本發(fā)明涉及航空制造
技術領域：
，特別涉及臥式龍門機翼整體壁板激光噴丸校形裝置和加工方法。
背景技術：
：隨著航空航天工業(yè)數字化設計以及智能化制造的快速發(fā)展，現代飛行器的性能要求也不斷地提高，而飛行器設計大量采用整體結構件，如整體框、梁、壁板等零部件，零件大型化和結構整體化趨勢日趨明顯。在民用飛機制造
技術領域：
中，鋁合金材料廣泛應用于機身整體壁板、機翼整體壁板制造。例如機翼整體壁板已經成為民用飛機主要承力構件參與承載，以提高機翼的氣動性能、承載能力、疲勞壽命，并利用機翼作為整體油箱。機翼整體壁板厚度較薄且尺寸較大，具有單面強化筋、桁條、網格狀柵格結構。在銑削加工過程中，容易受到板坯殘余應力、銑削載荷、銑削熱和銑削殘余應力等因素影響而產生局部/整體翹曲、卷曲變形等現象，從而造成巨大的材料浪費。因此，機翼整體壁板銑削變形控制是現代飛機制造中面臨的突出問題之一。國外以波音和空客為代表的現代民用客機飛機均采用機翼整體壁板技術，我國自主研發(fā)的arj21和c919飛機也采用了機翼整體壁板機構。面對銑削加工產生的大變形問題，目前國內采用的變形控制方法主要有：1、降低毛坯材料的殘余應力。當前航空用鋁合金預拉伸板應力幅值約為±25mpa，這已經到達低應力材料制備技術瓶頸，但是壁板銑削變形依然存在。2、優(yōu)化銑削工藝參數。通過設置合理的銑削參數可降低加工殘余應力幅值和分布，但受限于銑削加工材料去除方式，該加工難以消除加工殘余應力。3、優(yōu)化工藝流程。粗加工采用層優(yōu)先法，優(yōu)先去除厚度方向材料，或使用應力釋放工藝槽。優(yōu)化精加工參數，采用局部往復、區(qū)間對稱的加工方式控制局部彎曲變形，該方法只能抑制局部變形，而且由于采用特殊編程方式嚴重降低加工效率。4、采用大直徑刀具及高速銑削技術，采用高速銑削降低銑削熱產生的變形，同時利用大直徑鋒利刀具降低加工殘余應力產生的變形。該方法難以協調刀具損耗成本和變形控制的矛盾，只能消除熱變形，對加工殘余應力導致變形效果依然強差人意。5、增加校形工藝。壓彎、滾彎等冷校形只能應用于剛性較好的框架結構件，對柔性壁板則不適用。同時錘擊校形易產生表面損傷，不能應用于航空重要承重構件的校形。因此，目前亟需一種高精度數字化的機翼整體壁板銑削變形控制方法及相應的裝置。技術實現要素：本發(fā)明的主要目的是提出一種高精度數字化的臥式龍門機翼整體壁板激光噴丸校形裝置和加工方法，旨在消除銑削產生的表層有害拉應力，增強表層有益壓應力，提高零件疲勞壽命，控制銑削過程中和過程后的變形。為實現上述目的，本發(fā)明提出臥式龍門機翼整體壁板激光噴丸校形裝置，所述裝置包括可沿y軸直線移動的工作臺、設置于所述工作臺頂面并可吸附機翼整體壁板的壁板吸附結構、橫跨于所述工作臺上方且可沿y軸直線移動的龍門架、與所述龍門架上部相連且可沿x軸直線移動的橫梁；與所述橫梁下部相連且可沿z軸直線移動的水射流噴嘴、顯影劑噴嘴以及光學相機；所述裝置還包括可對壁板進行噴丸加工的激光噴丸單元、與所述激光噴丸單元頂端相連的機械臂、與所述機械臂電連接的系統主機。優(yōu)選地，所述壁板吸附結構為真空吸附槽。優(yōu)選地，所述壁板吸附結構為真空吸盤。優(yōu)選地，所述橫梁下方還設有用于對機翼整體壁板進行照明且可沿z軸直線移動的照明光源。優(yōu)選地，所述機械臂為七自由度機械臂。優(yōu)選地，所述工作臺、龍門架、機械臂分別與獨立的運動控制器電連接并被監(jiān)控，可實現單獨運動或聯合運動。