一種大型曲面復合材料工裝整體檢測的工藝方法
【專利摘要】本發明涉及一種大型曲面復合材料工裝整體檢測的工藝方法，采用高彈尼龍絲固化而成的帶柄球頭，將尼龍球頭與圓柱狀鋼柄組成一體，并裝夾在數控機床的夾刀柄上；使球頭與工裝被檢測表面產生接觸變形，以銑切的方式讓尼龍球頭與工裝表面的顯影劑產生摩擦，形成一道道相互平行的痕跡，根據痕跡的寬度變化來判斷工裝的變形趨勢；通過數控機床z軸調整量、寬度差值和法矢量等參數，計算出工裝實際變形量；根據工裝的變形量和趨勢，制定下道工序的加工解決方案。該工藝方法提高了工裝在制造過程中的檢測效率，大量減少輔助工時，同時能大幅度降低生產成本，提高工裝的制造效率和加工質量，減少操作者的工作強度和大型工裝的吊裝及周轉風險。
【專利說明】
一種大型曲面復合材料工裝整體檢測的工藝方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種大型曲面復合材料工裝整體檢測的工藝方法，用于工裝在數控加工過程中對工裝進行快速檢測，屬于機械制造領域。
【背景技術】
[0002]為了提高航空大型復合材料工裝的使用穩定性，設計人員提高了對工裝成型鋼板厚度的公差要求。因為工裝的支撐底座及與成型鋼板的連接均是焊接而成，雖然對工裝進行了去應力操作，但在數控加工過程中仍然存在剩余焊接應力的二次釋放問題，而且還有加工應力的產生。在二者共同作用下，工裝在粗加工后往往產生不同程度和趨勢上的變形，為及時了解工裝的變形量和趨勢，以保證成型鋼板厚度公差，需要反復將工裝周轉到測量設備上進行檢測，但是測量過程受環境、人員和設備的影響較大，測量數據在電腦軟件擬合的過程中也存在失真的情況。這樣直接影響了工裝的制造精度，嚴重拖延了工裝的生產周期，大幅度提高了工裝生產成本。因此，提高大型曲面復合材料工裝加工過程中的檢測便捷性和準確性是問題解決的關鍵。
[0003]在現有的技術中，為了解工裝的變形狀態，以提供下道工序的加工解決方案，通常會遇到以下問題:
1)通過大型切面樣板卡在工裝型面內，通過對比接觸面的縫隙和不同樣板上的水平高度差來判斷工裝的變形狀態，當工裝曲率變化大時，主要靠多位經驗豐富的操作人員相互配合來完成，而且工人操作困難，工作量大，存在較大的檢測誤差；
2)光學非接觸式測量過程繁瑣，前期輔助工時較多，特別是粗加工后的工裝表面粗糙度較大，而且工裝曲面變化大時，光學掃描和照相獲得的數據精度不是很好，在后期人工通過電腦軟件對采集的點云數據進行處理時，容易造成誤判，擬合后的數模效果差，存在失真的情況；
3)數控三坐標測量機接觸式測量大型曲面復合材料工裝，無論是預先采集坐標點編程測量，還是接觸式掃描測量，其過程需要大量的輔助工時，而且后期需要人工通過電腦軟件對測量數據進行分析、擬合，擬合測量數據所得的數模受測量人員和工藝人員業務水平和經驗的影響較大。
[0004]在很多情況下，通過常規方法檢測得到的分析結果不能真實反映實際工裝的狀態，而且檢測過程繁瑣，輔助工時較多，檢測數據容易失真，結果存在很大誤差，無法為下道工序提供直觀、準確和有效的加工解決方案。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是提供一種大型曲面復合材料工裝整體檢測的工藝方法，該工藝方法檢測過程便捷、高效，檢測結果具有真實、直觀和可靠等特點，不但提高了工裝的檢測和加工效率，還能大幅度降低生產成本，減少輔助工時的發生，而且降低了操作者的工作強度，避免了以前大型工裝在反復檢測過程中的吊裝及周轉風險。
[0006]為解決大型曲面復合材料工裝在加工過程中的整體檢測問題，本發明的技術方案包括以下步驟:
1)工裝在數控粗加工或半精加工完成后，進行振動去應力操作；
2)去除工裝表面的油脂、廢液和雜質，保持工裝型面清潔、干凈；
3)將光學測量顯影劑均勻的噴涂到工裝型面上，保證覆蓋均勻、厚度一致；
4)將工裝以自然狀態重新放回原數控機床上，并保證原加工工位；
5)用薄墊片將已經變形的工裝底面懸空處填滿，并壓緊壓板保證工裝底面平實；
6)采用高彈尼龍絲固化而成帶柄的球頭，將尼龍球頭與圓柱狀鋼柄固定組成一體，并裝夾在數控機床的夾刀柄上，選擇數控機床Z軸與工裝表面矢量相同的地方輕微接觸，并記錄Z軸機床坐標值，然后下調Z值5mm，使球頭與工裝被檢測表面產生接觸變形；
7)根據工裝的尺寸采用調整步距、轉速和進給等參數，以銑切的方式讓尼龍球頭與工裝表面的顯影劑產生摩擦，在工裝表面形成一道道相互平行的痕跡；
8)根據摩擦痕跡的寬度變化來判斷工裝的變形趨勢，如果痕跡寬度均勻，即可判斷為合格區；如果痕跡變寬，即可判斷為凸出區；如果痕跡變窄，即可判斷為凹陷區；
