一种薄壁试验件定位夹紧装置及自动钻铆方法

1.一种薄壁试验件定位夹紧装置，其特征在于，包括围框组件、定位机构和试验件夹持机构，所述定位机构中的两个固定座和两个支承座分别位于所述围框组件的上表面的两端，均通过导向杆滑块安装在定位机构的两个导轨上，所述的两个导轨分别固定在所述围框两个长边的上表面；两组试验件夹持机构分别套装在各所述定位机构的导向杆上；所述夹持机构根据所夹持工件的外形分为平面夹持机构和曲面夹持机构；
所述的平面夹持机构包括夹持座、夹持顶杆和转动手柄；所述夹持座为矩形块状，该夹持座的上部有用于装夹工件的凹槽，使该夹持座的上部呈“U”形；所述凹槽的三个内表面均为平面；在该夹持座的上表面有贯通该凹槽侧板的螺纹通孔，用于安装夹持顶杆；在所述夹持座的下部有导向杆的安装孔；所述夹持顶杆为螺纹杆，旋装入所述螺纹通孔内，并使该夹持顶杆有橡胶垫一端位于所述凹槽内；在所述夹持顶杆的另一端装有转动手柄；
所述围框组件包括围框、一对围框组件导轨、四个围框定位机构和四个导轨滑块；一对围框组件导轨固定在该围框下表面，并位于该围框两个短边处；在所述一对围框组件导轨上各有两个导轨滑块；四个围框定位机构分别固定在各所述导轨滑块上；
所述的曲面夹持机构包括曲面夹持座、圆头顶杆、外定位螺母和内紧固螺母；所述的曲面夹持座为块状，该曲面夹持座上表面有凸出该表面的夹持板，该夹持板的内表面和外表面均为弧形；在该曲面夹持座上表面还有凸出该表面的型面块；所述夹持板的内表面曲率为1/80，外表面曲率为1/100，并且该夹持板的水平投影为矩形；型面块呈1/4球状，该型面块的半径为15mm。
2.如权利要求1所述薄壁试验件定位夹紧装置，其特征在于，所述围框定位机构包括连接板、夹持块和顶杆；所述夹持块固定在连接板的下表面，该夹持块上有“U”形槽，在所述“U”形槽一侧壁板的内表面有凸出该表面的橡胶垫块，在所述“U”形槽另一侧壁板的内表面有用于安装顶杆的螺孔；所述的橡胶垫块与所述的螺孔同轴；顶杆旋装入所述螺孔中，并使位于该顶杆一端的橡胶顶块的端面与所述橡胶垫块的端面相对应；在该顶杆另一端的圆周表面有安装手柄的通孔；在所述连接板上分布有连接孔，通过螺栓将该连接板固定在各所述导轨滑块的下表面。
3.如权利要求1所述薄壁试验件定位夹紧装置，其特征在于，所述定位机构包括两个导轨、两个导向杆、两个固定座、两个支承座和四个导向杆滑块；所述的导向杆滑块均分为两组，并将两组导向杆滑块分别安装在所述两个导轨上；所述的两个固定座和两个支承座均安装在所述导轨上，并使两个固定座位于所述围框的一侧，使两个支承座位于所述围框的另一侧；所述的两个导向杆的一端置于所述支承座上表面的圆弧形凹槽内，另一端通过键固定在所述固定座上；在各所述导向杆上分别套装有两个固定卡，并使各固定卡分别位于所述固定座的内侧和支承座的内侧，通过该固定卡固定导向杆与固定座或支承座之间的相对位置。
4.如权利要求1所述薄壁试验件定位夹紧装置，其特征在于，所述夹持板与型面块分别位于该曲面夹持座上表面相对称的两个侧边处；在所述夹持板上有用于安装该圆头顶杆的条形通孔，该条形通孔的长度方向与所在的夹持板的长度方向一致；所述圆头顶杆装入该条形通孔内，并使该圆头顶杆的球面端位于该夹持板的内侧，与所述的型面块对应。
5.一种使用权利要求1所述薄壁试验件定位夹紧装置的自动钻铆方法，其特征在于，具体过程是：
步骤1：确定工件上铆接点的初始位置；
在工件上确定初始的O-XYZ坐标系，并使该O-XYZ坐标系的原点位于所述工件的几何中心；
