自动调平系统的设计与实现_王廉洁
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自动调平系统的设计与实现
王廉洁
( 西安飞机国际航空制造股份有限公司, 陕西 西安 710072)
摘 要: 从自动钻铆机床托架调平工作原理入手, 研Leabharlann Baidu了钻铆区域调平的算法, 给出了机床托架自动 调平的实现方法、微调实现过程和调平步骤, 通过实际应用, 最终实现了飞机壁板的自动钻铆, 证明了自 动调平系统的设计是可行的。
$HB = arcsin{ - 2PR / ( P 2 + R2 ) } 机翼经过调平后, 钻铆点的各坐标也已经发生 变化, 因此, 我们需要确定变换后钻铆点 M 的 X 、Y 方向的坐标值。 机翼调整前, 由数控系统读取钻铆点 M 的X 、Y 方向坐标值 X m 、Y m 。 假设 Z 方向坐标值为 Z m , 点 M 在坐标系 O 3X 3 Y 3 Z3 中齐次坐标为[ X m3 , Y m3 , Zm3 , 1] T , 调整后 点 M 在坐 标系 O-X YZ 中 齐 次坐 标为 [ X me , Y me, Zme , 1] T , 点 M 在坐标系 O 3-X 3 Y 3 Z3 中齐次坐标为 [ X m3e, Y m3e, Zm3e, 1] T , 所以在完成机翼待钻铆区域 的调平后, 钻铆机需要沿 X 轴、Y 轴正方向分别移 动距离: $X m = X me - X m = ( cosA) F1 - ( sinAsinB) F2 - ( sinAcosB) F3 + e- X m $Y m = Y me - Y m = ( cosB) F2 - ( sinB) F3 - Y m Zm= (H 1+ H 2+ H 3) / 3
$HA = arctan( Q/ R) – B 为了使法向量 N 与加工轴线重合, 需要在 A 向 调整的基础上, 通过支承在 Z1 和 Z2 方向上相互独 立的升降移动, 使托架绕 Y 3 轴旋转, 实现 B 向的调 整。设托架绕 Y3 轴旋转角度为 $HB , 旋转后法向量 N 在坐标系 O 3-X 3 Y 3 Z3 中齐次坐标为[ P e, Qe, Re, 1] T , 则计算得:
钉与铆接孔无法产生干涉配合, 产生机翼壁板抗拉 强度差, 使得铆钉容易剪切。同时机翼庞大的重量 和钻铆产生的冲击力容易引起托架的弹性变形, 严 重影响了铆接质量。为了克服铆接变形, 提高铆接 质量, 必须增加自动调平系统。
为了提高铆接质量, 减少在自动钻铆过程中由 于机翼壁板的复杂曲面所造成机翼壁板表面形成的 下陷或凸起, 始终保持钻铆机的动力头与机翼壁板 的法线相平行, 那么调平系统在铆接过程中起到了 决定性作用。
装尺寸。探 头 的 安 装尺 寸 如 图 5 所 示。 其 中 的 $x p1 、$x p2 、$x p3 分别 表示各探头在 X 方向与 钻铆 点 M 的坐标差, $y p1 、$y p2 、$y p3 则表示 Y 方向上的 坐标差。
由图 5 可得 3 个探头在坐标系 O- X YZ 中坐标 如下:
图 2 电涡流传感器分布图
定。3 个电 涡流 位移 传 感器用于检测钻铆表面与检测点之间的距离。
传送 SIEMENS S7- 300 模拟量输入模块中, SIEM ENS S7- 300 模拟量输入模块将信号反馈至 SINU M ERIK 840D。SIEM EN S 840D 系统发出检测 命令, 电涡流位移传感器对该模拟量进行检测并转 换为 NC 系统的位置量。用该位置量计算出机床各 坐标 轴的调整 值, 由 SINUM ERIK840D 系统控 制 Z1 、Z2 和 A 3 个坐标交流伺服电动机进行运动, 使 钻铆头与机翼壁板法线平行。在处理各坐标的调整 值时, 通过曲面有限加工区域的 3 点调平算法。能 够快速求解机翼表面待钻铆区域的外法向量, 求得 调平所需的各运动副位移增量。
[ 参考文献]
[ 1] 杨锟, 刘继红. 面 向虚拟 装配 的装配 建模 技术[ J] . 机械 科学与技术, 2001( 2) : 305- 308.
