[发明专利]一种飞机蒙皮横向拉形加载轨迹设计与数控代码生成方法

说明书

(一)技术领域：

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 FET系列数控横拉机的一种飞机蒙皮横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。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一种飞机蒙皮横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，它按照毛料变形状态以参数化方法设计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，提高了拉形工艺参数设计的效率和准确度。

2、技术方案：

基于ACB FET系列数控横拉机的一种飞机蒙皮横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：横向拉形加载轨迹设计

它指的是拉形机左右两个直夹钳的空间运动路线设计。计算加载轨迹的方法是截平面几何分析法，具体作法是：

(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。选定两个平面，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。

(2).加载轨迹搜索

加载轨迹搜索问题相当于根据拉形模和夹钳导料弧的截面线，在定义的包覆角直线上找到一点，即辅助线的端点，使得从这点出发生成的辅助线的长度满足拉伸率要求。辅助线指毛料变形截面上的二维虚拟线条，由四部分组成：①左右夹持段；②左右夹钳包覆段；③左右悬空段；④模具贴合段。如图1所示。由于ACB FET系列数控横拉机的夹钳有四个独立的自由度，因此进行横向拉形加载轨迹设计时需要两条辅助线，如图2所示。

步骤二：参考点偏移搜索

对ACB FET系列数控拉形机，当横向或纵向作动筒伸长量不一致时，夹钳有空间的扭转，而根据辅助线计算的端点坐标，始终在辅助线定义平面上。因此，要通过这两个点确定夹钳的空间姿态，还需要进行参考点的偏移搜索来计算钳口线在空间的扭转，进而求得辅助线端点的三个方向的坐标。

步骤三：机构位置的反解

(1).机构分析

ACB FET系列数控横拉机主要用于飞机蒙皮零件横拉成形，如图3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。四个作动筒的协调动作实现夹钳的空间运动。ACB FET系列数控拉形机按吨位分多种型号，本文主要研究国内已引进的ACB FET600和ACB FET1200两个型号。

ACB FET系列数控横拉机的结构为四杆并联机构，工作件为直钳口夹钳。ACB FET系列数控横拉机单侧有四个分支。ACB FET系列数控横拉机单侧结构示意图如图4所示。

(2).运动求解