[发明专利]一种飞机蒙皮纵向拉形加载轨迹设计与数控代码生成方法

说明书

本发明涉及一种飞机蒙皮拉形轨迹设计方法，特别涉及基于ACB FEL系列数控纵拉机的一种飞机蒙皮纵向拉形加载轨迹设计与数控代码生成方法。属于航空飞机制造技术领域。

(二)背景技术：

拉伸成形(简称拉形)是飞机蒙皮类零件的主要制造方法。蒙皮拉形加载轨迹是指拉形机夹钳相对于拉形模的三维空间运动路径。飞机蒙皮拉形是复杂的回围转成形过程，夹钳的运动轨迹对零件质量有直接的影响。纵向拉形一般针对双曲率或者纵向曲率大而横向曲率小的零件。近年来国内航空制造企业普遍引进先进的数控拉伸成形机，为提高蒙皮制造水平以及改善产品质量奠定了良好的硬件环境，但缺乏与设备配套的加载轨迹定义和数控拉形机编程软件，以及配套的工艺参数设计和优化比较解决方案，一般是通过反复试拉大致确定工艺程序及参数，靠人工控制或仅利用数控拉形设备的示教功能确定最后的生产工艺方案。这使得数控拉形设备对变形的精确控制功能未能发挥，难以满足新型飞机蒙皮零件的生产要求，同时也严重制约了我国飞机制造总体水平的提高。

(三)发明内容

1、目的：本发明的目的是提供基于ACB FEL系列数控纵拉机的一种飞机蒙皮纵向拉形加载轨迹设计与数控代码生成方法，该方法克服了现有技术的不足，它定义了纵向拉形的一般过程，按照毛料变形状态设计中间子夹钳的空间运动位置和姿态，通过反向求解将加载轨迹转换为设备的数控代码，根据零件几何形状特征计算各夹钳的其余空间姿态参数，提高了拉形工艺参数设计的效率和准确度。

2、技术方案：

本发明基于ACB FEL系列数控纵拉机的一种飞机蒙皮纵向拉形加载轨迹设计与数控代码生成方法，该方法包括下列步骤：

步骤一：纵向拉形加载轨迹设计

蒙皮拉形过程中，加载动作定义为一段连续并对毛料的变形产生直接影响的夹钳运动特征步，描述夹钳位置对成形的影响。两个加载动作之间的加载路线对成形有显著影响。在加载动作步之间进行插值和细化，可以使加载轨迹更加平稳，有利于提高成形质量。在加载动作之间选用加载模式相当于快速增加一系列的加载动作步，提高了加载轨迹设计的效率。多个加载动作步和加载动作之间加载模式的组合即形成蒙皮拉形的加载轨迹。纵向拉形的加载动作一般步骤主要包括孔位设定、初始夹持、预拉伸、绕轴转动、水平转动、曲钳口和拉伸成形。纵向拉形的加载轨迹由这些加载步的参数组成。计算纵向拉形加载轨迹的具体思路和作法是：

(1).初始孔位计算

设备孔位的调整用于调解夹钳之间的距离，以适合不同长度的毛料成形。从设备控制上，是将活动机架按孔间距移动，如图1所示。对ACB FEL2×350数控纵拉机，孔位从第1个到第17个。每移动一个孔位，活动机架、夹钳等活动件均移动一个孔位的距离。初始孔位设计主要依据毛料的长度和主轴Y转角估算。图2所示为拉形状态几何关系，主轴Y的转角为β，主轴的转轴支点为C₁和C，C₁和C之间的距离为D_p。

设毛料长度为L，孔间距为W，孔位为整数n，则C₁和C之间的距离D_p＝D₀+(n-1)W，当孔位为1时，C₁和C之间的距离为D₀。设主轴伸长为0时，钳口到转轴支点的距离为G₀，设主轴伸长为X，孔位计算公式为：

[D₀+(n-1)W]/2.0≈(L/2.0+G₀-X)cosβ            (1)

则

n≈1+[2(L/2.0+G₀-X)cosβ-D₀]/W                (2)

(2).初始夹持和预拉伸

初始夹持主要定义初始夹钳位置，预拉伸主要定义对毛料预拉伸的量。如图3所示。一般而言，在纵向拉形的拉伸方向零件形状较为平缓，初始夹持的包覆角基本接近成形结束的包覆角。因此，纵向拉形的初始夹持设计很重要。初始夹持和预拉伸的加载轨迹设计采用截平面几何分析方法。

①计算截面线

由于加载轨迹设计采用截平面几何分析方法，因此截面线计算是参数化设计的基本方法。选定一个平面，由于设计加载轨迹是在有限元壳单元网格基础上进行搜索与计算，截面线即为由平面截取拉形模和夹钳导料弧网格对象获得的连续有序线段。计算截面线，首先是计算网格对象与平面相交的各个线段。基本算法是遍历网格对象中所有单元，计算单元与平面的交线段，并将交线段有序连接。