[ 2] 刘启文. 产品开发过 程中虚拟技术的运用[ J] . 国外建 材 科技, 2005( 2) : 136- 137. [ 3] 刘宏增, 黄 靖 远. 虚 拟设 计 [ M ] . 北 京: 机 械 工 业 出 版 社, 2002.
作者简介: 薛建华( 1982- ) , 女, 教 师, 主 要从事产品 设计方 面 的研究。
收稿日期: 2008 年 3 月 10 日
责任编辑 吕菁
5新技术新工艺6 # 数字技术与机械加工工艺装备 2008 年 第 10 期
#9#
图 1 调平系统组成
机 翼壁 板在铆 接 时, 各坐 标 运 动使 钻 轴 运动 到所 铆接 的点 位 处, 上 铆 头处 设 置 3 个 eddyN CDT 3300 电涡流 位移传感器, 图 2 可以明 确表明所有电涡 流位移 传感器在同一水 平面固
关键词: 自动调平系统; 机床托架; 自动钻铆 中图分类号: T H 113 文献标志码: A
当今世界飞机制造技术的发展趋势表明, 在很 长一段时间内, 铆接仍将是飞行器结构部件最可靠 的连接技术。当代飞机制造技术的发展, 对疲劳寿 命、密封、防腐的要求越来越高, 为了满足飞机对各 种性能的要求, 航空制造领域发展了各种先进技术, 其中自动钻铆技术就是其中之一。
图 4 托架传动简图
最后坐标系 O2-X 2 Y 2 Z2 绕 X 2 轴旋转 B得坐标
系 O 3-X 3 Y3 Z3 。托架 左、右支 承初 始 高度 分 别为 Z10 、Z20 , e 为托架左连接点到左支撑的距离, 为一变
量( 机械结构是移动副) , f 为托架右连接点到右支
撑的距离, 为一定值。图 4 中 M 点为机翼上的待钻 铆点, N 为机翼表面上点 M 处的外法向量。
2) 法向量 N 的计算
某机翼钻铆
区域调平前, 由 数控系统读取钻
铆点 M 在 X 和
Y 方向上坐标 X 0 、Y 0 , P 1 、P2 、
P 3 三个探头初始
位置的绝对高度
为一常值 H , H 取决于钻铆机加 工头和探头的安
图 5 探头安 装尺寸
# 10 #
5新技术新工艺6 # 数字技术与机械加工工艺装备 2008 年 第 10 期
设计 的 调 平 系 统 是 由 SINUM ERIK840D 系 统、3 个 eddyNCDT 3300 电涡流位移式传感器、SIEMEN S S7- 300 可编程控制器、Z1 、Z2 和 A 3 个坐标 交流伺服电动机组成( 如图 1) 。
巨大的经济利益, 现在我国加入 WT O 更是为我国 的发展铺平了前进的道路, 因此我们应该在提高理 论基础的前提下, 鼓励大中型企业合理的引进先进 技术, 合理的发展先进技术, 避免一哄而上, 同时也 不能因为害怕失败而裹足不前, 只有合理的引用先 进技术, 才能真正为企业、为国家带来经济效益。
2 钻铆区域调平的算法
1) NC 建模 NC 系 统
采集到信 号点
后, 建 立 模 型
进行计算 各坐
标运动点 位是
调平的重 要环
节。图 3 是托
架以及托 架支
撑初始位 置水
图 3 托架机构简图
平时的机 构简
图, 其中基座与地面固连, 支承沿着与钻铆机上动力
头的加工轴平行方向上、下移动, 托架绕中轴旋转。 在托架机构简图 的基础上进行托架传动的简
P1 探头( x 0 + $x p1 , y0 + $y p1 , H ) P2 探头( x 0 + $x p2 , y0 + $y p2 , H ) P3 探头( x 0 + $x p3 , y0 + $y p3 , H ) 根据所读取的 3 个探头的测距值 H 1 、H 2 、H 3 , 可得图 5 中所示的铆接区域上 3 点 P 1 、P 2 、P3 在坐 标系 O- X YZ 中坐标如下。 P1 ( x 0 + $x p1 , y 0 + $y p1 , H - H 1 ) P2 ( x 0 + $x p2 , y 0 + $y p2 , H - H 2 ) P3 ( x 0 + $x p3 , y 0 + $y p3 , H - H 3 )