9)找出摩擦痕跡變化最寬和最窄的位置，分別重新噴涂顯影劑，并根據相應的位置編制局部銑切程序，通過調整數控機床主軸，保證此處的摩擦痕跡與工裝合格區的寬度一致；
10)分別記錄此時數控機床Z軸調整量；
11)通過z軸調整量、與標準摩擦痕寬度的差值和此處型面的法矢量等參數，分別計算出最寬和最窄處的工裝實際變形量；
12)根據工裝的變形量和趨勢，制定下道工序的加工解決方案。
[0007]該大型曲面復合材料工裝整體檢測的工藝方法，是利用尼龍球頭的彈性變化與工裝表面的顯影劑摩擦產生的痕跡來反映工裝變形趨勢，并計摩擦算痕跡的最寬和最窄處相關參數的方法來對工裝進行檢測和分析。該工藝方法提高了工裝在制造過程中的檢測效率，大量減少輔助工時，檢測過程便捷、高效，而且檢測結果具有真實、直觀和可靠等特點，還能大幅度降低生產成本，提高工裝的制造效率和加工質量，減少操作者的工作強度和大型工裝的吊裝及周轉風險，避免了測量數據失真和嚴重依賴人員經驗的問題，完全消除了測量設備和人員對檢測結果的影響。
【附圖說明】
[0008]圖1為尼龍球頭和圓柱狀鋼柄連接的結構示意圖。
[0009]圖2為尼龍球頭在大型曲面復合材料工裝整體檢測過程的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0010]—種大型曲面復合材料工裝整體檢測的工藝方法，包括以下步驟:
1)工裝在數控粗加工或半精加工完成后，進行振動去應力操作；
2)去除工裝表面的油脂、廢液和雜質，保持工裝型面清潔、干凈；
3)將光學測量顯影劑均勻的噴涂到工裝型面上，保證覆蓋均勻、厚度一致；
4)將工裝以自然狀態重新放回原數控機床上，并保證原加工工位；
5)用薄墊片將已經變形的工裝底面懸空處填滿，并壓緊壓板保證工裝底面平實； 6)采用高彈尼龍絲固化而成帶柄的尼龍球頭，如圖1所示球體直徑為40mm，并與直徑為28mm、長200mm的圓柱狀鋼柄連接在一起;將球頭上方的圓柱柄裝夾在數控機床的夾刀柄上，選擇數控機床Z軸與工裝表面矢量相同的地方輕微接觸，并記錄Z軸機床坐標值，然后下調Z值5mm，使球頭與工裝被檢測表面產生接觸變形，如圖2所示；
7)采用刀具徑向步距為50mm，主軸180轉/分鐘、30毫米/秒進給的編程策略，以銑切的方式讓尼龍球頭與工裝表面的顯影劑產生摩擦，在工裝表面形成一道道相互平行的痕跡；
8)根據痕跡的寬度變化來判斷工裝的變形趨勢。如果痕跡寬度均勻，即可判斷為合格區；如果痕跡變寬，即可判斷為凸出區；如果痕跡變窄，即可判斷為凹陷區；
9)找出痕跡變化最寬和最窄的位置，分別重新噴涂顯影劑，并根據相應的位置編制局部銑切程序，通過調整數控機床主軸，保證此處的摩擦痕跡與工裝合格區的寬度一致；
10)分別記錄此時數控機床Z軸調整量；
11)通過z軸調整量、與標準摩擦痕寬度的差值和此處型面的法矢量等參數，分別計算出最寬和最窄處的工裝實際變形量；
12)根據工裝的變形量和趨勢，制定下道工序的加工解決方案。
【主權項】
1.一種大型曲面復合材料工裝整體檢測的工藝方法，其特征在于包括以下步驟: 1)工裝在數控粗加工或半精加工完成后，進行振動去應力操作； 2)去除工裝表面的油脂、廢液和雜質，保持工裝型面清潔、干凈； 3)將光學測量顯影劑均勻的噴涂到工裝型面上，保證覆蓋均勻、厚度一致； 4)將工裝以自然狀態重新放回原數控機床上，并保證原加工工位； 5)用薄墊片將已經變形的工裝底面懸空處填滿，并壓緊壓板保證工裝底面平實； 6)采用高彈尼龍絲固化而成帶柄的球頭，將尼龍球頭與圓柱狀鋼柄固定組成一體，并裝夾在數控機床的夾刀柄上，選擇數控機床Z軸與工裝表面矢量相同的地方輕微接觸，并記錄Z軸機床坐標值，然后下調Z值5mm，使球頭與工裝被檢測表面產生接觸變形； 7)根據工裝的尺寸采用調整步距、轉速和進給等參數，以銑切的方式讓尼龍球頭與工裝表面的顯影劑產生摩擦，在工裝表面形成一道道相互平行的痕跡； 8)根據摩擦痕跡的寬度變化來判斷工裝的變形趨勢；如果痕跡寬度均勻，即可判斷為合格區；如果痕跡變寬，即可判斷為凸出區；如果痕跡變窄，即可判斷為凹陷區； 9)找出摩擦痕跡變化最寬和最窄的位置，分別重新噴涂顯影劑，并根據相應的位置編制局部銑切程序，通過調整數控機床主軸，保證此處的摩擦痕跡與工裝合格區的寬度一致； 10)分別記錄此時數控機床Z軸調整量； 11)通過z軸調整量、與標準摩擦痕寬度的差值和此處型面的法矢量等參數，分別計算出最寬和最窄處的工裝實際變形量； 12)根據工裝的變形量和趨勢，制定下道工序的加工解決方案。
【文檔編號】B23Q17/00GK105855992SQ201610385594
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月3日
【發明人】景智, 王佳寧, 許學軍
【申請人】沈陽飛機工業（集團）有限公司