工件连续外形面的简便柔性定位方法.pdf

本发明提出的一种工件连续外形面的简便柔性定位方法，是在工件连续定位外形面上选取外形面元素——定位点或线，通过多点或多线间断的确定对工件的外形定位；在上述选取的定位点或线上安装与工件外形面点接触或线接触的定位销，外形定位销(7)沿工件外形分布；定位销通过与工件外形接触的切点或切线来定位；外形定位销(7)是安装在台阶衬套(6)中的，台阶衬套(6)的一端装配外形定位销(7)，另一端安放激光跟踪仪目标球(8)，通过目标球(8)接收激光束；激光跟踪仪发出并接收目标球(8)反馈的激光束，通过电脑判断定位点空间位置。本发明提供了一种制造精度高，技术难度小，工作效率高，制造周期短的对工件外形进行柔性定位的方法。

1.  一种工件连续外形面的简便柔性定位方法，包括如下步骤：
(1)在工件外形面上选取外形面元素——定位点或线；
(2)在上述所选位置，安装与工件外形面点接触或线接触的定位销，通过多点或多线间断的确定工件的外形定位；
(3)定位销一个方向沿着工件外形走势设置，在另一个方向，使定位销与工件外形切点或切线接触，外形曲率变化大的工件定位销应增多，彼此之间相对密集，定位销通过和工件接触的切线、切点来定位；以上所选点与线都是在三维数字模型中准确截取的工件外形数据；
(4)外形定位销(7)是安装在台阶衬套(6)中的，台阶衬套(6)的一端装配外形定位销(7)，另一端安放激光跟踪仪目标球(8)，目标球(8)的三维空间坐标值是在三维数字模型中获取的，目标球(8)用以接收并反馈激光束；
(5)激光跟踪仪放置在工件以外，发出并接收目标球(8)反馈的激光束，在所配接电脑上反映出坐标值，判断定位点空间位置。

2.  如权利要求1所述的工件连续外形面的简便柔性定位方法，其特征在于，所述的定位销(7)与激光跟踪仪目标球(8)同轴装配在台阶衬套(6)两端。

3.  如权利要求1所述的工件连续外形面的简便柔性定位方法，其特征在于，定位销(7)是通过与工件接触的切线或切点来定位的。

4.  如权利要求1所述的工件连续外形面的简便柔性定位方法，其特征在于，由间断点或线单元素来定位工件外形面。

5.  如权利要求1所述的工件连续外形面的简便柔性定位方法，其特征在于，激光跟踪仪通过目标球(8)接收和反馈激光束，在配接电脑上反映所选取定位点或线的工件外形面元素坐标值，判断定位点空间位置。

6.  如权利要求1所述的工件连续外形面的简便柔性定位方法，其特征在于，在简化后的定位器(5)上设计有三个孔。其中两个为保证外形定位销(7)的台阶衬套底孔，第三个孔为确定平面的激光跟踪仪目标球(8)安放孔。

7.  如权利要求1所述的工件连续外形面的简便柔性定位方法，其特征在于，当工件的外形用卡板(2)定位，在局部外形走势变化大的地方，用外形定位销(7)进行局部定位。