1 调平工作原理
国内现有的机翼壁板铆接工艺是预先在壁板上 打出铆钉空位标志点, 手动调平待钻铆区域, 钻铆机 通过激光定位对标记点进行钻孔、铆接。这种方法 主要缺点是调平时间长, 钻铆精度很大程度上取决 于操作者的自身经验。
根据钻铆机本体安装位置的限制, 设计中采用 三点调平的方式, 进行工作围框的调平更为合适。
自动钻铆是大型机翼制造装配工序的关键, 机 翼铆接精度很大程度上取决于钻铆过程中钻铆机动 头加工轴线相对铆接区域的垂直精度。因此钻铆前 需要完成钻铆区域的调平, 即调整机翼表面待钻铆 区域的外法矢量与钻铆加工轴线重合。由于受到铆 接冲击、托架变性、机翼姿态空间动态变化等因素的 影响, 钻铆区域的外法矢量无法预先确定。钻铆前, 必须实时测量和计算待铆接区域的空间姿态, 并通 过托架运动调整机翼空间位置。该工序直接影响机 翼壁板铆接的质量和效率。
化, 并建 立 2 个相 应的 直角 坐标 系O-X YZ 和 O 3X 3 Y 3 Z3 , 假设某次钻铆前, 各构件如图 4, 具体参数 说明如下。
在托架传动 的简化图中, 直角坐标系 O-X YZ 的 Z 方向为支承运动方向, X 方向为钻铆头水平移 动方向( 沿水平导轨) , Y 方向为钻铆机前后移动方 向。直角坐标系 O3-X 3 Y 3 Z3 固连于数控托架上, 其 中 X 3 轴是托架的旋转中轴, 与 X 轴所成的角为 A; Y 3 轴与 Y 轴所成角为 B, 初始时 A、B均为零。坐标 系 O3-X 3 Y 3 Z3 可看成由以下变换所得: 首先坐标系 O -X YZ 的 坐 标 原 点 平 移 到 O 3 得 坐 标 系 O1X 1 Y 1 Z1 , 其中 O3 在坐标系 O-X YZ 中坐标为( e, 0, Z10 ) ; 接着坐标系 O 1-X 1 Y 1 Z1 绕 Y 1 轴旋转( - A) 得 坐标系 O2-X 2 Y 2 Z2 。
3 调平的实现方法
机翼上某铆接区域的调平过程如图 6 所示。
图 6 铆接区域的调平流程
首先, 通过安装在钻铆机动力头上 3 个检查平 面的探头发出的信号测出探头 到钻铆区域的 距离 H 1 , H 2 , H 3 , 如图 7 所示。
由数控系统读取钻铆点 M 在 X 和 Y 方向上坐 标 x 0 、y 0 , 计算出 P 1 、P2 、P3 三点在坐标系 O-X YZ 中的坐标, 进而求出平面 P 1 P2 P3 的法向量 N , 通过 2 个坐标系之间的变换矩阵, 求得法向量 N 在坐标 系 O 3-X 3 Y 3 Z3 中的坐标, 最后通过托架绕旋转中轴 ( X 3 轴) 的旋转, 以及左、右两托架支承 Z1 和 Z2 在 竖直方向的相互独立移动, 调整法向量 N 与 Z 轴平 行, 实现铆接区域的调平。
5 调平步骤
5新技术新工艺6 # 数字技术与机械加工工艺装备 2008 年 第 10 期
# 11 #
第 1 步: 由数控系统读取当前 X 、Y 、Z1 、Z2 ; A 坐标值 X m 、Y m 、Z10 、Z20 、Hm。 第 2 步: 读取 3 个探头的测距值 H 1 、H 2 、H 3 。 第 3 步: 计算 A 摆的角度 增量值 $HA , Z1 轴方向增 量 $Z1 , Z2 轴方向增量 $Z2 。 $HA = arct an( Q / R ) - B $Z1 = L [ sinA- sin( A- $HB ) ] - ( D - e- X m f ) [ t anA- sin( A- $HB ) / ( co sA) ] $Z2 = - ( D - e- X m - f ) [ tanA- sin ( A$HB ) / ( co sA) ] 其中: B= Hm A= arcsin[ ( Z20 - Z10 ) / L ] e = D - L cosA- f $HB = ar csin{ - 2PR / ( P 2 + R2 ) } 第 4 步: 发位移指 令 $HA , $Z1 , $Z2 , 调 平后 Z1 、Z2 、A 坐标 Z 1me 、Z2me 、Hme 。 Z1me = Z1m+ $Z1 Z2me = Z2m+ $Z2 Hme = Hm + $HA 第 5 步: 调平结束。 第 6 步: 钻铆 机 沿 X 轴、Y 轴 正方 向 分 别 移 动 距 离 $X m 、$Y m; $X m = X me - X m= ( cosA) F1 - ( sinAsinB) F2 ( sinAcosB) F3 + e- X m $Y m= Y me- Y m= ( cosB) F 2 - ( sinB) F3 - Ym
4 微调实现过程
通过托架绕旋转中轴, 即 X 3 轴的旋转, 可以实
图 7 探头的测距值
现 A 向的调整, 由上述计算知机翼调整前法向量 N 在坐标系 O 3-X 3 Y 3 Z3 中为 ( P, Q , R ) , 齐次 坐标为 (P, Q, R, 1)。
假设托架绕 X 3 轴正向旋转角度为 $HA , 旋转后 法向量 N 在坐标系 O 3-X 3 Y3 Z3 中的旋转角度为:
机翼壁板曲面为复杂曲面, 为了提高机翼壁板 的强度, 需经过喷丸处理。喷丸后机翼壁板变形量 大, 造成实际曲面与理论模式曲面相差较大, 建模困 难, 需调整壁板的位置量。同时机翼壁板裝夹时, 图 1 所示的是用卡板支撑并用定位销固定、造成机翼 壁板受到一定外力产生变形的示意图。机翼壁板铆 接时钻轴、铆轴与机翼壁板的法线不平行, 铆接后铆
王廉洁
( 西安飞机国际航空制造股份有限公司, 陕西 西安 710072)
摘 要: 从自动钻铆机床托架调平工作原理入手, 研Leabharlann Baidu了钻铆区域调平的算法, 给出了机床托架自动 调平的实现方法、微调实现过程和调平步骤, 通过实际应用, 最终实现了飞机壁板的自动钻铆, 证明了自 动调平系统的设计是可行的。
$HB = arcsin{ - 2PR / ( P 2 + R2 ) } 机翼经过调平后, 钻铆点的各坐标也已经发生 变化, 因此, 我们需要确定变换后钻铆点 M 的 X 、Y 方向的坐标值。 机翼调整前, 由数控系统读取钻铆点 M 的X 、Y 方向坐标值 X m 、Y m 。 假设 Z 方向坐标值为 Z m , 点 M 在坐标系 O 3X 3 Y 3 Z3 中齐次坐标为[ X m3 , Y m3 , Zm3 , 1] T , 调整后 点 M 在坐 标系 O-X YZ 中 齐 次坐 标为 [ X me , Y me, Zme , 1] T , 点 M 在坐标系 O 3-X 3 Y 3 Z3 中齐次坐标为 [ X m3e, Y m3e, Zm3e, 1] T , 所以在完成机翼待钻铆区域 的调平后, 钻铆机需要沿 X 轴、Y 轴正方向分别移 动距离: $X m = X me - X m = ( cosA) F1 - ( sinAsinB) F2 - ( sinAcosB) F3 + e- X m $Y m = Y me - Y m = ( cosB) F2 - ( sinB) F3 - Y m Zm= (H 1+ H 2+ H 3) / 3
$HA = arctan( Q/ R) – B 为了使法向量 N 与加工轴线重合, 需要在 A 向 调整的基础上, 通过支承在 Z1 和 Z2 方向上相互独 立的升降移动, 使托架绕 Y 3 轴旋转, 实现 B 向的调 整。设托架绕 Y3 轴旋转角度为 $HB , 旋转后法向量 N 在坐标系 O 3-X 3 Y 3 Z3 中齐次坐标为[ P e, Qe, Re, 1] T , 则计算得:
