本發(fā)明涉及航空航天制造
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及立式翻板機翼整體壁板激光噴丸成形裝置和加工方法。
背景技術(shù)：
：機翼整體壁板成形是現(xiàn)代飛機制造技術(shù)中的關(guān)鍵點，該技術(shù)標志著一個國家的航空航天科技的制造水平。當今世界上，只有美國波音公司和歐盟空客公司掌握超臨界機翼整體壁板的特種成形技術(shù)，并成功應(yīng)用于B787、A380等先進民用飛機上。目前，特種成形技術(shù)中，主要包括機械壓彎、時效成形和機械噴丸成形。由于民用飛機對重要承載力部件需要有較長的使用壽命，機械壓彎成形一般不作為主要成形手段，僅用于局部加強區(qū)的輔助成形，而且壓彎存在卸載回彈，難以實現(xiàn)復(fù)雜曲面成形的目的。時效成形則是利用金屬的蠕變特性，將成形與時效同步進行的一種成形方法，具有應(yīng)力釋放完全、成形質(zhì)量好、效率高和工藝重復(fù)性好等優(yōu)點，但是成形需特殊模具和特種設(shè)備——熱壓罐，而熱壓罐對各類尺寸壁板成形適應(yīng)性差，成形成本高昂。機械噴丸成形是目前較為成熟的壁板成形手段，主要優(yōu)點是不需要成形模具、成形兼?zhèn)涮嵘趬勖Ч?、可成形外形相對?fù)雜的曲面等特點。但是機械噴丸成形工藝設(shè)計變量較多，工藝參數(shù)難以制定，參數(shù)試驗成本高昂。例如，以代表當今機械噴丸水平最高的波音公司為例，確定一件新機翼壁板的成形工藝需要40塊1:1的試驗塊，耗時半年且耗費數(shù)百萬美元。因此，目前亟需一種高精度低成本的成形技術(shù)服務(wù)于機翼整體壁板制造。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的主要目的是提出一種尺寸適應(yīng)性強、成形曲率大、成形精度可控且工件表面質(zhì)量高的立式翻板機翼整體壁板激光噴丸成形裝置和加工方法，旨在解決機械噴丸參數(shù)試驗成本高昂，工藝參數(shù)難以制定的技術(shù)問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出立式翻板機翼整體壁板激光噴丸成形裝置，所述成形裝置包括用于支撐的翻板基座、與所述翻版基座樞轉(zhuǎn)相連的可翻轉(zhuǎn)工作臺、一端與所述可翻轉(zhuǎn)工作臺鉸接相連且另一端與所述翻版基座鉸接相連的伸縮液壓缸、設(shè)置于所述翻板基座外側(cè)且頂端與可移動滑軌相連的滑軌控制器、與所述可移動滑軌中部相連的壁板夾持單元、可對機翼整體壁板進行噴丸加工的激光噴丸單元、用于控制所述激光噴丸單元噴丸加工的激光噴丸單元系統(tǒng)主機、用于檢測機翼整體壁板加工尺寸的光學原位測量器、用于分析機翼整體壁板外形尺寸的圖像處理主機、用于控制整個噴丸加工過程的總系統(tǒng)主機；所述激光噴丸單元系統(tǒng)主機同時與所述總系統(tǒng)主機以及所述激光噴丸單元電連接，所述圖形處理主機同時與所述總系統(tǒng)主機以及所述光學原位測量器電連接。優(yōu)選地，所述激光噴丸單元為七自由度激光噴丸單元。優(yōu)選地，所述光學原位測量器為三自由度光學原位測量器。優(yōu)選地，所述可翻轉(zhuǎn)工作臺可繞與所述翻板基座的樞轉(zhuǎn)軸翻轉(zhuǎn)0～90°。本發(fā)明還提出一種使用立式翻板機翼整體壁板激光噴丸成形裝置的加工方法，包括以下步驟：1)通過軟件對機翼整體壁板的外形分析并建立三維模型，以確定壁板厚度和曲率分布；2)以機翼整體壁板外形尺寸為基礎(chǔ)，并以機翼整體壁板厚度和成形曲率為依據(jù)將機翼整體壁板劃分為若干個等強度區(qū)域；3)對各個等強度區(qū)域進行激光噴丸成型，借助所述在線原位測量裝置檢測成形尺寸并反饋至所述圖形處理主機以及所述總系統(tǒng)主機；4)對機翼整體壁板進行激光噴丸成型，同時對過渡區(qū)域尺寸進行修復(fù)；5)在線測量機翼整體壁板的成形尺寸精度，如滿足尺寸公差要求，即結(jié)束成型；如不滿足尺寸公差要求，繼續(xù)重復(fù)所述步驟3)至所述步驟5)。