一种用于环形产品的柔性装配加工系统及加工方法与流程

本技术涉及环形薄壁零件加工，尤其涉及一种用于环形产品的柔性装配加工系统及加工方法。

背景技术：

1、现代飞机工业制造技术随着现代飞机复杂化的发展而不断创新升级，所以各个飞机生产厂商着力于飞机工业制造业数字化转型升级，纷纷研制出用于飞机数字化加工的装配加工系统用于零件、部件数字化装配加工。

2、在针对大型薄壁环形产品执行制孔、铰孔及锪窝等装配加工作业时，传统加工模式通常采用固定式刚性夹具进行卧式或简易立式装夹，由于薄壁环形构件本身刚度低、几何尺寸大且跨度长，在自重作用下极易产生下垂弯曲等初始装夹形变，同时传统固定装夹方式无法自适应匹配不同规格环形产品的几何尺寸与局部曲面特征，导致装夹应力分布不均；在后续数控切削加工过程中，刀具施加的高频交变切削力极易诱发薄壁结构的局部弹性复原抖动与颤振现象，影响孔位几何精度与内壁表面粗糙度，甚至造成薄壁材料产生局部塑性凹陷或失圆等质量缺陷。

技术实现思路

1、本技术的主要目的在于提供一种用于环形产品的柔性装配加工系统，旨在解决大型薄壁环形产品在装配切削加工过程中因自重形变、刚度不足导致的颤振失圆的技术问题。

2、为实现上述目的，第一方面，本技术提供一种用于环形产品的柔性装配加工系统，包括：

3、加工机床，配置为沿空间圆柱极坐标系的坐标轴移动以完成对环形产品的加工；

4、第一柔性工作台，其位于所述加工机床中部，配置为根据获取的环形产品理论轴向支撑位置，通过多组极坐标定位器对所述环形产品进行轴向支撑与唇口夹持；

5、第二柔性工作台，穿设于所述第一柔性工作台中心区域，配置为根据获取的所述环形产品的理论径向支撑位置，通过多点阵列分布的柔性径向单元贴合所述环形产品的内壁以提供径向支撑；以及

6、集成控制系统，其与所述加工机床、第一柔性工作台和第二柔性工作台通信连接，配置为根据输入的加工工艺参数生成运动指令并下发至各部分，控制所述第一柔性工作台、第二柔性工作台与加工机床进行协同联动控制。

7、可选地，所述加工机床包括机床圆形基座、垂直安装在所述机床圆形基座上的机床立柱、滑动安装在所述机床立柱上的滑枕箱、穿设在所述滑枕箱内的滑枕，以及安装在所述滑枕末端的末端加工头；

8、其中所述机床圆形基座提供沿其中心轴线旋转的旋转运动，所述机床立柱提供沿高度方向的轴向运动，所述滑枕提供垂直于所述机床立柱且沿所述机床圆形基座径向方向的轴向运动。

9、可选地，所述末端加工头集成设置有激光位移传感器、工业相机、压脚机构、压力传感器和吸尘管；

10、其中所述激光位移传感器测量的待加工区域曲率与法矢用于修正所述末端加工头的姿态，所述工业相机测量的预连接定位孔位置用于修正数控加工程序中的孔位数据，所述压力传感器测量的所述压脚机构贴合压力用于控制所述压脚机构对所述环形产品外曲面的压紧状态，所述吸尘管收集加工过程中产生的切屑与粉尘。

11、可选地，所述第一柔性工作台包括呈圆盘状分布的多组极坐标定位器，每组所述极坐标定位器包括扇形基座、设置于所述扇形基座上的旋转台、设置于所述旋转台上的滑台、设置于所述滑台侧方的升降台，以及设置于所述升降台顶部的柔性轴向末端；

12、通过所述旋转台驱动所述滑台沿周向旋转，通过所述滑台驱动所述升降台沿径向移动，通过所述升降台驱动所述柔性轴向末端沿高度方向移动，以将所述柔性轴向末端移动至所述集成控制系统获得的理论轴向支撑位置。

13、可选地，所述柔性轴向末端包括三维力传感器、设置于所述三维力传感器上方的自转台，以及对称设置于所述自转台上的至少两组夹持单元；

14、所述夹持单元包括橡胶压板运动电机、法向压力传感器、法向测距传感器和橡胶压板；

15、其中所述三维力传感器用于检测所述第一柔性工作台承载的受力值，所述自转台根据所述环形产品被支撑部位的法向角度旋转调整方位，所述橡胶压板运动电机驱动所述橡胶压板贴合所述环形产品，并根据所述法向测距传感器测得的距离数据和所述法向压力传感器测得的压力数据控制所述橡胶压板的移动行程。