钉与铆接孔无法产生干涉配合, 产生机翼壁板抗拉 强度差, 使得铆钉容易剪切。同时机翼庞大的重量 和钻铆产生的冲击力容易引起托架的弹性变形, 严 重影响了铆接质量。为了克服铆接变形, 提高铆接 质量, 必须增加自动调平系统。
为了提高铆接质量, 减少在自动钻铆过程中由 于机翼壁板的复杂曲面所造成机翼壁板表面形成的 下陷或凸起, 始终保持钻铆机的动力头与机翼壁板 的法线相平行, 那么调平系统在铆接过程中起到了 决定性作用。
装尺寸。探 头 的 安 装尺 寸 如 图 5 所 示。 其 中 的 $x p1 、$x p2 、$x p3 分别 表示各探头在 X 方向与 钻铆 点 M 的坐标差, $y p1 、$y p2 、$y p3 则表示 Y 方向上的 坐标差。
由图 5 可得 3 个探头在坐标系 O- X YZ 中坐标 如下:
图 2 电涡流传感器分布图
定。3 个电 涡流 位移 传 感器用于检测钻铆表面与检测点之间的距离。
传送 SIEMENS S7- 300 模拟量输入模块中, SIEM ENS S7- 300 模拟量输入模块将信号反馈至 SINU M ERIK 840D。SIEM EN S 840D 系统发出检测 命令, 电涡流位移传感器对该模拟量进行检测并转 换为 NC 系统的位置量。用该位置量计算出机床各 坐标 轴的调整 值, 由 SINUM ERIK840D 系统控 制 Z1 、Z2 和 A 3 个坐标交流伺服电动机进行运动, 使 钻铆头与机翼壁板法线平行。在处理各坐标的调整 值时, 通过曲面有限加工区域的 3 点调平算法。能 够快速求解机翼表面待钻铆区域的外法向量, 求得 调平所需的各运动副位移增量。
[ 参考文献]
[ 1] 杨锟, 刘继红. 面 向虚拟 装配 的装配 建模 技术[ J] . 机械 科学与技术, 2001( 2) : 305- 308.
[ 2] 刘启文. 产品开发过 程中虚拟技术的运用[ J] . 国外建 材 科技, 2005( 2) : 136- 137. [ 3] 刘宏增, 黄 靖 远. 虚 拟设 计 [ M ] . 北 京: 机 械 工 业 出 版 社, 2002.
作者简介: 薛建华( 1982- ) , 女, 教 师, 主 要从事产品 设计方 面 的研究。
收稿日期: 2008 年 3 月 10 日
责任编辑 吕菁
5新技术新工艺6 # 数字技术与机械加工工艺装备 2008 年 第 10 期
#9#
图 1 调平系统组成
机 翼壁 板在铆 接 时, 各坐 标 运 动使 钻 轴 运动 到所 铆接 的点 位 处, 上 铆 头处 设 置 3 个 eddyN CDT 3300 电涡流 位移传感器, 图 2 可以明 确表明所有电涡 流位移 传感器在同一水 平面固
关键词: 自动调平系统; 机床托架; 自动钻铆 中图分类号: T H 113 文献标志码: A
当今世界飞机制造技术的发展趋势表明, 在很 长一段时间内, 铆接仍将是飞行器结构部件最可靠 的连接技术。当代飞机制造技术的发展, 对疲劳寿 命、密封、防腐的要求越来越高, 为了满足飞机对各 种性能的要求, 航空制造领域发展了各种先进技术, 其中自动钻铆技术就是其中之一。
图 4 托架传动简图
最后坐标系 O2-X 2 Y 2 Z2 绕 X 2 轴旋转 B得坐标
系 O 3-X 3 Y3 Z3 。托架 左、右支 承初 始 高度 分 别为 Z10 、Z20 , e 为托架左连接点到左支撑的距离, 为一变
量( 机械结构是移动副) , f 为托架右连接点到右支
撑的距离, 为一定值。图 4 中 M 点为机翼上的待钻 铆点, N 为机翼表面上点 M 处的外法向量。
2) 法向量 N 的计算
某机翼钻铆
区域调平前, 由 数控系统读取钻
