[发明专利]一种基于特征距离的模具定位方法

说明书

（一）技术领域

本发明涉及一种飞机蒙皮零件在拉伸成形过程中确定模具摆放位置的定位方法。特别涉及使用ACB FET系列的数控拉伸成形机在进行横向拉伸成形前模具摆放位置的定位方法。属于航空飞机制造技术领域。

（二）背景技术

蒙皮零件是构成和维持飞机气动外形的外表零件。拉伸成形（简称拉形）是一种有模具的包覆成形的工艺方法，是飞机蒙皮类零件成形的主要成形方式之一。拉形通过设备夹钳将毛料的两边夹紧，利用模具和夹钳的运动，使毛料产生不均匀的拉伸变形而包覆模具使毛料与模具贴合。

拉形的工艺参数主要有毛料的延伸率和夹钳的包覆角度，通过工艺参数与拉形模具的实际形状，计算得到夹钳的运动轨迹（如图1）。ACB FET系列数控拉形机是法国ACB GEC ALSTHOM公司生产的横向拉形机，该系列拉形机的结构相似，按照吨位分为FET400、FET600、FET1200等。采用数控拉形机进行蒙皮拉形，利用设备对夹钳运动轨迹的精确控制，实现精确的成形过程。飞机蒙皮拉形模具的尺寸从十几厘米到十几米，大型的蒙皮零件的拉形模具重量也多达百吨。对于大型的拉形模具安装，通常是用行吊将模具吊起，再由多人同时辅助将模具安装到拉形设备指定位置进行生产。要将模具放置到预先设置的位置常常需要进行多次放置和微调，安装也经常持续数小时，而且最终的摆放位置也存在较大偏差。模具摆放位置的不确定性，成为影响蒙皮成形质量的不确定因素，从而影响蒙皮拉形的成形精度。因此需要一种快速定位模具的方法来定位模具实际摆放位置，并针对当时模具摆放位置，修正工艺参数和数控代码，使夹钳运动轨迹符合实际情况，使拉形过程更加准确，保证零件成形质量。

（三）发明内容

1、目的：

本发明的目的是提供一种基于特征距离的模具定位方法。该方法根据数控拉形设备的特点，利用夹钳上特征点的精确坐标，测量与模具上特征点的相对距离，确定模具摆放的位置误差，对设备加工数控代码进行修正，提高成形的准确性和零件的质量。

2、技术方案：

本发明一种基于特征距离的模具定位方法，其步骤如下：

步骤一：模具初始摆放

蒙皮零件拉伸成形模具的初始摆放是将实际模具放置在拉形设备的坐标系中，是进行模具定位测量和拉形过程的准备工作，如图2所示；

在工厂的实际生产过程中，模具摆放在标准垫块上，与垫块一同放置在拉形设备的坐标系中。标准垫块是工厂自制的标准件，按高度和垫块所能承的模具重量进行区分。模具初始摆放首先根据蒙皮拉形模具外形尺寸和质量，选择标准垫块；然后按照工厂工艺规程摆放垫块和模具，测量垫块顶面水平度，确保垫块放置水平。记录垫块高度H与模具特征点距模具底面高度h。

步骤二：运动设备

运动设备是将ACB FET系列横拉机的设备夹钳运动到指定位置，使夹钳特征点与模具特征点处于是同一水平面内，便于距离测量。

（1）确定坐标

确定夹钳特征点在测量时所在的坐标位置，由垫块的高度与模具特征点距模具底面的距离，确定模具特征点所在水平面的高度（Z坐标）；通过模具的外形尺寸和理论摆放的空间位置，确定夹钳特征点在X轴上的位置（X坐标）；根据夹钳特征点在夹钳上的位置，能得到夹钳特征点的Y坐标，如图3所示；

（2）设备反解

ACB FET系列横拉机的运动反解是通过夹钳特征点的坐标位置，根据拉形设备的机构特点求解出并联机构上各个作动筒的长度，即设备的运动参数。ACB FET系列数控横拉机主要用于飞机蒙皮零件横拉成形，拉形机的外形如图4所示；该设备呈左右对称结构，每侧一个直钳口夹钳，两个横向作动筒，两个纵向作动筒，组成两对四杆并联机构，机构简图如图5所示；夹钳的空间位置与姿态由四个作动筒的伸长共同确定；进行定位测量时，为了简化运动反解的计算过程，设定夹钳轴线与Y轴平行，因此只需计算夹钳在ZX平面内的位置，即只需计算Z作动筒和A作动筒的伸长量，如图6所示；

（3）驱动设备

将ACB FET系列横拉机反解得到的拉形机各个作动筒的伸长量，输入数控横拉机控制系统界面驱动设备运动，使夹钳运动到指定位置，用于进行距离测量。

步骤三：测量计算

测量过程是测量夹钳各个特征点到模具各特征点的距离，然后经过几何计算，得到特征点的坐标。

（1）距离测量