一种飞机蒙皮化铣精确刻型方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115846886A(43)申请公布日2023.03.28(21)申请号202310052063.0B23K26/70(2014.01)(22)申请日2023.02.02(71)申请人中航西安飞机工业集团股份有限公司地址710089陕西省西安市阎良区西飞大道一号(72)发明人赵安安王浩军闫喜强石文雄马恒(74)专利代理机构北京航信高科知识产权代理事务所(普通合伙)11526专利代理师高原(51)Int.Cl.B23K26/362(2014.01)B23K26/08(2014.01)B23K26/38(2014.01)权利要求书2页说明书9页附图11页(54)发明名称一种飞机蒙皮化铣精确刻型方法(57)摘要本申请属于飞机蒙皮制造技术领域，为一种飞机蒙皮化铣精确刻型方法，通过先在蒙皮柔性夹持装置上构建设备坐标系，而后在激光扫描仪上构建扫描坐标系，并将待刻型飞机蒙皮理论模型导入控制系统中，计算并确定待刻型飞机蒙皮所需定位点、支撑点的数量及其相互之间的位置关系，而后计算出各个部件在设备坐标系中的具体坐标，待刻型飞机蒙皮在设备坐标系中的具体位置，在控制系统中导入与待刻型飞机蒙皮相对应的化铣胶刻型路径文件，控制系统按照化铣胶刻型路径文件控制龙门式五轴装置的各运动轴协同运动，使得由激光喷嘴射出的切割激光沿刻型路径精确移动，从而对蒙皮进行激光切割，流程简单、控制高效。CN115846886ACN115846886A权利要求书1/2页1.一种飞机蒙皮化铣精确刻型方法，其特征在于，包括如下步骤：在蒙皮柔性夹持装置(1)上构建设备坐标系，在龙门式五轴装置(2)上构建机床坐标系，标定设备坐标系与机床坐标系的位姿关系；在激光扫描仪(65)上构建扫描坐标系，在激光喷嘴(59)上构建切割坐标系，标定扫描坐标系、切割坐标系与机床坐标系的位姿关系；将待刻型飞机蒙皮理论模型导入控制系统中，根据待刻型飞机蒙皮定位孔的位置、外廓尺寸、蒙皮弦线姿态，计算并确定待刻型飞机蒙皮所需定位点、支撑点的数量及其相互之间的位置关系；将所有待刻型飞机蒙皮的定位点、支撑点以蒙皮柔性夹持装置(1)的中心为基准布置于蒙皮柔性夹持装置(1)区域范围内，并计算出各个部件在设备坐标系中的具体坐标；控制蒙皮柔性夹持装置(1)中的Y1向运动机构(6)和X1向运动机构(5)分别运动，使万向定位机构(9)、万向吸盘组件(8)分别移动至待刻型飞机蒙皮的定位点、支撑点位置；将待刻型飞机蒙皮吊装放置于蒙皮柔性夹持装置(1)上，并通过万向定位机构(9)、万向吸盘组件(8)进行固定；驱动龙门式五轴装置(2)沿X、Y、Z轴运动，带动激光切割及测量装置(4)中的激光扫描仪(65)移动至万向定位机构(9)位置处，并确定待刻型飞机蒙皮的具体位置；根据待刻型飞机蒙皮在设备坐标系中的具体位置，在控制系统中导入与待刻型飞机蒙皮相对应的化铣胶刻型路径文件；根据待刻型飞机蒙皮化铣胶厚度，控制系统通过激光切割试验获得激光器的激光输出功率、激光占空比与化铣胶层加工深度之间的映射关系并建立工艺参数库模板；根据待刻型飞机蒙皮化铣胶当前厚度和工艺参数库模板计算获得加工当前厚度的保护胶层所需的实际加工功率；控制系统按照化铣胶刻型路径文件控制龙门式五轴装置(2)的各运动轴协同运动，使得由激光喷嘴(59)射出的切割激光沿刻型路径精确移动。2.如权利要求1所述的飞机蒙皮化铣精确刻型方法，其特征在于：所述化铣胶刻型路径文件由CAM软件生成，包含刻型路径上的点坐标及点法向，根据切割激光标定位置及机床运动学的反变换公式，解算龙门式五轴装置(2)在刻型路径上各点的各运动轴数据，即X、Y、Z、A、C值；所述龙门式五轴装置(2)的机床运动学的反变换公式为：X=x‑(Lcax+Latx)*cosC+(Laty*cosA‑Latz*sinA+Lcay)*sinC+Lcax+Latx；Y=y‑(Lcax+Latx)*sinC‑(Laty*cosA‑Latz*sinA+Lcay)*cosC+Lcay+Laty；Z=z‑Laty*sinA‑Latz*cosA+Latz；A=arccos(k)；当k=±1时，C为任意值；当k≠±1，j=0，i＞0时，C=π/2；当k≠±1，j=0，i＜0时，C=‑π/2；其他情况时，C=arctan（i/(‑j)）；其中，X表示机床X轴的运动量；Y表示机床Y轴的运动量；Z表示机床Z轴的运动量；A表示机床A轴的运动量；C表示机床C轴的运动量；x表示空间点的x坐标；y表示空间点的y坐标；z表示空间点的z坐标；i表示空间点法向量在x轴方向上的分量；j表示空间点法向量在Y轴方向上的分量；k表示空间点法向量在z轴方向上的分量；A轴回转中心在C轴坐标系下的坐标值设为｛Lcax，Lcay