[发明专利]立式翻板机翼整体壁板激光喷丸成形装置和加工方法

说明书

本发明公开立式翻板机翼整体壁板激光喷丸成形装置，装置包括翻板基座、可翻板工作台、伸缩式液压缸、滑轨控制器、可移动滑轨、七自由度激光喷丸单元、激光喷丸单元系统主机、总系统主机、图像处理主机以及三自由度光学原位测量器以及壁板夹持单元。本发明还公开一种加工方法，通过对壁板几何外形分析和等强度区域的划分，以在线原位测量技术辅助，首先进行分区域激光喷丸成形和成形精度优化，然后进行壁板整体激光喷丸成形和区域修复，最后进行成形尺寸检测。相对于现有技术，本发明可实现各类尺寸、复杂曲面的机翼整体壁板成形，具有尺寸适应性强、成形曲率大、成形精度可控和工件表面质量高等特点，真正实现了壁板的长寿命、高精度成形。

技术领域

本发明涉及航空航天制造技术领域，特别涉及立式翻板机翼整体壁板激光喷丸成形装置和加工方法。

背景技术

机翼整体壁板成形是现代飞机制造技术中的关键点，该技术标志着一个国家的航空航天科技的制造水平。当今世界上，只有美国波音公司和欧盟空客公司掌握超临界机翼整体壁板的特种成形技术，并成功应用于B787、A380等先进民用飞机上。

目前，特种成形技术中，主要包括机械压弯、时效成形和机械喷丸成形。

由于民用飞机对重要承载力部件需要有较长的使用寿命，机械压弯成形一般不作为主要成形手段，仅用于局部加强区的辅助成形，而且压弯存在卸载回弹，难以实现复杂曲面成形的目的。

时效成形则是利用金属的蠕变特性，将成形与时效同步进行的一种成形方法，具有应力释放完全、成形质量好、效率高和工艺重复性好等优点，但是成形需特殊模具和特种设备——热压罐，而热压罐对各类尺寸壁板成形适应性差，成形成本高昂。

机械喷丸成形是目前较为成熟的壁板成形手段，主要优点是不需要成形模具、成形兼备提升疲劳寿命效果、可成形外形相对复杂的曲面等特点。但是机械喷丸成形工艺设计变量较多，工艺参数难以制定，参数试验成本高昂。例如，以代表当今机械喷丸水平最高的波音公司为例，确定一件新机翼壁板的成形工艺需要40块1:1的试验块，耗时半年且耗费数百万美元。

因此，目前亟需一种高精度低成本的成形技术服务于机翼整体壁板制造。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种尺寸适应性强、成形曲率大、成形精度可控且工件表面质量高的立式翻板机翼整体壁板激光喷丸成形装置和加工方法，旨在解决机械喷丸参数试验成本高昂，工艺参数难以制定的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出立式翻板机翼整体壁板激光喷丸成形装置，所述成形装置包括用于支撑的翻板基座、与所述翻版基座枢转相连的可翻转工作台、一端与所述可翻转工作台铰接相连且另一端与所述翻版基座铰接相连的伸缩液压缸、设置于所述翻板基座外侧且顶端与可移动滑轨相连的滑轨控制器、与所述可移动滑轨中部相连的壁板夹持单元、可对机翼整体壁板进行喷丸加工的激光喷丸单元、用于控制所述激光喷丸单元喷丸加工的激光喷丸单元系统主机、用于检测机翼整体壁板加工尺寸的光学原位测量器、用于分析机翼整体壁板外形尺寸的图像处理主机、用于控制整个喷丸加工过程的总系统主机；所述激光喷丸单元系统主机同时与所述总系统主机以及所述激光喷丸单元电连接，所述图形处理主机同时与所述总系统主机以及所述光学原位测量器电连接。

优选地，所述激光喷丸单元为七自由度激光喷丸单元。

优选地，所述光学原位测量器为三自由度光学原位测量器。

优选地，所述可翻转工作台可绕与所述翻板基座的枢转轴翻转0～90°。

本发明还提出一种使用立式翻板机翼整体壁板激光喷丸成形装置的加工方法，包括以下步骤：

1)通过软件对机翼整体壁板的外形分析并建立三维模型，以确定壁板厚度和曲率分布；

2)以机翼整体壁板外形尺寸为基础，并以机翼整体壁板厚度和成形曲率为依据将机翼整体壁板划分为若干个等强度区域；