铆点 M 在 X 和
Y 方向上坐标 X 0 、Y 0 , P 1 、P2 、
P 3 三个探头初始
位置的绝对高度
为一常值 H , H 取决于钻铆机加 工头和探头的安
图 5 探头安 装尺寸
# 10 #
5新技术新工艺6 # 数字技术与机械加工工艺装备 2008 年 第 10 期
设计 的 调 平 系 统 是 由 SINUM ERIK840D 系 统、3 个 eddyNCDT 3300 电涡流位移式传感器、SIEMEN S S7- 300 可编程控制器、Z1 、Z2 和 A 3 个坐标 交流伺服电动机组成( 如图 1) 。
巨大的经济利益, 现在我国加入 WT O 更是为我国 的发展铺平了前进的道路, 因此我们应该在提高理 论基础的前提下, 鼓励大中型企业合理的引进先进 技术, 合理的发展先进技术, 避免一哄而上, 同时也 不能因为害怕失败而裹足不前, 只有合理的引用先 进技术, 才能真正为企业、为国家带来经济效益。
2 钻铆区域调平的算法
1) NC 建模 NC 系 统
采集到信 号点
后, 建 立 模 型
进行计算 各坐
标运动点 位是
调平的重 要环
节。图 3 是托
架以及托 架支
撑初始位 置水
图 3 托架机构简图
平时的机 构简
图, 其中基座与地面固连, 支承沿着与钻铆机上动力
头的加工轴平行方向上、下移动, 托架绕中轴旋转。 在托架机构简图 的基础上进行托架传动的简
P1 探头( x 0 + $x p1 , y0 + $y p1 , H ) P2 探头( x 0 + $x p2 , y0 + $y p2 , H ) P3 探头( x 0 + $x p3 , y0 + $y p3 , H ) 根据所读取的 3 个探头的测距值 H 1 、H 2 、H 3 , 可得图 5 中所示的铆接区域上 3 点 P 1 、P 2 、P3 在坐 标系 O- X YZ 中坐标如下。 P1 ( x 0 + $x p1 , y 0 + $y p1 , H - H 1 ) P2 ( x 0 + $x p2 , y 0 + $y p2 , H - H 2 ) P3 ( x 0 + $x p3 , y 0 + $y p3 , H - H 3 )
1 调平工作原理
国内现有的机翼壁板铆接工艺是预先在壁板上 打出铆钉空位标志点, 手动调平待钻铆区域, 钻铆机 通过激光定位对标记点进行钻孔、铆接。这种方法 主要缺点是调平时间长, 钻铆精度很大程度上取决 于操作者的自身经验。
根据钻铆机本体安装位置的限制, 设计中采用 三点调平的方式, 进行工作围框的调平更为合适。
自动钻铆是大型机翼制造装配工序的关键, 机 翼铆接精度很大程度上取决于钻铆过程中钻铆机动 头加工轴线相对铆接区域的垂直精度。因此钻铆前 需要完成钻铆区域的调平, 即调整机翼表面待钻铆 区域的外法矢量与钻铆加工轴线重合。由于受到铆 接冲击、托架变性、机翼姿态空间动态变化等因素的 影响, 钻铆区域的外法矢量无法预先确定。钻铆前, 必须实时测量和计算待铆接区域的空间姿态, 并通 过托架运动调整机翼空间位置。该工序直接影响机 翼壁板铆接的质量和效率。
化, 并建 立 2 个相 应的 直角 坐标 系O-X YZ 和 O 3X 3 Y 3 Z3 , 假设某次钻铆前, 各构件如图 4, 具体参数 说明如下。
在托架传动 的简化图中, 直角坐标系 O-X YZ 的 Z 方向为支承运动方向, X 方向为钻铆头水平移 动方向( 沿水平导轨) , Y 方向为钻铆机前后移动方 向。直角坐标系 O3-X 3 Y 3 Z3 固连于数控托架上, 其 中 X 3 轴是托架的旋转中轴, 与 X 轴所成的角为 A; Y 3 轴与 Y 轴所成角为 B, 初始时 A、B均为零。坐标 系 O3-X 3 Y 3 Z3 可看成由以下变换所得: 首先坐标系 O -X YZ 的 坐 标 原 点 平 移 到 O 3 得 坐 标 系 O1X 1 Y 1 Z1 , 其中 O3 在坐标系 O-X YZ 中坐标为( e, 0, Z10 ) ; 接着坐标系 O 1-X 1 Y 1 Z1 绕 Y 1 轴旋转( - A) 得 坐标系 O2-X 2 Y 2 Z2 。
