙皮的壓痕，通常采用聚氨酯墊層，另外，多點模具型面為連續(xù)蒙皮型面的離散形式，釘柱越小精度越高，但是在釘柱剛度與強度的限制下，因此釘柱有尺寸限制，這樣導(dǎo)致多點模具對于小彎曲半徑蒙皮零件略顯不足，也就是說，多點模具蒙皮拉形技術(shù)適用于曲率平緩的零件，多點模具基于將連續(xù)曲面離散的思想，曲面用離散的釘柱代替。而釘柱重構(gòu)曲面的精度取決于模具面內(nèi)釘柱的多少，釘柱截面尺寸越小，重構(gòu)的曲面越接近光滑，然而受釘柱強度和失穩(wěn)等因素等限制，釘柱尺寸往往較大，由粗大釘柱引起的型面誤差需要通過考慮彈性墊層后的回彈補償量進行修正，成形精度有待提升。

數(shù)控漸進成形技術(shù)是基于快速原型制作技術(shù)中“分層制造”的思想，把復(fù)雜鈑金零件的三維形狀按照一定的厚度分解成一系列的二維層，并根據(jù)這些層的信息生成加工軌跡，然后以不帶切削刃的球頭工具在數(shù)控設(shè)備上依據(jù)預(yù)先編制好的數(shù)控程序逐層擠壓程序所需的零件，以成形工具頭代替?zhèn)鹘y(tǒng)沖壓中的凸模，通過點-線-面的方式逐層加工使金屬板料產(chǎn)生局部塑形變形，在這樣的不斷變形積累下，最終形成所需要的形狀。為保證成形精度，在板料下方必須放置支撐，且支撐模型必須具有良好的尺寸穩(wěn)定性，表面要有足夠的強度、硬度、表面粗糙度與耐磨性，支撐模型形狀與零件相似，由零件數(shù)模得到支撐模，根據(jù)零件材料的不同選擇不同的支撐模材料，可采用高硬度木板。但是，傳統(tǒng)的漸進成形技術(shù)需要支撐模型，可以是基于零件數(shù)模計算的實體模型，也可以是單點支撐或多點支撐。基于零件數(shù)模計算的實體模型需要實體模具，存在一個零件一個模具的問題，由于材料補充不均，容易出現(xiàn)過度減薄與破裂的情況。單點支撐或多點支撐只需要一個點或幾個點支撐，導(dǎo)致變形不均勻，只能成形簡單零件，且也存在補料不均勻的情況。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的，就是解決以上技術(shù)中存在的問題，并為此提供一種飛機蒙皮鏡像滾輪漸進成形方法。

一種飛機蒙皮鏡像滾輪漸進成形方法，包括如下步驟，步驟一為裝夾蒙皮；步驟二為計算工具頭與支撐頭運動軌跡；步驟三為計算下壓量；步驟四為計算支撐頭空間位置；步驟五為按照預(yù)定軌跡與下壓量對蒙皮漸進成形；步驟六為蒙皮成型后卸載；

裝夾蒙皮過程為蒙皮零件的夾持采用可翻傾柔性周邊夾持系統(tǒng)，該系統(tǒng)由萬向夾持臂組成，裝卡時將夾持臂拉至激光定點處鎖緊，裝夾完畢后等待加工；計算工具頭與支撐頭運動軌跡過程為分析蒙皮外形幾何尺寸，通過曲率最小原理確定旋轉(zhuǎn)頭與支撐頭的空間運動軌跡，將軌跡參數(shù)輸入數(shù)控程序；計算下壓量過程為根據(jù)回彈計算確定工具頭下壓量與旋轉(zhuǎn)速度，將下壓量輸入數(shù)控程序；計算支撐頭空間位置過程為依據(jù)R/r比值與坯料變形曲率關(guān)系，確定工具頭與支撐頭的直徑，并分別將工具頭安裝于五軸與將支撐頭安裝于四軸機械臂上，其中，R為工具頭的半徑，r為支撐頭的半徑；按照預(yù)定軌跡與下壓量對蒙皮漸進成形過程為按照設(shè)定軌跡及參數(shù)驅(qū)動支撐臂帶動工具頭與支撐頭運動，工具頭按既定軌跡前進，支撐頭鏡像隨動，工具頭與支撐頭分別產(chǎn)生不均勻塑性層，使蒙皮向一側(cè)彎曲，完成第一條軌跡路線后，調(diào)整下壓量，遍歷所有運動軌跡后，完成蒙皮鏡像初步成形；蒙皮成型后卸載過程為檢驗蒙皮貼模情況，與樣板間隙大于許用值時，按照前述方法再次進行校形，校形完成后，取下蒙皮。

