[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

摘要

本发明是基于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，该方法有三大步骤：步骤一：横向拉形加载轨迹设计(1)计算截面线；(2)加载轨迹搜索；步骤二：参考点偏移搜索；步骤三：机构位置的反解(1)机构分析；(2)运动求解。该方法首先按照毛料变形状态设计拉形机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，利用它进行优化比较，可以获得较优的生产工艺方案，实现了飞机蒙皮拉形的科学化、数字化和可控化。本发明有着广泛的实用价值和应用前景。

主权项

1、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，其特征在于：该方法具体步骤如下：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：以ACB FET系列数控横拉机为例(一).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；(二).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；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；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(一).机构分析ACB FET系列数控横拉机呈左右对称结构，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；(二).运动求解已知输出件的位置和姿态，求解机构输入件的位置称为机构位置的反解；对ACBFET系列数控横拉机的机构而言，作动筒的伸缩长度是输入件，而夹钳的位置和空间姿态为输出件；在夹钳钳口线与两条辅助线的交点作为输出件的位置定义点，A和B点即为两个位置定义点；设过A作动筒中心线与机架的支点，且法线为Y轴正向的平面为P_ZA，过Y作动筒中心线与机架的支点，法线为Y轴正向的平面为P_XY；O_ZA是平面P_ZA与钳口线的交点，O_XY则是平面P_XY与钳口线的交点；ACB FET系列数控横拉机的机构运动反解被定义为根据A点和B点的坐标计算整个机构的空间位置和姿态；实际计算时，根据A和B点的坐标按矢量延伸计算O_ZA和O_XY的坐标，并根据O_ZA和O_XY的坐标反向计算机构；并联机构运动反解算法思想是在输出机构上建立动态坐标系，在一个驱动件或相对于驱动件静止建立静态坐标系，求得关节点在动态坐标系的坐标后，通过动、静态坐标系空间变换关系求得关节点的静态坐标；设动态坐标系O_d-X_dY_dZ_d，其中，O_d点为O_ZA点，Y_d轴方向为沿夹钳方向，Z_d轴方向为通过O_d点平行于A作动筒的中心轴线；X_d轴方向为Y_d轴和Z_d轴的正交方向，即：X→d=Y→d×Z→d;]]>静态坐标系O-XYZ则建立在以横向作动筒与机架的4个固定连接中心点所构成的平面内的机构对称中心处；动态坐标系中任一向量R′可以通过式(1)变换到静态坐标系中的R，即：R＝TR′+O_d         (1)式中，O_d为动态坐标系原点在固定坐标系中的位置矢量；另外，由几何关系可以求得：T=d11d12d13d21d22d23d31d32d33=cosXdXcosXdYcosXdZcosYdXcosYdYcosYdZcosZdXcosZdYcosZdZ---(2)]]>设X_d(r_X，m_X，n_X)，Y_d(r_Y，m_Y，n_Y)，Z_d(r_Z，m_Z，n_Z)，则动态坐标系O_d-X_dY_dZ_d的方向余弦矩阵为：T=cosXdXcosXdYcosXdZcosYdXcosYdYcosYdZcosZdXcosZdYcosZdZ=rXmXnXrYmYnYrZmZnZ---(3)]]>设过点Z₀及点Z_I作垂直于Z_II点处转动轴线的平面为Ω，为平面Ω的法线，则利用矢量叉积公式有：N→=Z0ZI→×Yd→---(4)]]>由已经计算得到的Z_I点的坐标值及已知Z₀点的位置，直线Z₀Z_I的方向余弦为：coslZ0ZIx=xZI-xZ0(xZI-xZ0)2+(yZI-yZ0)2+(zZI-zZ0)2coslZ0ZIy=yZI-yZ0(xZI-xZ0)2+(yZI-yZ0)2+(zZI-zZ0)2coslZ0ZIz=zZI-zZ0(xZI-xZ0)2+(yZI-yZ0)2+(zZI-zZ0)2---(5)]]>因而，平面Ω的法线的方向余弦为：cosNX=coslZ0ZIY·cosYdZ-coslZ0ZIZ·cosYdYcosNY=coslZ0ZIZ·cosYdX-coslZ0ZIX·cosYdZcosNZ=coslZ0ZIX·cosYdY-coslZ0ZIY·cosYdX---(6)]]>又由于平面Ω的法线与动态坐标系的Y_d轴均垂直于连杆Z_IZ_II，则有：ZIZII→=N→×Y→d---(7)]]>因此：coslZIZIIX=cosNY·cosYdZ-cosNZ·cosYdYcoslZIZIIY=cosNz·cosYdX-cosNX·cosYdZcoslZIZIIZ=cosNX·cosYdY-cosNY·cosYdX.---(8)]]>