[发明专利]面向复合材料翼面类部件的自动制孔设备及其制孔方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种面向复合材料翼面类部件的自动制孔设备及其方法，设有一种全自动数控机械加工方法。

背景技术

二十世纪九十年代以后，航空制造业对飞机装配技术提出了高质量、高效率、低成本并能适应多品种产品的生产要求。自动制孔方法作为提高装配效率和装配质量的有效途径，其需求程度与发展趋势也日益膨胀。常规形式的五坐标自动制孔方法虽然具备五轴联动功能、法向调整功能和制孔精度检测功能等，但是仍然无法满足大尺寸、变厚度、复杂夹层的复合材料翼面类部件的制孔需求。完善自动制孔工艺方法，降低制孔过程对复合材料之间的劈裂、分层损伤；控制制孔垂直度，避免紧固件安装后产品外形超出设计允许值；优化离线编程技术，自动生成制孔顺序，保证制孔点位的准确度等，都是传统自动制孔方法亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种面向复合材料翼面类部件的自动制孔设备及其方法，该制孔方法不仅夹紧和定位精度高，而且加工出的孔准确度高，并降低在制孔过程中对复合材料的损伤，从而在提高工作效率的同时，保证了产品的质量。

为解决以上问题，本发明的具体技术方案如下：一种面向复合材料翼面类部件的自动制孔设备，为五轴联动数控设备，包括主机架、B轴支架、A轴转盘、Z轴部装、Y轴拖链、Z轴拖链、吸屑装置、刀具润滑系统和润滑系统油泵， Z轴部装上设有主轴，主轴上通过液压夹紧有钻孔、铰孔、锪窝一体结构的复合刀具；在Z轴部装的端部对称设有四个激光测距传感器，并分布于四个象限；在Z轴的部装下方设有压力脚支架，压力脚支架的中心孔的圆周处设有压力脚，压力脚上设有压力脚传感器。

利用面向复合材料翼面类部件的自动制孔设备进行制孔的方法，包括以下步骤：

1）工件坐标系与设备坐标系建立一致坐标系：

1.1）使用激光跟踪仪，测量装配工装的基准框架，根据数模中的靶球位置与实际测量中的靶球位置读数，将装配工装的实际位置与数模的理论位置统一；

1.2）使用激光跟踪仪对设备刀尖位置进行测量，并修正刀尖位置；

1.3）将1.1步骤中测得的装配工装基准框架实际位置坐标值和1.2步骤中测得的刀尖位置坐标值，导入CATIA系统中，建立设备坐标系；

1.4）自定义某一位置作为工件零点，将各坐标轴方向与设备轴方向统一，以此在CATIA系统中建立工件坐标系；

1.5）操作自动制孔设备，令设备刀尖位于工件零点，读取此时刀尖的X、Y、Z坐标值；

1.6）利用CATIA中的测量功能，测量在第1.3步骤中所建立的设备刀尖位置点在所设置的工件坐标中位置，由此，计算所需进行的框架偏转；

1.7）在设备中设置零点偏置值，编程阶段首先调用该零点偏置值即可完成设备中工件坐标系的标定工作；

2）将装配孔的信息批量导入计算机内，并批量生成制孔信息；

3）采用钻孔、铰孔、锪窝一体结构的复合刀具，并采用液压式夹紧；

4）采用激光寻法矢量的误差补偿方法对刀具位置进行调整；

4.1）将刀具当前的矢量方向作为激光寻法线过程的起始值，即后续误差补偿的基础数据；

4.2）取消Z轴主轴钻头的进给倍率，并关闭相机电源；

4.3）将加工点信息的值赋予给设备的X、Y、Z、A和B轴，使设备运行到加工点；

4.4）利用四个激光测距传感器，测得四个象限测量值R1、R2、R3和R4；

4.5）判断测量值R1、R2、R3和R4，当对角的激光传感器相等，即R1=R3，R2=R4时，则判断刀具方向为待加工面的法线方向，系统直接转至第5步骤；反之，继续4.6步骤；

4.6）启动法矢量误差补偿：通过激光测距传感器的四个象限测量值得出机床B轴摆角和A轴摆角，

计算得出B轴摆角Rb：

Rb=ATAN2((R2-R4-R1+R3),(4*112.5))+ $AA_IW[MB]，其中 $AA_IW[MB] 为机床B轴的当前摆角值；

计算得出A轴摆角Ra：

Ra=ATAN2(R1-R3+R2-R4)* COS(Rb),4*89.5) +$AA_IW[MA]，其中$AA_IW[MA]为机床A轴的当前摆角值；

上述的“ATAN2函数”为计算给定横坐标和纵坐标点的反正切值，函数计算的结果是-π～π之间的弧度值；

4.7）计算激光寻法次数Rn：每计算一次法矢量误差补偿值，系统程序将自动将寻法次数Rn+1，Rn的初始值为0；