進一步地，所述工具頭可采用滾輪或球體。

進一步地，所述按照預(yù)定軌跡與下壓量對蒙皮漸進成形步驟完成后可分別進行更換軌跡或調(diào)節(jié)下壓量。

進一步地，所述更換軌跡后重新進行計算工具頭與支撐頭運動軌跡過程。

進一步地，所述調(diào)節(jié)下壓量之后，重新進行計算下壓量過程。

本發(fā)明的優(yōu)點：

1，本發(fā)明為無模成形技術(shù)，蒙皮的幾何外形通過鏡像分布在蒙皮兩側(cè)的不等徑球面的加工工具的工藝參數(shù)及運動軌跡進行控制，不需要制造與蒙皮零件外形一致的模具，節(jié)約了模具成本，提高了生產(chǎn)效率；

2，蒙皮夾持和支撐結(jié)構(gòu)分開，互不干涉，鏡像對稱，隨動連續(xù)加工支撐結(jié)構(gòu)保證高的剛度與成形精度，適合成形復(fù)雜曲度蒙皮；

3，通過調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，在蒙皮兩側(cè)存留不同程度的壓應(yīng)力層，與蒙皮拉形過程中蒙皮拉應(yīng)力狀態(tài)相比，在疲勞性能及裂紋擴展方面產(chǎn)生抑制。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的方法的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的支撐頭與工具頭的結(jié)構(gòu)示意簡圖。

具體實施例

為了使本發(fā)明更容易被清楚理解，以下結(jié)合附圖以及實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作以詳細(xì)說明。

實施例1

如圖1-2，一種飛機蒙皮鏡像滾輪漸進成形方法，包括如下步驟，步驟一為裝夾蒙皮，裝夾蒙皮過程為蒙皮零件的夾持采用可翻傾柔性周邊夾持系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用現(xiàn)有技術(shù)即可，該系統(tǒng)由萬向夾持臂組成，裝卡時將夾持臂拉至激光定點處鎖緊，裝夾完畢后等待加工；步驟二為計算工具頭3與支撐頭2運動軌跡（如圖2所示），計算工具頭3與支撐頭2運動軌跡過程為分析蒙皮外形幾何尺寸，通過曲率最小原理確定旋轉(zhuǎn)頭與支撐頭2的空間運動軌跡，將軌跡參數(shù)輸入數(shù)控程序；步驟三為計算下壓量，計算下壓量過程為根據(jù)回彈計算確定工具頭3下壓量與旋轉(zhuǎn)速度，將下壓量輸入數(shù)控程序；步驟四為計算支撐頭2空間位置，計算支撐頭2空間位置過程為依據(jù)R/r比值與坯料變形曲率關(guān)系，確定工具頭3與支撐頭2的直徑，并分別將工具頭3安裝于五軸與將支撐頭2安裝于四軸機械臂上，其中，R為工具頭3的半徑，r為支撐頭2的半徑，前述計算方法和數(shù)控程序采用現(xiàn)有技術(shù)均可；步驟五為按照預(yù)定軌跡與下壓量對蒙皮漸進成形，按照預(yù)定軌跡與下壓量對蒙皮漸進成形過程為按照設(shè)定軌跡及參數(shù)驅(qū)動支撐臂帶動工具頭3與支撐頭2運動，所述工具頭3可采用滾輪或球體，工具頭3按既定軌跡前進，支撐頭2鏡像隨動，工具頭3與支撐頭2分別產(chǎn)生不均勻塑性層，使蒙皮向一側(cè)彎曲，完成第一條軌跡路線后，調(diào)整下壓量，遍歷所有運動軌跡后，完成蒙皮鏡像初步成形；步驟六為蒙皮成型后卸載，蒙皮成型后卸載過程為檢驗蒙皮貼模情況，與樣板間隙大于許用值時，按照前述方法再次進行校形，校形完成后，取下蒙皮。