工件连续外形面的简便柔性定位方法
技术领域
本发明是关于工件连续外形面的简便柔性定位方法。
背景技术
外形定位器是装配工装中保证工件外形必不可少的关键、典型部件。现有技术中的外形定位器主要形式为卡板。卡板外形面有模拟量加工制造法(包括模线样板法和标工塑造成形法)和数控加工法。
模线样板法在尺寸传递过程中，是按1∶1的尺寸准确画出零部件、组合件的外形模线，作为零部件外形的原始依据。采用模线加工出具有工件真实外形的样板。将样板作为加工或检验各种工艺装备、测量工件外形的量具。定位器外形依据样板上所带外形进行修挫制造，直到与样板外形对合一致后，再按其上的基准刻线进行装配。模线样板法的不足之处在于：<1>制造精度低。精度最高只能达到±0.1mm～±0.2mm。累积误差和人为操作控制环节多(不能量化，凭经验判断)。<2>工作效率低，制造周期长，手工工作量大。制造样板周期一般需要2～5天。<3>保管存储量大，模线和样板需放在空间宽敞、干净清洁的恒温室中保存；<4>制造成本高。模线设计、样板制造工艺环节多，备料量多。<6>操作不便。局限于专门的工作平台上装配定位器。样板需避免较大冲击力作用。
标工塑造成形法，标工(标准工艺装备)是保证生产用工艺装备之间、工件部件和组件之间的尺寸和形状协调互换的重要依据，比生产用工艺装备有更高精度。通过标高座来确定正确的空间位置。标工上带有连续、大范围的工件外形。这点与样板不同，样板在其中一个方向只带出了2mm厚度的外形。定位器与样件相关部位外形等距摆放，在两者之间浇注环氧树脂，环氧树脂凝固后，随定位器从样件上取下。此时固态环氧树脂上带出与样件相对应的外形。标工制造法的不足之处在于，<1>制造精度低。制造精度最高只能达到±0.1mm～±0.2mm。样件制造工艺过程复杂、路线长，累积误差多。<2>制造周期长。设计和制造样件需要2～3个月的时间。<3>保管存储要求高。为避免温度变化引起样件变形，需在恒温中存放。<4>制造成本高。一套样件的制造成本少则几十万，多则上百万。<5>操作不方便。样件比较笨重，要保证起吊运输过程中不因受力变化产生变形，运输过程中不碰撞到关键部位。<6>外形保持不易长久。环氧树脂固化后脆性较大。生产过程中，一些磕碰会使环氧层局部脱落，外形面不完整。
数控加工法是一种基于计算机辅助设计和制造的数字量传递技术。用计算机进行定位器外形设计时，直接从三维数字模型上截取工件外形数据。将外形数据传送给数控设备。数控设备通过计算机的程序控制，加工出所需外形。数控加工法的不足之处在于，<1>技术要求实现难度大。需要有熟练的专业编程员和数控操作工。<2>成本相对较高。加工一个普通零件外形，需要每小时100元以上的费用。<3>不能适应工件外形变化。<4>制造周期不易保证。数控资源昂贵又有限，整个生产准备周期无法保证，容易耽误工件的交付节点。
综上所述，无论是哪种方法，都是用连续定位面定位工件外形。在整个飞机研制过程中，工装质量是保证飞机顺利制造装配的前提。但生产准备周期很短。飞机各零部件带外形的很多。对有外形定位要求的部位，要设以定位器进行定位。对这些定位器，现有的方法制造精度低、周期长、成本高、不适应工件变化。对于结构尺寸小，零件多的工件部件，过多的定位器与定位面严重影响开敞性，给工人操作带来不便。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足之处，提供一种制造精度高，技术难度小，工作效率高，制造周期短的对工件外形进行柔性定位的方法。
本发明上述目的可以通过以下措施来达到：一种工件连续外形面的简便柔性定位方法，包括如下步骤：
(1)在工件连续外形面上选取外形面元素——定位点或线；
(2)在上述所选位置，安装与工件外形面点接触或线接触的定位销(7)，通过多点或多线间断的确定工件的外形定位；
(3)定位销(7)一个方向沿着工件外形走势设置，在另一个方向，使定位销与工件外形切点或切线接触；外形曲率变化大的工件定位销应增多，彼此之间相对密集，定位销通过和工件接触的切线、切点来定位；
以上所述点与线的选取都是在三维数字模型中准确截取的工件外形数据。
(4)外形定位销(7)是安装在台阶衬套(6)中的，台阶衬套(6)的一端装配外形定位销，另一端安放激光跟踪仪目标球(8)，目标球(8)的三维空间坐标值是在三维数字模型中获取的，目标球(8)用以接收并反馈激光束；
(5)激光跟踪仪放置在工件以外，发出并接收目标球(8)反馈的激光束，在所配接电脑上反映出坐标值，判断定位点空间位置。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果。
相对降低了成本。本发明将工件连续定位外形面上的点、线外形元素，改变为间断的点或线定位，依据三维数字模型准确截取工件外形点、线数据，使用大小不同规格的圆柱销实现与工件外形面的点接触或线接触。通过多点或多线确定对工件外形的定位。将复杂元素转换为多个简单元素，不需要耗时、耗力和耗财的对复杂外形面进行设计和加工。操作难度系数降低了，相应的人员成本、设备成本、能源消耗成本也随之降低。而且，外形定位方式的改变，让材料使用量减少。与数控加工法对比，以一个小隔板定位器为例，可节省成本830元(830元＝材料节省费用+加工节省费用+测量费用+电费＝110元+480元+150元+90元)。
制造精度高。从设计到制造、检验，整个过程都是数字量传递，确保了制造精度要求。外形定位器结构、形状简单——外形定位销、台阶衬套、平面、孔开敞性好，容易加工，零件加工精度能控制在±0.02mm内。激光跟踪仪安装定位器精度为±0.05mm。
