本發(fā)明涉及一種用于壁板零件柔性多點成形的定位方法,特別是針對帶筋整體壁板零件的成形，屬于航空制造工程領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著我國飛機制造業(yè)的快速發(fā)展，多點成形方法已經(jīng)逐漸應用到金屬板料的成形中，通過將傳統(tǒng)沖壓成形的實體模具離散化為緊密排列、高度可調(diào)的沖頭點陣,用沖頭端部形成的包絡面,代替實體模具進行成形。在航空制造領(lǐng)域,整體壁板因其結(jié)構(gòu)效率高、重量輕、剛性好、疲勞壽命長等突出優(yōu)點得到日益廣泛的應用，由于壁板類零件通常形狀復雜且成形困難,柔性多點模具已經(jīng)逐漸在整體壁板及蒙皮的成形中得到了應用。

專利cn104646475a中公開了飛機鋁合金整體壁板多點成形方法,將整體壁板放置于可快速重構(gòu)模面的上下多點模具之間,筋條之間填充填料,可成形出帶有筋條的鋁合金整體壁板零件，但該方法中并未提及壁板的定位問題如何解決。專利【cn103495636a】中公開了采用柔性多點模具進行蒙皮拉形及定位的方法，該方法中是對拉形結(jié)束后的蒙皮重新安裝進行測量定位，實際操作起來比較繁瑣。

飛機裝配過程中,對整體壁板的安裝定位精度要求較高,特別是外形輪廓尺寸及定位孔的位置,因此尋找一種在成形過程中簡單、高效的定位方法就顯得尤為重要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：本發(fā)明提出了一種壁板零件柔性多點成形的定位裝置及方法，解決在使用柔性多點模具進行整體壁板成形過程中的壁板零件的定位問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種壁板零件柔性多點成形的定位裝置，包括柔性多點模具箱體7、若干立柱5和若干非定位模塊3；還包括一個固定端約束模塊12和一個移動端約束模塊11；若干立柱5在柔性多點模具箱體7上均勻排列分布，壁板零件1上開有兩個定位孔，立柱5的橫截面為正方形，設(shè)邊長為2l，壁板零件1成形前和成形后兩個定位孔之間距離的變化量小于等于l；所述固定端約束模塊12一端通過其上的球頭定位銷8與壁板零件1上的其中一個安裝孔連接，另一端與立柱5固連；移動端約束模塊11一端通過其上的轉(zhuǎn)動定位銷2與壁板零件1上的另一個安裝孔連接，且該安裝孔位置保證在壁板零件1成形過程中轉(zhuǎn)動定位銷2能夠轉(zhuǎn)動，移動端約束模塊11另一端與立柱5固連；除安裝固定端約束模塊12和移動端約束模塊11外的其余每個立柱5上，各連接一個非定位模塊3；定義x軸、y軸所在平面為壁板零件1的平面，與壁板零件1平面相互垂直的方向為z軸；壁板零件1成形變形時，球頭定位銷8限制了壁板零件1在x軸、y軸方向上的運動，同時轉(zhuǎn)動定位銷2在與x軸、y軸相互垂直的平面上轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)對壁板零件1的定位。

本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是：所述固定端約束模塊12包括固定端基體6和球頭定位銷8；固定端基體6為方體結(jié)構(gòu)，且靠近壁板零件1的一面為球面狀，該面上設(shè)有球狀凸起，球狀凸起上安有球頭定位銷8，球頭定位銷8與壁板零件1上的安裝孔相配合，球狀凸起和球頭定位銷8相互配合形成球面副，保證壁板零件1成形變形時，球頭定位銷8發(fā)生轉(zhuǎn)動時球心位置保持不變，從而限制了壁板零件1在x方向和y方向的運動。