根据十钉双排铆接变形试验要求，在工件的第一象限中设置第一基准点D1，在工件的第二象限中设置第二基准点D2；以所述D1和D2作为钻铆作为确定铆接孔位置的基准点；
第一基准点D1的中心距工件X方向边缘的距离为W1，距工件Y方向的边缘的距离为L1；
第二基准点D2的中心距工件-X方向边缘的距离亦为W1，距工件Y方向边缘的距离亦为L1；以所述第一基准点D1的中心和第二基准点D2的中心作为确定铆接点位置的基准点；
在所述工件上确定铆接点；所述的铆接点的数量根据设计要求确定；将铆接点均分为两排，并使两排铆接点分别位于O-XYZ坐标系中X轴的两侧；第一排铆接点均布在所述的第一基准点D1与第二基准点D2之间；第二排铆接点中的中心位置分别与第一排的各铆接点的中心位置相对应；所述第一排铆接点的中心距工件的Y方向的边缘的距离为L1，所述第二排铆接点的中心距工件的-Y方向的边缘的距离亦为L1；相邻铆接点之间的中心距根据设计要求确定；
步骤2：安装围框定位机构；
步骤3：定位装夹工件；
步骤4：修正工件上铆接点的初始位置；
所述修正工件上铆接点初始位置的具体过程是：
Step 1：调整钻铆机的加工坐标系O'-X'Y'Z'；使该钻铆机的加工坐标系O'-X'Y'Z'的原点与工件上确定初始的O-XYZ坐标系的原点重合且坐标轴方向相同；
Step 2：提取铆接点初始位置在所述钻铆机的加工坐标系O'-X'Y'Z'中的坐标信息；通过CATIA软件提取并记录所述基准点的初始坐标信息，以及各铆接点初始位置的坐标信息；
所提取的基准点的初始坐标信息为 包括了第一基准点D1和第二基准点D2的初始坐标信息；其中的D为工件基准点，n表示第n个基准点，n＝1,2,...,l；所提取的各铆接点初始位置的坐标信息为 其中的r为工件上的铆接点，m表示第m个铆接点，m＝1,2,...,k；
Step 3：修正坐标信息；
所述的坐标信息包括第一基准点D1和第二基准点D2的坐标信息，以及各铆接点初始位置的坐标信息；
具体是：
修正基准点.
Ⅰ第一基准点D1修正：
a、第一基准点D1偏差的确定；
将钻铆机的钻头中心从设计确定的对刀点M开始移动，沿-X’方向移动w1后，沿-Y’向移动L1，钻铆机自动获取钻铆机钻头中心t在当前加工坐标系O'-X'Y'Z'中的坐标位置(Xt,Yt,Zt)，并将获取的钻铆机钻头中心t的当前坐标(Xt,Yt,Zt)与第一基准点D1的初始坐标信息进行对比，确定二者之间的坐标偏差值 在所述的坐标偏差值
中，因Z向的偏差能够通过钻铆机自适应调整，无需修正，故Z向偏差值取值为
0；
b、第一基准点D1坐标的修正；
判断第一基准点D1的初始坐标的偏差值是否满足 其中δ为允许
误差；
若不满足，则将得到的第一基准点D1的位置偏差 中的偏差值分别计入第一基准点D1初始坐标 中，使第一基准点D1修正后的坐标为
若满足，则该第一基准点D1的初始坐标满足设计要求，无需修正；
Ⅱ第二基准点D2的修正
a、第二基准点D2偏差的确定；
将钻铆机的钻头中心从设计确定的对刀点M开始移动，沿-X’方向移动w1+u距离后，沿-Y’向移动L1，钻铆机自动获取钻铆机钻头中心t的当前坐标位置(Xt,Yt,Zt)；其中的u为D1与D2之间的中心距；
钻铆机将获取的铆机钻头中心的当前坐标位置(Xt,Yt,Zt)与第二基准点D2的初始坐标信息 对比，确定二者之间的坐标偏差值 在所述的坐标偏差值
中，因Z向的偏差能够通过钻铆机自适应调整，无需修正，故Z向偏差值取值为
0；
b、第二基准点D2坐标的修正；
所述第二基准点D2坐标的修正方法与上述第一基准点D1坐标修正的方法相同；