本發(fā)明技術(shù)方案通過對機翼整體壁板幾何外形分析和等強度區(qū)域的劃分，以在線原位測量技術(shù)輔助，首先進行分區(qū)域激光噴丸成形和成形精度優(yōu)化，然后進行機翼整體壁板整體激光噴丸成形和區(qū)域修復(fù)，最后進行成形尺寸檢測，從而將機翼整體壁板成形轉(zhuǎn)化為目標優(yōu)化問題，實現(xiàn)機翼整體壁板成形與尺寸檢測的高效配合，本發(fā)明立式翻板機翼整體壁板激光噴丸成形裝置具有高精度、自適應(yīng)性強和數(shù)字化的特點，能夠廣泛適用于民用飛機的機翼壁板成形。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明可實現(xiàn)各類尺寸、復(fù)雜曲面的機翼整體壁板成形，具有尺寸適應(yīng)性強、成形曲率大、成形精度可控且工件表面質(zhì)量高等特點，真正實現(xiàn)了機翼整體壁板的長壽命、高精度成形。附圖說明為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)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(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖示出的結(jié)構(gòu)獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明立式翻板機翼整體壁板激光噴丸成形裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明機翼整體壁板厚度分區(qū)示意圖；圖3為本發(fā)明機翼整體壁板曲率示意圖。附圖標號說明：標號名稱標號名稱1七自由度激光噴丸單元7圖形處理主機2可移動滑軌8可翻轉(zhuǎn)工作臺3伸縮式液壓缸9翻板基座4滑軌控制器10壁板夾持單元5激光噴丸單元系統(tǒng)主機11三自由度光學原位測量器6總系統(tǒng)主機12機翼整體壁板本發(fā)明目的的實現(xiàn)、功能特點及優(yōu)點將結(jié)合實施例，參照附圖做進一步說明。具體實施方式下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)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。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)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(guān)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(yīng)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(shù)特征的數(shù)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(shù)方案可以相互結(jié)合，但是必須是以本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)為基礎(chǔ)，當技術(shù)方案的結(jié)合出現(xiàn)相互矛盾或無法實現(xiàn)時應(yīng)當認為這種技術(shù)方案的結(jié)合不存在，也不在本發(fā)明要求的保護范圍之內(nèi)。本發(fā)明提出一種立式翻板機翼整體壁板激光噴丸成形裝置。參見圖1，本發(fā)明實施例中，立式翻板機翼整體壁板激光噴丸成形裝置主要包括翻板基座9、可翻板工作臺8、伸縮式液壓缸3、滑軌控制器4、可移動滑軌2、七自由度激光噴丸單元1、激光噴丸單元系統(tǒng)主機5、總系統(tǒng)主機6、圖像處理主機7以及三自由度光學原位測量器11以及壁板夾持單元10。