本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是：所述移動端約束模塊11包括移動端基體4、轉(zhuǎn)動定位銷2、螺釘9和周向定位銷13；移動端基體4為方體結(jié)構(gòu)，移動端基體4上開有通孔，轉(zhuǎn)動定位銷2一端開有通孔，另一端與壁板零件1上的安裝孔相配合，轉(zhuǎn)動定位銷2通過螺釘9與移動端基體4連接，且螺釘9與轉(zhuǎn)動定位銷2上通孔間隙配合的部分表面光滑，使得轉(zhuǎn)動定位銷2能夠在移動端基體4基體內(nèi)繞螺釘9軸線進行周向轉(zhuǎn)動；壁板零件1上的兩個安裝孔連線與螺釘9軸線相互垂直；移動端基體4遠離壁板零件1的一端設(shè)有周向定位銷13，限制移動端基體4的周向運動。

本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是：所述螺釘9呈柱狀體，外壁呈三級階梯狀，小徑端設(shè)有螺紋，中徑端和大徑端表面光滑，小徑端和大徑端分別與移動端基體4上的孔配合，中徑端與轉(zhuǎn)動定位銷上的孔間隙配合。

本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是：一種基于壁板零件柔性多點成形的定位裝置的定位方法，包括以下步驟：

步驟一：在壁板零件1上加工定位孔，選擇定位孔的位置時，立柱5的橫截面為正方形，設(shè)邊長為2l，定位孔之間的距離在成形前和成形后的變化量小于等于l；使得轉(zhuǎn)動定位銷2轉(zhuǎn)動時，不會與相鄰的非定位模塊3發(fā)生干涉；

步驟二：去除與兩個定位孔對應的兩個立柱5上的非定位模塊基體3；

步驟三：在兩個立柱5上分別安裝固定端約束模塊12和移動端約束模塊11，且固定端約束模塊12的球頭定位銷8和移動端約束模塊11的轉(zhuǎn)動定位銷2分別位于兩個安裝孔內(nèi)，安裝時保證移動端約束模塊11中螺釘9的軸線與兩定位孔的連線相垂直；

步驟四：以固定端約束模塊12位置為基準，根據(jù)零件的目標形狀計算柔性多點模具上各個立柱5的高度并進行調(diào)節(jié)；

步驟五：進行壁板零件的成形；壁板零件1在成形過程中發(fā)生變形時，兩定位孔間的距離變短，此時，固定端約束模塊12的球頭定位銷8在保證球心位置不變的前提下在x、y方向發(fā)生轉(zhuǎn)動，同時移動端約束模塊11的轉(zhuǎn)動定位銷2繞螺釘9軸線進行周向轉(zhuǎn)動，即在與xy面相垂直的平面內(nèi)進行轉(zhuǎn)動，補償兩定位孔間變短的距離，同時零件1的位置固定不動，不產(chǎn)生變形應力。

發(fā)明效果

本發(fā)明的技術(shù)效果在于：

(1)采用銷孔定位方式定位簡單,且本發(fā)明中定位裝置的定位銷可適應壁板成形過程中零件的變形而進行一定角度的轉(zhuǎn)動,在保證定位精度的前提下不產(chǎn)生變形應力,保證壁板成形后的精度；

(2)將定位裝置模塊化，方便拆卸和根據(jù)不同零件更換位置，可以適用于不同尺寸零件的定位，提高操作便利性和生產(chǎn)效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明壁板零件柔性多點成形的定位裝置的裝配軸測圖；

圖2為固定端約束模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為移動端約束模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為固定端約束模塊和移動端約束模塊安裝位置示意圖；

圖5為零件成形過程示意圖；

圖6為帶凸耳的壁板零件定位孔示意圖；

附圖標記說明：1.壁板零件2.轉(zhuǎn)動定位銷3.非定位模塊基體4.移動端基體5.立柱6.固定端基體7.柔性多點模具箱體8.球頭定位銷9.螺釘10.緊定螺釘11.移動端約束模塊12.固定端約束模塊13.周向定位銷14.縱向鎖定頭15.帶凸耳的壁板零件