本發(fā)明還提出一種使用所述臥式龍門機翼整體壁板激光噴丸校形裝置的加工方法，包括以下步驟：1)通過測量并收集激光噴丸強度與試件彎曲撓度對應關系，并獲得激光噴丸飽和曲線，分析建立噴丸強度與材料厚度、彎曲變形的數據模型；2)采用光學原位測量系統對零件進行3d重構，將測量模型與理論模型進行布爾運算，獲取變形量空間分布；3)將壁板的變形空間分布采用模式識別分類，變形模式包括整體彎曲、整體扭曲、整體彎扭組合、局部彎曲、局部扭曲和局部彎扭組合，采用目標優(yōu)化算法設置校形優(yōu)先級；4)按照校形優(yōu)先級設定的次序，施加反向激光噴丸修復變形；彎曲變形修復撓度，扭曲變形修復扭轉角，彎扭組合變形分步驟逐一修復撓度和扭轉角；5)再次進行零件3d重構與變形測量，將重構模型與理論模型進行布爾運算，如變形量為大于尺寸工差要求，結束，否則重復所述步驟2-5，直至變形量小于工差要求。本發(fā)明技術方案通過設置可沿y軸直線移動的工作臺、設置于工作臺頂面并可吸附機翼整體壁板的壁板吸附結構、橫跨于工作臺上方且可沿y軸直線移動的龍門架、與龍門架上部相連且可沿x軸直線移動的橫梁。橫梁下部還相連有可沿z軸直線移動的水射流噴嘴、顯影劑噴嘴以及光學相機，本發(fā)明還包括可對機翼整體壁板進行噴丸加工的激光噴丸單元、與激光噴丸單元頂端相連的機械臂、與機械臂電連接的系統主機。同時，本發(fā)明還提出一種加工方法，首先以條帶激光噴丸試驗獲得飽和曲線，建立激光噴丸強度與彎曲撓度對應關系數據庫，進而測量獲得零件3d數據和變形量的空間分布，最后根據零件變形區(qū)域和變形量的分布特點，利用激光噴丸超高壓力學效應施以反向彎曲變形實現校形。本發(fā)明以激光噴丸飽和曲線為參考，通過數據庫實時查詢與原位測量變形量實現壁板反向控形的目標。相對于現有技術，本發(fā)明的裝置和加工方法可消除銑削過程中產生的表層有害拉應力，增強表層有益壓應力，提高零件疲勞壽命，降低銑削過程中和后期變形，可應用于變形超差報廢件修復，控制零件成品率，且制造出符合要求的機翼整體壁板，以滿足航空整體構件的高精度加工要求。附圖說明為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖示出的結構獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明臥式龍門機翼整體壁板激光噴丸校形裝置的結構示意圖；圖2為本發(fā)明機翼整體壁板零件示意圖；圖3為本發(fā)明機翼整體壁板彎曲變形示意圖；圖4為本發(fā)明機翼整體壁板扭曲變形示意圖。附圖標號說明：標號名稱標號名稱1工作臺7光學相機2真空吸附槽8照明光源3龍門架9激光噴丸單元4橫梁10七自由度機械臂5水射流噴嘴11系統主機6顯影劑噴嘴本發(fā)明目的的實現、功能特點及優(yōu)點將結合實施例，參照附圖做進一步說明。具體實施方式下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。需要說明，若本發(fā)明實施例中有涉及方向性指示(諸如上、下、左、右、前、后……)，則該方向性指示僅用于解釋在某一特定姿態(tài)(如附圖所示)下各部件之間的相對位置關系、運動情況等，如果該特定姿態(tài)發(fā)生改變時，則該方向性指示也相應地隨之改變。