[發明專利]一種飛機蒙皮橫向拉形加載軌跡設計與數控代碼生成方法

無效

• 申請號: 200910081058.2
• 申請日: 2009-04-01
• 公開（公告）號: CN101510083A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發明（設計）人: 李衛東;萬敏;韓金全;閻昱
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05B19/19
• 分類號: G05B19/19;G05B19/4093
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司
• 代理人: 王順榮;唐愛華

(一)技術領域：

本發明涉及一種飛機蒙皮拉形軌跡設計方法，特別涉及基于ACB?FET系列數控橫拉機的一種飛機蒙皮橫向拉形加載軌跡設計與數控代碼生成方法。屬于航空飛機制造技術領域。

(二)背景技術：

拉伸成形(簡稱拉形)是飛機蒙皮類零件的主要制造方法。蒙皮拉形加載軌跡是指拉形機夾鉗相對于拉形模的三維空間運動路徑。飛機蒙皮拉形是復雜的回圍轉成形過程，夾鉗的運動軌跡對零件質量有直接的影響。近年來國內航空制造企業普遍引進先進的數控拉伸成形機，為提高蒙皮制造水平以及改善產品質量奠定了良好的硬件環境，但缺乏與設備配套的加載軌跡定義和數控拉形機編程軟件，以及配套的工藝參數設計和優化比較解決方案，一般是通過反復試拉大致確定工藝程序及參數，靠人工控制或僅利用數控拉形設備的示教功能確定最后的生產工藝方案。這使得數控拉形設備對變形的精確控制功能未能發揮，難以滿足新型飛機蒙皮零件的生產要求，同時也嚴重制約了我國飛機制造總體水平的提高。

(三)發明內容

1、目的：本發明的目的是提供一種飛機蒙皮橫向拉形加載軌跡設計與數控代碼生成方法，該方法克服了現有技術的不足，它按照毛料變形狀態以參數化方法設計夾鉗的空間運動位置和姿態，通過反向求解將加載軌跡轉換為設備的數控代碼，提高了拉形工藝參數設計的效率和準確度。

2、技術方案：

基于ACB?FET系列數控橫拉機的一種飛機蒙皮橫向拉形加載軌跡設計與數控代碼生成方法，該方法包括下列步驟：

步驟一：橫向拉形加載軌跡設計

它指的是拉形機左右兩個直夾鉗的空間運動路線設計。計算加載軌跡的方法是截平面幾何分析法，具體作法是：

(1).計算截面線

由于加載軌跡設計采用截平面幾何分析方法，因此截面線計算是參數化設計的基本方法。選定兩個平面，由于設計加載軌跡是在有限元殼單元網格基礎上進行搜索與計算，截面線即為由平面截取拉形模和夾鉗導料弧網格對象獲得的連續有序線段。計算截面線，首先是計算網格對象與平面相交的各個線段。基本算法是遍歷網格對象中所有單元，計算單元與平面的交線段，并將交線段有序連接。

(2).加載軌跡搜索

加載軌跡搜索問題相當于根據拉形模和夾鉗導料弧的截面線，在定義的包覆角直線上找到一點，即輔助線的端點，使得從這點出發生成的輔助線的長度滿足拉伸率要求。輔助線指毛料變形截面上的二維虛擬線條，由四部分組成：①左右夾持段；②左右夾鉗包覆段；③左右懸空段；④模具貼合段。如圖1所示。由于ACB?FET系列數控橫拉機的夾鉗有四個獨立的自由度，因此進行橫向拉形加載軌跡設計時需要兩條輔助線，如圖2所示。

步驟二：參考點偏移搜索

對ACB?FET系列數控拉形機，當橫向或縱向作動筒伸長量不一致時，夾鉗有空間的扭轉，而根據輔助線計算的端點坐標，始終在輔助線定義平面上。因此，要通過這兩個點確定夾鉗的空間姿態，還需要進行參考點的偏移搜索來計算鉗口線在空間的扭轉，進而求得輔助線端點的三個方向的坐標。

步驟三：機構位置的反解

(1).機構分析

ACB?FET系列數控橫拉機主要用于飛機蒙皮零件橫拉成形，如圖3所示。該設備呈左右對稱結構，每側一個直鉗口夾鉗，兩個橫向作動筒，兩個縱向作動筒。四個作動筒的協調動作實現夾鉗的空間運動。ACB?FET系列數控拉形機按噸位分多種型號，本文主要研究國內已引進的ACB?FET600和ACB?FET1200兩個型號。

ACB?FET系列數控橫拉機的結構為四桿并聯機構，工作件為直鉗口夾鉗。ACB?FET系列數控橫拉機單側有四個分支。ACB?FET系列數控橫拉機單側結構示意圖如圖4所示。

(2).運動求解