具體實施方式

一種壁板零件柔性多點成形的定位裝置,該定位裝置由固定端約束模塊12和移動端約束模塊11兩部分組成。具體包括：

固定端約束模塊12：該模塊頂部的球頭定位銷8通過球面副與固定端基體6相連，球頭定位銷8與零件1上的定位孔相配合，限制零件1在安裝平面內(nèi)兩個方向的移動自由度。

移動端約束模塊11：該模塊由移動端基體4、螺釘9、和轉(zhuǎn)動定位銷2構(gòu)成，轉(zhuǎn)動定位銷2可沿螺釘9的軸線轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動定位銷2與零件上的定位孔相配合限制零件1在安裝平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動自由度。

固定端約束模塊12和移動端約束模塊11的基體底部結(jié)構(gòu)與非定位模塊基體3底部的結(jié)構(gòu)相同，包括：縱向鎖定頭14和周向定位銷13。縱向鎖定頭14是在約束模塊基體軸線上的圓柱體，圓柱體側(cè)面有環(huán)形凹槽，凹槽下部為45度倒角，所述倒角的作用是與緊定螺釘10端面的45度倒角配合，將約束模塊基體沿軸線方向緊固在立柱5上。周向定位銷13為設(shè)置在基體底面對角線上的一圓柱體，用于限制基體相對于立柱5軸線的轉(zhuǎn)動。

一種壁板零件柔性多點成形的定位方法,其特征在于采用如上述的柔性多點模具成形的定位裝置，具體步驟如下：

步驟一：在壁板零件上加工出定位耳片和定位孔，或者直接在零件一側(cè)的非工作區(qū)域加工出定位孔；

步驟二：跟據(jù)兩定位孔的間距選擇要安裝兩個定位約束模塊的立柱5，并將所選立柱5上的非定位模塊基體3去掉；

步驟三：使用緊定螺釘10分別將移動端約束模塊11和固定端約束模塊12固定在選定的立柱5上，安裝時要確保移動端約束模塊11中螺釘9的軸線與兩定位孔的連線相垂直,；

步驟四：以固定端約束模塊12位置為基準，根據(jù)零件的目標形狀計算柔性多點模具上各個立柱5的高度并進行調(diào)節(jié)；

步驟五：所述立柱5設(shè)有螺桿和數(shù)控單元。數(shù)控單元的電機帶動螺桿旋轉(zhuǎn)，從而帶動立柱5上下移動，實現(xiàn)高度調(diào)整。選擇加載方式進行壁板零件的成形。

參閱圖1～圖6，一種壁板零件柔性多點成形的定位裝置,其特征在于該定位裝置由固定端約束模塊12和移動端約束模塊11兩部分組成。

如圖1、2所示，固定端約束模塊12由固定端基體6和球頭定位銷8構(gòu)成。固定端基體6為長方體，所述長方體的頂部為球面，球面頂部最高點突出一個圓柱體，圓柱體頂端是球體，該球體的直徑大于所述圓柱的直徑。球頭定位銷8為一圓柱體，頂端有倒角，方便安裝零件1；球頭定位銷8的底面開設(shè)有孔，孔中有內(nèi)球面，所述內(nèi)球面和球頭定位銷8基體頂端的球面配合形成球面副，保證球頭定位銷8發(fā)生轉(zhuǎn)動時球心位置保持不變，可以限制零件1沿x、y兩個方向的移動自由度。固定端基體6和球頭定位銷8需使用的材料相同，減少因材料膨脹系數(shù)不同導致定位精度降低。