實施例2

如圖1-2，一種飛機蒙皮鏡像滾輪漸進成形方法，包括如下步驟，步驟一為裝夾蒙皮；步驟二為計算工具頭3與支撐頭2運動軌跡；步驟三為計算下壓量；步驟四為計算支撐頭2空間位置；步驟五為按照預(yù)定軌跡與下壓量對蒙皮漸進成形，所述按照預(yù)定軌跡與下壓量對蒙皮漸進成形步驟完成后可分別進行更換軌跡或調(diào)節(jié)下壓量，所述更換軌跡后重新進行計算工具頭3與支撐頭2運動軌跡過程，所述調(diào)節(jié)下壓量之后，重新進行計算下壓量過程，再按照前述步驟順序依次向下進行；步驟六為蒙皮成型后卸載。

實施例3

如圖2所示，以3mm馬鞍形蒙皮1為加工對象，該馬鞍形蒙皮1為鋁合金蒙皮，采用柔性周邊夾持系統(tǒng)夾持蒙皮后等待加工；分析蒙皮零件數(shù)模曲率分布，依據(jù)雙曲、雙凸、直紋面等特征將蒙皮進行區(qū)域劃分，在每個區(qū)域內(nèi)確定曲率最小分布位置，提取出空間位置參數(shù)，作為一條運動軌跡，提取出所有運動軌跡，蒙皮厚度偏移量計算工具頭3運動軌跡；將運動軌跡編制成數(shù)控程序，前述計算方法和數(shù)控程序采用現(xiàn)有技術(shù)均可；工具頭3選擇100mm直徑滾輪，安裝在五軸機械臂上，支撐頭2為25mm直徑滾輪，安裝在四軸機械臂上；輸入旋轉(zhuǎn)球頭下壓量數(shù)據(jù)表后啟動數(shù)控設(shè)備，機械臂驅(qū)動工具頭3與支撐頭2運動，遍歷所有運動軌跡后完成蒙皮鏡像成形，試驗完畢后取下蒙皮，該過程中夾持結(jié)構(gòu)和支撐。

本發(fā)明也可通過兩臺多軸加工設(shè)備，在柔性定位工裝、可翻轉(zhuǎn)移動式維形夾持工裝的配合下，構(gòu)成蒙皮或壁板加工工藝裝備系統(tǒng)，該系統(tǒng)擁有兩個同步運動的多自由度主軸頭，一個主軸頭為成形用工具頭3，該工具頭3通過滾動及施加適當(dāng)壓下量可較好地產(chǎn)生塑性層，另一個主軸頭為支撐頭2，伴隨工具頭3鏡像運動，為工具頭3提供支撐力。

當(dāng)板材坯料兩側(cè)產(chǎn)生不同塑性變形量時，變形區(qū)域的材料向四周擴展，這樣變形量大的一側(cè)向四周擴展的材料多于變形量小的一側(cè)，就會產(chǎn)生板料向變形量大的一側(cè)外凸的形狀。選擇不等徑球面的工具頭3強迫坯料產(chǎn)生不均勻塑性變形，再輔以軌跡、壓下量等工藝參數(shù)，進而達到控制形狀外形的效果。本發(fā)明利用不等徑球面的滾輪或球體作為工具頭3或成形工具與支撐頭2，由于不等徑球面在蒙皮零件上產(chǎn)生的塑性層不同，從而產(chǎn)生不同的延展量，進而形成曲面。該發(fā)明為柔性成形技術(shù)，不需要與最終蒙皮零件一致的實體或離散模具，零件的成形采用加工與支撐頭2的軌跡和壓下量等參數(shù)進行控制，在數(shù)控技術(shù)的支撐下，可實現(xiàn)復(fù)雜蒙皮零件的成形。塑性層范圍與厚度以蒙皮達到相應(yīng)變形量為目的，盡量保持蒙皮厚度變化微小。也就是說，采用不同直徑球面的滾輪分布在蒙皮兩側(cè)，其中一個為成形用工具頭3，該工具頭3通過滾動及施加適當(dāng)壓下量可較好地產(chǎn)生塑性層，另一個為蒙皮支撐頭2，伴隨工具頭3鏡像運動，為工具頭3提供支撐力。工具頭3通過五軸數(shù)控機床控制，支撐頭2通過四軸數(shù)控機床控制。蒙皮的幾何外形由工具頭下壓量、工具頭3與支撐頭2的運動軌跡等因素決定。因此在實施過程中，通過數(shù)控技術(shù)給定工具頭3與支撐頭2的工藝參數(shù)可以獲得復(fù)雜形狀蒙皮零件。