參見圖1，本實施例中，可翻轉(zhuǎn)工作臺8一側(cè)與翻轉(zhuǎn)基座9樞轉(zhuǎn)相接，可翻轉(zhuǎn)工作臺8可繞樞轉(zhuǎn)軸進行擺動。伸縮式液壓缸3的一端與可翻轉(zhuǎn)工作臺8的一端中部鉸接相連，而伸縮式液壓缸3的另一端則與翻轉(zhuǎn)基座9的端部鉸接相連，另外可翻轉(zhuǎn)工作臺8的兩端可分別設(shè)有一個伸縮式液壓缸3，從而使得可翻轉(zhuǎn)工作臺8能夠可靠地進行翻轉(zhuǎn)?？煞D(zhuǎn)工作臺8的兩端外側(cè)各設(shè)有滑軌控制器4，滑軌控制器4的頂部與可移動滑軌2相連，并且可移動滑軌2能夠沿著滑軌控制器4頂部進行直線移動?？梢苿踊?中部還設(shè)有若干個可用于夾持機翼整體壁板12的壁板夾持單元10，其中壁板夾持單元10夾持機翼整體壁板12的一端為可分叉的夾，壁板夾持單元10的一端與可移動滑軌2的中部相連，而壁板夾持單元10的另一端則可用于夾持機翼整體壁板12的邊沿，從而壁板夾持單元10能夠跟隨可移動滑軌2移動而進行相應(yīng)地移動。本實施例還包括設(shè)置于機翼整體壁板12前方外側(cè)且可用于檢測機翼整體壁板12加工尺寸的三自由度光學原位測量器11、設(shè)置于機翼整體壁板12另一側(cè)且用于對機翼整體壁板12進行噴丸加工處理的七自由度激光噴丸單元1、用于控制七自由度激光噴丸單元1噴丸加工的激光噴丸單元系統(tǒng)主機5、用于分析機翼整體壁板12外形尺寸的圖像處理主機7以及用于控制整個噴丸加工過程的總系統(tǒng)主機6。本發(fā)明實施例的電氣連接關(guān)系中，激光噴丸單元系統(tǒng)主機5同時與總系統(tǒng)主機6以及七自由度激光噴丸單元1電連接，而圖像處理主機7同時與總系統(tǒng)主機6以及三自由度光學原位測量器11電連接。本發(fā)明還提出一種使用立式翻板機翼整體壁板激光噴丸成形裝置的加工方法，包括以下步驟：1)通過軟件對機翼整體壁板12的外形分析并建立三維模型，以確定壁板厚度和曲率分布；2)以機翼整體壁板12外形尺寸為基礎(chǔ)，并以機翼整體壁板12厚度和成形曲率為依據(jù)將機翼整體壁板12劃分為若干個等強度區(qū)域；3)對各個等強度區(qū)域進行激光噴丸成型，借助三自由度在線原位測量裝置11檢測成形尺寸并反饋至圖形處理主機7以及總系統(tǒng)主機6；4)對機翼整體壁板12整體進行激光噴丸成型，同時對過渡區(qū)域尺寸進行修復(fù)；5)在線測量機翼整體壁板12的成形尺寸精度，如滿足尺寸公差要求，即結(jié)束成型；如不滿足尺寸公差要求，繼續(xù)重復(fù)步驟3)至步驟5)。本發(fā)明實施例立式翻板機翼整體壁板激光噴丸成形裝置的工作原理是：參見圖1至圖3，首先測量待加工機翼整體壁板12的外形尺寸，然后將相應(yīng)的外形尺寸輸入CAD軟件中，對機翼整體壁板12建立相應(yīng)三維模型，以確定機翼整體壁板12的厚度以及曲率分布情況，其中機翼整體壁板12的厚度為測量機翼整體壁板12截面厚度，而曲率則分為展向曲率以及弦向曲率。然后將機翼整體壁板12平放于可翻轉(zhuǎn)工作臺8上，這時的可翻轉(zhuǎn)工作臺8與翻板基座9的夾角為0°。因為可翻轉(zhuǎn)工作臺8上設(shè)置有真空吸盤，當機翼整體壁板12放置于可翻轉(zhuǎn)工作臺8后，真空吸盤與機翼整體壁板12表面吸合的內(nèi)部空間通過抽排空氣，使得真空吸盤緊緊地將機翼整體壁板12吸附，這樣機翼整體壁板12在后續(xù)加工過程中可方便地進行空間位置更換，也不容易脫落。通過伸縮式液壓缸2的工作長度伸長，伸縮式液壓缸3推動可翻轉(zhuǎn)工作臺8繞與翻板基座9之間的樞轉(zhuǎn)軸進行翻轉(zhuǎn)，機翼整體壁板12則隨著可翻轉(zhuǎn)工作臺8擺動而擺動。當可翻轉(zhuǎn)工作臺8繞樞轉(zhuǎn)軸擺動至與翻板基座9垂直時，使得機翼整體壁板12也與翻板基座9垂直。