如圖3所示，移動端約束模塊11由移動端基體4、螺釘9、和轉(zhuǎn)動定位銷2構(gòu)成。移動端基體4為長方體，其頂部為球面，長方體對稱面上開設(shè)有通槽，通槽兩側(cè)面分別有同軸螺紋孔和光孔，且兩孔軸線通過移動端基體4頂部球面的圓心，光孔孔徑大于螺紋孔的孔徑。螺釘9是有3個臺階的階梯軸，細段上有螺紋，與移動端基體4上的螺紋孔配合，中間段和粗段為光桿，粗段端面有內(nèi)六角盲孔，粗段側(cè)面與移動端基體4上的光孔配合。轉(zhuǎn)動定位銷2頂面為球面，球面半徑與移動端基體4頂部的球面半徑相同，球面頂端沿基體軸線方向伸出有圓柱體，該圓柱體與零件1上的定位孔配合；轉(zhuǎn)動定位銷2的側(cè)面有通孔，該通孔與螺釘9中間段的光桿配合，轉(zhuǎn)動定位銷2可沿螺釘9的軸線轉(zhuǎn)動一定的角度。移動端約束模塊11限制了零件1沿z軸方向的轉(zhuǎn)動自由度。

如圖2、3所示，固定端約束模塊12和移動端約束模塊11的基體底部結(jié)構(gòu)與其他非定位模塊基體3的結(jié)構(gòu)相同，包括：縱向鎖定頭14和周向定位銷13?？v向鎖定頭14為約束模塊基體軸線上的圓柱體，圓柱體上有環(huán)形凹槽，凹槽下部為45度倒角，所述倒角的作用是與安裝在立柱5上的緊定螺釘10端面的45度倒角配合，將約束模塊基體沿軸線方向緊固在立柱5上。周向定位銷13為基體底面對角線上設(shè)置的一圓柱體，其與立柱5上對應位置的孔配合，用于限制基本體相對于立柱5軸線的轉(zhuǎn)動。

一種壁板零件柔性多點成形的定位方法,其特征在于采用如上述的柔性多點模具成形的定位裝置，具體步驟如下：

步驟一：在壁板零件上加工出定位耳片和定位孔(如圖6所示)，或者直接在零件一側(cè)非工作區(qū)域加工出定位孔(如圖1中所示)，選擇定位孔的位置時，零件上定位孔開設(shè)的間距要求：設(shè)立柱5的截面正方形的邊長為2l，毛坯上定位孔的連線長度在成形中的變化量要小于等于l，否則轉(zhuǎn)動定位銷2轉(zhuǎn)動角度太大會與相鄰的非定位模塊3發(fā)生干涉；

步驟二：跟據(jù)兩定位孔的間距選擇要安裝兩個定位約束模塊的立柱5，并將所選立柱5上的非定位模塊基體3去掉；

步驟三：使用緊定螺釘10分別將移動端約束模塊11和固定端約束模塊12固定在選定的立柱5上，注意安裝時保證移動端約束模塊11中螺釘9的軸線與兩定位孔的連線相垂直，如圖4所示；

步驟四：以固定端約束模塊12位置為基準，根據(jù)零件的目標形狀計算柔性多點模具上各個立柱5的高度并進行調(diào)節(jié)；

步驟五：選擇加載方式進行壁板零件的成形。

如圖1所示，壁板零件初始放置在柔性多點模具上的安裝平面上時，有x向轉(zhuǎn)動、y向轉(zhuǎn)動、z向移動三個自由度被限制；當零件1的一個定位孔安裝在固定端約束模塊12頂部的球頭定位銷8上時，零件1的x向移動、y向移動兩個自由度被限制；當零件1的另一個定位孔安裝在移動端約束模塊11的轉(zhuǎn)動定位銷2時，零件1的z向轉(zhuǎn)動自由度被限制，至此零件1的全部六個自由度均被約束，實現(xiàn)定位。如圖5所示，當零件1在成形過程中發(fā)生變形時，兩定位孔間的距離變短，并且定位孔處曲面的法線可能會由初始的豎直方向變?yōu)閮A斜，此時，固定端約束模塊12的球頭定位銷8在保證球心位置不變的前提下發(fā)生轉(zhuǎn)動，同時移動端約束模塊11的轉(zhuǎn)動定位銷2繞螺釘9進行轉(zhuǎn)動，補償兩定位孔間的變短的距離，在此過程中零件1的位置依然是固定的，且不會產(chǎn)生變形應力。