一种飞机蒙皮无余量数控铣切方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及飞机蒙皮去余量铣切技术领域，具体涉及一种飞机蒙皮无余量数控铣切方法。
【背景技术】
[0002]传统飞机蒙皮去余量方法是，将蒙皮毛坯固定在专用切边模上，工人手工操作切割设备根据样板进行切边，工作劳动量大，切边精度低。因此采用基于吸盘式柔性工装(柔性工装)的蒙皮无余量数控铣切工艺铣切蒙皮毛坯，能显著提高铣切质量和效率，减少工装数量，是实现蒙皮无余量铣切的主要方法。
[0003]但是现有吸盘式柔性工装的蒙皮无余量数控铣切工艺主要流程为:1.数模虚拟装配:依据蒙皮形状和装配孔位置信息，使用柔性工装点阵规划软件将蒙皮数模和柔性工装数模装配在一起组成装配数模。依据装配数模生成工装支撑杆X轴、Y轴、Z轴调形路径规划和装配孔定位器X轴、Y轴、Z轴、A角、C角位移量。2.工装调形:根据支撑杆调形路径规划，操作柔性工装自动完成调形，生成蒙皮形面的吸盘离散点阵。3.编制数控加工程序:依据装配数模编制数控加工程序。4.在工装上装夹蒙皮:将蒙皮装配孔装夹在装配孔定位器的销轴上，并锁紧；用真空吸盘将工件吸附到设定形状。5.数控加工:将机床开到柔性工装原点，即可按数控程序进行数控铣切。
[0004]按照上述工艺进行蒙皮无余量铣边存在如下不足:该工艺所基于的柔性工装研制费用高，现有柔性工装吸盘的定位精度是由支撑杆的X轴、Y轴、z轴的定位精度合成。为保证吸盘的定位精度，必须保证支撑杆X轴、Y轴、Z轴的定位精度足够高。保证支撑杆各轴定位精度，因此现有技术方案均采用伺服传统系统。这要求支撑杆每个定位轴至少有一套电源模块、伺服驱动器、伺服电机、编码器、减速机、滚珠丝杠或齿轮/齿条、导轨和接近开关等组成的伺服传动系统。按现有典型铣切柔性工装计算需要80套伺服传动系统，每套系统至少需要1.5万元，整套系统需要120万，造成现有柔性工装制研制费用非常高，且工装扩展应用困难，若要在现有铣边柔性工装上增加吸盘数量，需增加支撑杆或排架的数量，需在拖链中铺放新的电源电缆、总线电缆、反馈电缆等；设置伺服传动系统驱动参数；重新编写上位机形面调形软件。这些工作的难度和工作量不亚于重新安装调试一套设备，所以扩展吸盘数量实际上是不可行的。
[0005]蒙皮实际装夹状态与编制数控程序用的装配数模状态不一致。1)在实际装夹状态和装配数模中，蒙皮与柔性工装原点坐标系的相对位置不一致。柔性工装装配孔定位器依靠工人手动完成X轴、Y轴、z轴、A角、C角的定位锁紧，各轴定位精度偏差较大，造成实际装夹完的蒙皮和工装原点相对位置与装配数模中的相对位置不一致，而数控加工程序依据三维装配数模编制，这将造成加工出的蒙皮与数模相比会出现整体偏差。2)在实际装夹和装配数模中蒙皮的形面不一致，一方面由于吸盘间距大，以吸盘夹持点作为离散点拟合出的曲面很难与理论形面一致，边缘相差更大；另一方面柔性工装的吸盘是可以随动摆动的，且吸盘的夹持(吸附)是弹性的，这会造成实际的吸盘夹持点与形面离散点不一致，吸附后的形面与理论形面不一致。基于上述多方面不足，造成现有基于吸盘式柔性工装的蒙皮无余量数控铣切工艺在实际生产中无法广泛使用。
【发明内容】
[0006]本发明针对现有技术的不足，提供一种飞机蒙皮无余量数控铣切方法，通过三维扫描装夹完的蒙皮，获的蒙皮实际位姿和形状点云，在柔性工装上附加机加原点适配器和装配孔适配器从而获得附加机加原点适配器和装配孔适配器点云数据；采用点云拟合技术拟合出装配孔位姿和工装原点坐标系；采用有限元技术将理论数模铣切边界映射到蒙皮点云形面作为铣切边界；以机加原点坐标系作为机加原点，铣切边界作为加工路径编写数控加工程序。应用数控机床以机加原点适配器为参照建立实际加工原点，实施加工。该工艺方法对各夹持点定位精度要求不高，可极大简化柔性工装的生产成本。
[0007]本发明采用的技术方案为:
[0008]—种飞机蒙皮无余量数控铣切方法，基于吸盘式柔性工装，所述吸盘式柔性工装上设有装配孔适配器和机加原点适配器，所述方法包括如下步骤:
[0009](1)数模虚拟装配:依据蒙皮毛坯形状和装配孔位置信息，使用柔性工装点阵规划软件将蒙皮毛坯数模和柔性工装数模装配在一起组成装配数模，该装配数模中柔性工装上的装配孔适配器的定位点和法线与蒙皮毛坯上的装配孔的定位点和法线重合，依据装配数模生成柔性工装上各吸盘夹持点数据、以及装配孔定位器的定位点和法线数据；
[0010](2)柔性工装调形和蒙皮毛坯装夹:参照装配数模和蒙皮毛坯形状，调整柔性工装上各吸盘或边夹持器到装配数模生成的理论位置附近，协同调整柔性工装上装配孔适配器、机加原点适配器和蒙皮毛坯，使装配孔适配器定位点和法线，与蒙皮毛坯上的装配孔定位点和法线对齐，并锁紧；微调柔性工装上各吸盘或边夹持器，使夹持住蒙皮；
[0011](3)扫描装夹后的蒙皮毛坯、生成点云及点云处理
[0012](3.1)扫描生成点云
[0013]采用三维扫描设备对装夹好的柔性工装和蒙皮毛坯进行扫描，并生成点云，对生成的点云进行简化处理，移除无关点云，最后得到点云数据；该点云数据包括蒙皮毛坯点云、两个装配孔适配器点云和两个机加原点适配器点云；
[0014](3.2)点云关键信息识别
[0015]选择两个装配孔适配器点云，分别按最小二乘拟合出圆柱的侧面和顶面，进而计算出圆柱的轴线和装配孔圆心点数据；以两个机加原点适配器点云的上平面点云为数据源，拟合平面I，作为机械加工程序的X—Y面；以两个机加原点适配器点云的侧面点云为数据源，拟合平面II，平面II与X— Y面的交线作为X轴；在X—Y面内与X轴垂直的线作为Y轴；以一个机加原点适配器点云的端面点云为数据源，拟合平面III，以平面II1、平面I1、和平面I的交点作为原点，按照右手法则建立直角坐标系的Z轴；。
[0016](3.3)边界映射
[0017]将蒙皮毛坯点云数据作为单元节点，建立有限元壳网格，设置属性为刚体属性；导入蒙皮零件数模作为柔性体，以蒙皮零件数模上的两个装配孔圆心点和法线固定蒙皮毛坯点云和蒙皮零件数模；在蒙皮毛坯点云和蒙皮零件数模间建立无摩擦面一面接触；在蒙皮零件数模上施加压力，使蒙皮零件数模与蒙皮毛坯点云贴合，贴合度在设定的误差范围内，生成贴合完的模型间隙云图；
[0018](3.4)点云数模处理及机加程序生成
[0019]采用有限元分析后处理技术提取出蒙皮零件数模与蒙皮毛坯点云贴合后的边界节点及法线，再将边界节点及法线信息导入Catia蒙皮毛坯点云中，以提取出的边界信息作为数控编程的边界，以(3.2)中提取出的机加原点坐标系作为机加原点编写数控加工程序;
[0020](4)采用机床的工件定位系统，在柔性工装上应用机加原点适配器找出蒙皮机加原点，并在机床坐标系中的修正偏差，最后实施机械加工。
[0021]所述的一种飞机蒙皮无余量数控铣切方法，所述吸盘式柔性工装具有工装框架，工装框架上设有数个用于装夹吸盘、边夹持器、机加零点适配器和装配孔适配器的支撑单
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[0022]所述的一种飞机蒙皮无余量数控铣切方法，所述工装框架具有底座，底座上设有连接支架，连接支架上设有随形支撑板，所述随形支撑板和连接支架通过紧固组件和定位销紧固在底座上；所述随性支撑板上设有数个安装孔，安装孔内装有涨紧套，连接杆穿入同轴的安装孔内，并通过涨紧套锁紧使连接杆与随形支撑板紧固在一起；连接杆的另一端与支撑单元连接。
[0023]所述的一种飞机蒙皮无余量数控铣切方法，所述支撑单元分为双杆支撑单元、四杆支撑单元和基准支撑单元，所述双杆支撑单元和四杆支撑单元上装有球头锁紧机构，球头锁紧机构上装有吸盘或边夹持器；所述基准支撑单元上设有机加零点适配器和装配孔适配器。
[0024]所述的一种飞机蒙皮无余量数控铣切方法，所述双杆支撑单元具有上单元体1、下单元体I和两个支撑杆I，所述上单元体I和下单元体I通过紧固组件I紧固在一起构成单元体I，单元体I的两端分别设有与连接杆端配合的装配孔I ;所述上单元体I的中部设有两个丝母安装孔I，所述下单元体I的中部设有两个通孔I，两个通孔I分别与两个丝母安装孔