另外，若本發(fā)明實施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，則該“第一”、“第二”等的描述僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示其相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個該特征。另外，各個實施例之間的技術方案可以相互結合，但是必須是以本領域普通技術人員能夠實現為基礎，當技術方案的結合出現相互矛盾或無法實現時應當認為這種技術方案的結合不存在，也不在本發(fā)明要求的保護范圍之內。本發(fā)明提出一種臥式龍門機翼整體壁板激光噴丸校形裝置。參見圖1和圖2，本發(fā)明實施例的臥式龍門機翼整體壁板激光噴丸校形裝置包括可沿y軸進行直線移動的工作臺1、設置于工作臺1頂面并可用于吸附機翼整體壁板的壁板吸附結構、橫跨于工作臺1上方且可沿y軸進行直線移動的龍門架3、與龍門架3上部相連且可沿x軸進行直線移動的橫梁4。在橫梁4的下部還相連有水射流噴嘴5、顯影劑噴嘴6以及光學相機7，其中水射流噴嘴5、顯影劑噴嘴6以及光學相機7均可隨著橫梁4沿著z軸進行直線移動。本發(fā)明實施例的裝置還包括可對機翼整體壁板進行噴丸加工的激光噴丸單元9、與激光噴丸單元9頂端相連的機械臂、與機械臂電連接的系統主機11。具體地，本發(fā)明實施例的臥式龍門機翼整體壁板激光噴丸校形裝置中，用于機翼整體壁板進行吸附的壁板吸附結構為真空吸附槽2，而在本發(fā)明其他實施例中的壁板吸附結構為真空吸盤。具體地，本發(fā)明實施例的機械臂為七自由度機械臂10，工作臺1、龍門架3、七自由度機械臂10分別與獨立的運動控制器電連接并被監(jiān)控，可實現單獨運動或聯合運動。本發(fā)明實施例的橫梁4下方還設有用于對機翼整體壁板進行照明且可沿z軸直線移動的照明光源8。本發(fā)明還提出一種使用臥式龍門機翼整體壁板激光噴丸校形裝置的加工方法，包括以下步驟：1)通過測量并收集激光噴丸強度與試件彎曲撓度對應關系，并獲得激光噴丸飽和曲線，分析建立噴丸強度與材料厚度、彎曲變形的數據模型；2)采用光學原位測量系統對零件進行3d重構，將測量模型與理論模型進行布爾運算，獲取變形量空間分布；3)將機翼整體壁板的變形空間分布采用模式識別分類，變形模式包括整體彎曲、整體扭曲、整體彎扭組合、局部彎曲、局部扭曲和局部彎扭組合，采用目標優(yōu)化算法設置校形優(yōu)先級；4)按照校形優(yōu)先級設定的次序，施加反向激光噴丸修復變形；彎曲變形修復撓度，扭曲變形修復扭轉角，彎扭組合變形分步驟逐一修復撓度和扭轉角；5)再次進行零件3d重構與變形測量，將重構模型與理論模型進行布爾運算，如變形量為大于尺寸工差要求，結束，否則重復步驟2-5，直至變形量小于工差要求。本發(fā)明實施例臥式龍門機翼整體壁板激光噴丸校形裝置工作原理如下：為了建立合適的系統數據庫，需要進行條帶激光噴丸試驗測量，以獲取相應的試樣參數和激光噴丸參數。其中，試件參數包括通過測量獲取的試樣材料、試樣尺寸以及試樣厚度，而激光噴丸參數包括功率密度、噴丸角度、光斑大小以及覆蓋率。另外，為了使得試樣材料選取上保證與零件材料相一致，對于變厚度的機翼整體壁板，試驗厚度應該包含所有零件厚度。同時，為了獲取不同厚度的試樣在不同激光噴丸強度下的變形量，需要進行相應正交試驗，以獲取激光噴丸強度和試樣彎曲撓度對應關系，以及激光噴丸飽和曲線，進而分析并建立噴丸強度與材料厚度、彎曲變形的數據模型。