技术难度要求不高。定位器形状结构简单，传统的精樘、车、铣等常规工艺就能实现精度要求。实现起来很容易。
激光跟踪仪的操作使用简单，坐标值数据由电脑直接反馈，易学、易操作。通过数字量传递保证制造精度，能在最短时间内，利用现有的简单成熟技术，低成本完成加工需要。同时容易加工，开敞性好。作为数字化方法种类的一种完善，使设计和制造过程中有更多方法可选用和优化。
工作效率高，制造周期短。只需设计、制造外形定位器，没有额外的辅助工装和复杂的程序编制，节省了大量时间。加工工序简单，操作容易，提高了工作效率。加工一个外形定位销、台阶衬套这类普通零件只需要6至15分钟。
数字化安装，简化了操作，省去了标工的运输、起吊、定位、安装、划线、找正、固定等等复杂操作。一个外形定位器加工周期只需1.5个小时左右。一个外形定位器安装到位只需要15分钟左右的时间，
省材。由于可以针对工件外形数据的变更和长期使用所带来的误差，灵活进行调试安装，故无需将原有外形定位器作废或者放弃局部有变化的外形面。节省了材料、工时，简化了工艺过程，缩短了返修时间。与数控加工法对比，可节省成本16万多元。节省成本＝单个定位器成本节省量×定位器数量×架次＝830元×20个×10架次＝166000元。
快速、准确。从三维数字模型中获取坐标值，用激光跟踪仪安装，实现了数字量传递，装配精度能达到±0.05mm。使外形定位销的空间位置能快速、准确到位。台阶衬套的安装坐标值直接保证了外形定位销。
附图说明
图1是本发明所使用的外形定位销的构造示意图。
图2是根据本发明方法的实施例示意图。
图3是图2的侧视剖面图。
图4是根据本发明方法的利益实施例的示意图。
图5是图4的侧视剖面图。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明。在以下实施例中，本发明提出的连续定位工件外形面的柔性定位方法是，在工件连续定位外形面上选取外形面元素——定位点或线，点与线的个数可以根据工件外形曲率变化情况确定，通过多点或多线确定对工件的外形定位；将连续定位外形面改为间断的点或线定位；定位点/线的选取和设置是，在上述选取的定位点或线上安放与工件外形面点接触或线接触定位销——大小不同规格的圆柱销，外形定位销(7)沿工件外形分布。以上所述点与线的选取都是在三维数字模型中进行的，可直观且准确的截取到工件外形数据。图2、图3中，用两个外形定位销(7)定位工件外形，外形定位销(7)是通过与工件接触的切线来定位的。故对于此类整体曲面，两线确定定位。过定位减少，装配时的应力集中降低，特别是钣金件。
如图1所示的外形定位销是安装在台阶衬套(6)中的。外形定位销(7)是同轴装配在台阶衬套(6)上的，为过盈压配合。台阶衬套(6)的一端装配外形定位销(7)，另一端安放激光跟踪仪目标球(8)。通过目标球(8)接收激光束后，用在电脑上所反映的坐标值来判断此点空间位置是否正确。目标球(8)的空间位置调整到位，外形定位销(7)的空间位置也正确到位。为保证外形定位销(7)空间位置正确安装，外形定位销(7)通过台阶衬套(6)，保证与激光跟踪仪目标球(8)同轴。工件(3)外形是带曲度的，比如单曲度、双曲度，定位销位置按以下方法设置：外形曲率变化大，定位销应增多，定位销位置彼此之间相对较密集；外形曲率变化不大，定位销数量尽可能少，彼此间距尽量拉开，以保证开敞性。
参阅图4、图5。图4、图5描述了本发明一个较典型的实施例。在图4、图5中，工件(3)端部外形走势变化大，使用外形定位销(7)定位。卡板(2)的轮廓尺寸减小，材料使用量降低。外形定位销(7)装配在台阶衬套(6)的一端，激光跟踪仪目标球(8)安放在台阶衬套(6)的另一端。目标球(8)安装孔的三维空间坐标值可以在三维数字模型中获取。一个方向沿着工件(3)外形走势设置定位销(7)，在工件(3)的另一个方向上，使定位销(7)与工件(3)的外形切点或切线接触，定位销(7)通过和工件(3)接触的切线来定位。随工件(3)外形面曲度大小不同，切线长短会有所变化。激光跟踪仪通过目标球(8)接收激光束，在所配接电脑上反映所选定位点或线的工件外形面元素坐标值，判断定位点空间位置。
本发明的上述方法还可以按样板或标工来实现工件定位点或线的确定，定位点或线可以依据样板/标工来安装，同样能实现用间断点或线这些简单元素来定位工件外形面。但实施工艺过程不同，精度不高，只能适合要求不高的工件使用。
本发明中外形定位销(7)可以是标准圆柱形或锥形销、菱形销。
参阅图2、图3。为了保证整体性，以及三点确定一平面的原理，在简化后的定位器(5)上设计有三个孔。其中两个为保证外形定位销(7)的台阶衬套底孔，第三个孔为确定平面的激光跟踪仪目标球(8)安放孔。台阶衬套(6)是过盈压配合在简化后的定位器(5)的底孔内，台阶衬套(6)压入后，两个外形定位销(7)相对位置被确定。同时简化后的定位器(5)的目标球(8)安放面可定位工件的腹板面。安装孔的三维空间坐标值仍然可以从三维数字模型中获取。激光跟踪仪完成外形定位器空间位置的调试后，将简化后的定位器(5)用螺钉销钉与相应连接面连接。简化后的定位器(5)上的三个安装底孔是普通平板面上的三个孔，采用精镗加工就可以实现使用要求。台阶衬套(6)和外形定位销(7)形状简单，尺寸不大，使用普通的常规加工就可实现。三个孔的相对位置是否正确，直接影响到装配时激光跟踪仪目标球(8)坐标值能否实现到位，孔及孔距精度需严格保证。当工件外形数据和位置变化时，通过有限几个外形安装点的改变就能满足使用要求。