然后通過壁板夾持單元10夾持住機翼整體壁板12的端部，可翻轉(zhuǎn)工作臺8的真空吸盤與機翼整體壁板12表面吸附的內(nèi)部空間重新注入氣體，使得真空吸盤完全與機翼整體壁板12脫離，伸縮式液壓缸3的工作長度縮短，從而帶動可翻轉(zhuǎn)工作臺8向翻板基座9進行擺動并恢復(fù)至初始位置。參見圖2和圖3，然后以機翼整體壁板12的外形尺寸作為基礎(chǔ)，以壁板厚度和成形曲率作為依據(jù)劃分為等強度區(qū)域，如圖2所示。其中，以機翼整體壁板12厚度為主要因素劃分出近似厚度值，設(shè)置相應(yīng)的基礎(chǔ)厚度H和厚度增量Δ，采用C++二次開發(fā)實現(xiàn)機翼整體壁板12模型厚度查詢，將機翼整體壁板12按照厚度變化設(shè)置為離散化區(qū)間[H-Δi,H+Δi]，其中i＝1,2,3…N。然后在近似厚度區(qū)間內(nèi)以曲率半徑為主要因素劃分等強度區(qū)，并設(shè)置基準曲率半徑ρ和曲率增量е，設(shè)置離散化區(qū)間[ρ-ej,ρ+ej]，其中j＝1,2,3…N，最后對每個分區(qū)進行檢測，將厚度與成形曲率不相容的區(qū)域重新分區(qū)或歸入其他區(qū)域中。參見圖1至圖3，然后通過七自由度激光噴丸單元1對機翼整體壁板12各個等強度區(qū)域進行激光噴丸成形。其中對某個區(qū)域進行成形噴丸時，系統(tǒng)初始設(shè)置一個微小激光噴丸強度，采用七自由度激光噴丸單元1與可移動滑軌2相互配合，從而對機翼整體壁板12進行激光噴丸成形。七自由度激光噴丸單元1對機翼整體壁板12另一面進行噴丸成形時，需要借助三自由度光學原位測量器11測量區(qū)域成形尺寸，三自由度光學原位測量器11將檢測結(jié)果發(fā)送至發(fā)送至圖形處理主機7，圖形處理主機7計算得到當前尺寸與目標尺寸的差值后，將計算分析結(jié)果發(fā)送至總系統(tǒng)主機6，總系統(tǒng)主機6以力學模型為基礎(chǔ)，并采用遺傳算法以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)目標優(yōu)化算法，以小變形逐步逼近的方式實現(xiàn)區(qū)域成形，而無需進行額外的激光噴丸參數(shù)試驗。最后需要對整個激光噴丸成形并且進行區(qū)域修復(fù)，通過可移動滑軌2負責整個機翼整體壁板12進行大范圍移動，而七自由度激光噴丸單元1則負責小范圍的自用度范圍內(nèi)移動，可移動滑軌2和七自由度激光噴丸單元1共同配合對機翼整體壁板12整體進行激光噴丸成形。三自由度光學原位測量器11在噴丸反面測量機翼整體壁板12整體成形尺寸后，由圖像處理主機7計算得出當前尺寸與目標尺寸的差值。同時，對過渡區(qū)域尺寸進行修改，并且采用小變形逐步逼近的方式實現(xiàn)整體成形。通過三自由度光學原位測量器11檢測成形尺寸精度，由圖形處理主機7計算成形精度，如滿足尺寸工差要求，則結(jié)束成形工序。否則需要重復(fù)進行分區(qū)激光噴丸成形與尺寸測量、整體激光噴丸成形與區(qū)域修復(fù)、成形尺寸檢測的步驟，直至尺寸滿足公差要求。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明可實現(xiàn)各類尺寸、復(fù)雜曲面的機翼整體壁板12成形，具有尺寸適應(yīng)性強、成形曲率大、成形精度可控且工件表面質(zhì)量高等特點，真正實現(xiàn)了機翼整體壁板12的長壽命以及高精度成形。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(gòu)思下，利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變換，或直接/間接運用在其他相關(guān)的
技術(shù)領(lǐng)域：
均包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。當前第1頁1 2 3