參見圖1，采用光學原位測量系統對零件進行3d重構，將變形的機翼整體壁板放置于工作臺1的頂面，用真空吸附槽2和輔助壓板將變形的機翼整體壁板固定，顯影劑噴嘴6伴隨著龍門架3進行y軸方向移動并隨著橫梁4進行x軸方向移動，并且顯影劑噴嘴6向變形的機翼整體壁板表面噴射顯影劑。而可沿z軸進行直線移動的光學相機7在照明光源8的輔助照射下對變形的機翼整體壁板的上表面進行數據掃描，而光學相機7隨著工作臺1和龍門架3沿著y軸方向移動而移動，并且橫梁4沿著x軸和z軸方向進行移動，從而實現光學相機7在三維空間內移動。當光學相機7對變形的機翼整體壁板掃描完畢后，水射流噴嘴5向變形機翼整體壁板表面噴射清洗劑，從而將機翼整體壁板表面殘留的顯影劑清除。參見圖3和圖4，通過系統主機11將變形的機翼整體壁板的變形空間分布采用模式識別并進行分類，變形的機翼整體壁板的變形類型主要分為彎曲變形、扭曲變形以及彎扭組合變形，而變形的機翼整體壁板的具體糾正變形模式包括整體彎曲、整體扭曲、整體彎扭組合、局部彎曲、局部扭曲和局部彎扭組合，具體采用哪種糾正校形模式由系統主機11采用目標優(yōu)化算法計算出來，并設置相應校形優(yōu)先級別。根據系統主機11通過目標優(yōu)化算法計算出來的結果以及設置相應校形優(yōu)先級別次序，對變形的機翼整體壁板施以反向激光噴丸修復變形。通過可沿y軸方向進行移動的工作臺1和七自由度機械臂10聯動對變形的機翼整體壁板需要激光噴丸校形的區(qū)域進行激光噴丸校形。其中，由可沿y軸方向進行移動的工作臺1負責沿y軸方向進行長距離移動，而七自由度機械臂10主要實現局部區(qū)域的偏置、z軸和x軸方向上移動、在xyz軸三個軸的旋轉以及對激光噴丸單元9的擺動，最終使得激光噴丸單元9對變形的機翼整體壁板進行激光噴丸修復變形。在激光噴丸單元9對變形的機翼整體壁板進行噴丸修復變形之前，系統主機11需要對機翼整體壁板的變形類型進行辨識。如變形的機翼整體壁板的變形類型為彎曲變形時，激光噴丸單元9需要對變形的機翼整體壁板施以一個反向變形的修復撓度；如變形的機翼整體壁板的變形類型為扭曲變形時，可分布并逐一向變形的機翼整體壁板施加反向變形，具體的校形路徑可由系統主機11通過計算優(yōu)化從而獲得；如變形的機翼整體壁板的變形類型為彎扭組合變形，則必須分步驟并逐一進行修復撓度和扭轉角，而校形優(yōu)先級和路徑可由系統主機11優(yōu)化獲得。變形的機翼整體壁板進行噴丸修復校形后，需要再次進行零件3d重構，將重構模型和理論模型進行布爾運算，如變形量小于尺寸公差要求，則校形停止。否則需要重復進行零件3d重構與變形測量、變形模式識別、反向激光噴丸、校形質量檢測，直至變形的機翼整體壁板變形量小于公差要求為止。本發(fā)明技術方案的臥式龍門機翼整體壁板激光噴丸校形裝置和加工方法，利用激光噴丸超高壓力學效應將已加工表層的有害拉應力轉變?yōu)閴簯?，提升壓應力水平，同時能夠修復機翼整體壁板局部/整體翹曲、卷曲變形，實現零件變形控制目的。相對于現有技術，本實施例的技術方案可消除銑削過程中產生的表層有害拉應力，增強表層有益壓應力，提高零件疲勞壽命，控制銑削過程中和后期變形，可應用于變形超差報廢件的修復，控制零件成品率，并且制造出符合要求的機翼整體壁板，從而滿足航空整體構件的高精度加工要求。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是在本發(fā)明的構思下，利用本發(fā)明說明書及附圖內容所作的等效結構變換，或直接/間接運用在其他相關的
技術領域：
均包括在本發(fā)明的專利保護范圍內。當前第1頁12