16、可选地，所述第二柔性工作台包括方形立柱、滑动套设于所述方形立柱外侧的单元滑枕，以及设置于所述方形立柱顶部的试刀台；

17、其中所述单元滑枕的外立面呈阵列分布有多组所述柔性径向单元，所述试刀台供所述加工机床在对所述环形产品加工前进行试刀参数验证；所述单元滑枕沿所述方形立柱滑动至所述集成控制系统下发的升降高度指令位置。

18、可选地，每个所述柔性径向单元包括驱动电机、与所述驱动电机平行设置的伸缩立柱、设置于所述伸缩立柱末端的真空吸盘，以及安装在所述真空吸盘底部的测距传感器；

19、所述驱动电机驱动所述伸缩立柱伸缩以带动所述真空吸盘向所述环形产品内壁靠近，所述测距传感器实时测量所述真空吸盘与所述环形产品的内壁之间的距离，并将所述距离输入至所述集成控制系统以调节所述伸缩立柱的伸出长度，在所述测距传感器测量值达到预定阈值时开启所述真空吸盘的电源以完成内壁吸附支撑。

20、可选地，所述集成控制系统包括上位机和下位机；

21、所述下位机包括用于控制所述第一柔性工作台与所述第二柔性工作台多轴运动的运动控制系统，以及用于控制所述加工机床运动的数控操作系统；

22、所述上位机与所述下位机通过工业以太网交互数据，实时监控所述第一柔性工作台、第二柔性工作台及加工机床的位置状态与加工过程。

23、第二方面，本技术提供一种用于环形产品的柔性装配加工系统的加工方法，包括：

24、集成控制系统根据输入的环形产品的几何参数计算所述第一柔性工作台的理论轴向支撑位置与所述第二柔性工作台的理论升降高度及理论径向支撑位置；

25、控制所述第一柔性工作台运动至所述理论轴向支撑位置，并在所述环形产品入位后，控制所述第一柔性工作台上的夹持机构贴合所述环形产品，完成对所述环形产品的轴向支撑与唇口夹持；

26、控制所述第二柔性工作台上升至所述理论升降高度，并驱动所述柔性径向单元向外伸出，基于所述柔性径向单元反馈的内壁距离数据调整各所述柔性径向单元的伸出行程，待满足贴合条件后开启真空吸附，完成对所述环形产品内壁的多点阵列径向支撑；

27、将外部激光跟踪仪测量的所述环形产品实际空间位姿数据换算至所述加工机床的空间圆柱极坐标系中，生成照相测量程序与装配加工程序；

28、执行所述照相测量程序，通过所述加工机床测量所述环形产品上的预连接定位孔实际位置，根据测量到的实际位置计算加工孔位修正值并补偿至所述装配加工程序中；

29、执行所述装配加工程序，根据所述加工机床测量的待加工区域的曲率与法矢调整加工头姿态，随后通过所述加工机床上的压脚机构压紧所述环形产品并驱动主轴进行加工。

30、可选地，将试刀件安装于所述第二柔性工作台顶部的试刀台上，所述集成控制系统控制所述加工机床运行试刀程序在所述试刀件上进行试刀，以验证刀具性能与工艺加工参数。

31、本技术所能实现的有益效果：

32、本技术实施例提出一种用于环形产品的柔性装配加工系统及加工方法，整个系统均以空间圆柱极坐标为基础坐标，与待加工产品几何形状匹配，避免了复杂多轴插补运算，系统运行精度更高，加工编程更加快速简单；系统中的第一柔性工作台柔性立式支撑、径向夹持压紧环形产品，产品的重力均匀作用于第一柔性工作台上，避免了卧式支撑方案因产品自重导致产品形变；系统中的第二柔性工作台从产品内壁柔性多点阵列径向自适应稳定支撑，能够有效抑制产品在加工机床对其加工过程中产生颤振，能实现大型环形薄壁类产品的稳定柔性轴向、柔性径向自适应支撑、柔性装夹以及大型环形薄壁类产品的制孔、铰孔、锪窝等装配加工。