3 调平的实现方法
机翼上某铆接区域的调平过程如图 6 所示。
图 6 铆接区域的调平流程
首先, 通过安装在钻铆机动力头上 3 个检查平 面的探头发出的信号测出探头 到钻铆区域的 距离 H 1 , H 2 , H 3 , 如图 7 所示。
由数控系统读取钻铆点 M 在 X 和 Y 方向上坐 标 x 0 、y 0 , 计算出 P 1 、P2 、P3 三点在坐标系 O-X YZ 中的坐标, 进而求出平面 P 1 P2 P3 的法向量 N , 通过 2 个坐标系之间的变换矩阵, 求得法向量 N 在坐标 系 O 3-X 3 Y 3 Z3 中的坐标, 最后通过托架绕旋转中轴 ( X 3 轴) 的旋转, 以及左、右两托架支承 Z1 和 Z2 在 竖直方向的相互独立移动, 调整法向量 N 与 Z 轴平 行, 实现铆接区域的调平。
5 调平步骤
5新技术新工艺6 # 数字技术与机械加工工艺装备 2008 年 第 10 期
# 11 #
第 1 步: 由数控系统读取当前 X 、Y 、Z1 、Z2 ; A 坐标值 X m 、Y m 、Z10 、Z20 、Hm。 第 2 步: 读取 3 个探头的测距值 H 1 、H 2 、H 3 。 第 3 步: 计算 A 摆的角度 增量值 $HA , Z1 轴方向增 量 $Z1 , Z2 轴方向增量 $Z2 。 $HA = arct an( Q / R ) - B $Z1 = L [ sinA- sin( A- $HB ) ] - ( D - e- X m f ) [ t anA- sin( A- $HB ) / ( co sA) ] $Z2 = - ( D - e- X m - f ) [ tanA- sin ( A$HB ) / ( co sA) ] 其中: B= Hm A= arcsin[ ( Z20 - Z10 ) / L ] e = D - L cosA- f $HB = ar csin{ - 2PR / ( P 2 + R2 ) } 第 4 步: 发位移指 令 $HA , $Z1 , $Z2 , 调 平后 Z1 、Z2 、A 坐标 Z 1me 、Z2me 、Hme 。 Z1me = Z1m+ $Z1 Z2me = Z2m+ $Z2 Hme = Hm + $HA 第 5 步: 调平结束。 第 6 步: 钻铆 机 沿 X 轴、Y 轴 正方 向 分 别 移 动 距 离 $X m 、$Y m; $X m = X me - X m= ( cosA) F1 - ( sinAsinB) F2 ( sinAcosB) F3 + e- X m $Y m= Y me- Y m= ( cosB) F 2 - ( sinB) F3 - Ym
4 微调实现过程
通过托架绕旋转中轴, 即 X 3 轴的旋转, 可以实
图 7 探头的测距值
现 A 向的调整, 由上述计算知机翼调整前法向量 N 在坐标系 O 3-X 3 Y 3 Z3 中为 ( P, Q , R ) , 齐次 坐标为 (P, Q, R, 1)。
假设托架绕 X 3 轴正向旋转角度为 $HA , 旋转后 法向量 N 在坐标系 O 3-X 3 Y3 Z3 中的旋转角度为:
机翼壁板曲面为复杂曲面, 为了提高机翼壁板 的强度, 需经过喷丸处理。喷丸后机翼壁板变形量 大, 造成实际曲面与理论模式曲面相差较大, 建模困 难, 需调整壁板的位置量。同时机翼壁板裝夹时, 图 1 所示的是用卡板支撑并用定位销固定、造成机翼 壁板受到一定外力产生变形的示意图。机翼壁板铆 接时钻轴、铆轴与机翼壁板的法线不平行, 铆接后铆