在所述对各基准点坐标的修正中，若第一基准点D1和第二基准点D2的坐标偏差均满足则可直接进行铆接，跳转至步骤5；否则，对铆接点坐标进行修正；
Ⅲ铆接点坐标偏差的修正
根据设计要求，基准点和相邻铆接点之间的距离等于铆钉间距；因铆接点Z向的偏差能够通过钻铆机自适应调整，因此，Z向的偏差无需修正，只需对X向和Y向的偏差进行修正；
a、铆接点坐标偏差的确定；
对第一基准点D1和第二基准点D2之间的铆接点r依次编号为i,记为ri，i＝1......k/2，其中的k为铆接点的个数；
所述第一基准点D1和第二基准点D2之间的各铆接点依次标记为r1、r2…rk/2，并规定与第一基准点D1相邻的铆接点r1为第一铆接点；
计算第一基准点D1的偏差值 与第二基准点D2的偏差值 之间
的差值，得到两个基准点之间的偏差增量△；
将所述偏差增量△均分为1+k/2份，得到各铆接点的平均增量；将所得到的各铆接点的平均增量分别增加到各铆接点r1、r2…rk/2的坐标值上，即得到各铆接点r1、r2…rk/2修正后的坐标值；
结合第一基准点D1和第二基准点D2的坐标偏差值，第一基准点D1和第二基准点D2之间的铆接点ri在X向的坐标偏差值为 铆接点ri在Y向的坐标偏
差值为
b、铆接点坐标偏差的修正；
将铆接点ri的X向坐标偏差值 和Y向坐标偏差值
分别计入铆接点ri的初始坐标 中，则修正后的坐
标 重复所
述修正铆接点初始坐标的过程，依次对各铆接点的初始坐标进行修正，直至完成所有铆接点初始坐标的修正，得到所有铆接点的位置坐标；
步骤5：工件自动钻铆；根据修正后的铆接点的位置坐标实施自动钻铆；
步骤6：铆接完毕后，钻铆机恢复到初始状态，工件下架，完成对工件的钻铆。

一种薄壁试验件定位夹紧装置及自动钻铆方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及飞机制造与工艺装备领域，具体是一种用于薄壁试验件自动钻铆的定位夹紧装置及钻铆方法。\n背景技术\n[0002] 薄壁结构是飞机机体结构的重要组成部分，如机翼、机身和尾翼等，薄壁结构主要通过铆接实现装配，其装配过程主要涉及定位、夹紧、制孔和铆接等各工序。随着自动化水平的提高，以自动钻铆机为代表的自动化设备在薄壁件装配中得到了广泛应用。当新材料、新结构在机型中开始应用时，必须进行小尺寸试验件的自动钻铆工艺试验，以确定工艺参数和相关性能。当前薄壁试验件铆接主要通过手持方式进行，存在工作量大、易引入人为误差和定位精度差等不足，以及安全问题。\n[0003] 专利号为201310287667.X的发明专利公开了一种适用于飞机壁板装配的小围框夹持器，该夹持器可实现壁板快速、准确地装配，多用于大尺寸壁板的装夹定位和铆接，但对小尺寸薄壁试验件的定位装夹存在局限性。专利号为CN201320613580.2的发明专利公开了一种用于自动电磁铆接设备的紧固件夹持装置，可降低自动钻铆铆接的成本，但该夹持装置不能用于薄壁件的夹持，也无法提高钻铆精度和效率。专利号为CN201110155803.0的发明专利公开一种轻金属板材的搅拌摩擦铆接装置及铆接方法，使铆钉与被铆接板材之间形成机械互锁，实现轻质金属合金板材的机械连接，但该铆接装置不能用于薄壁试验件的自动钻铆。梁莹等在文献“大型薄壁舱体的自动钻铆技术研究”，航天制造技术，2013,10(8):38-46中研究了火箭舱体在自动钻铆中的定位系统、送钉系统、运动结构和控制系统，但上述机构和系统仅考虑了大尺寸薄壁结构/舱体在自动钻铆中装夹定位等问题。总的来说，目前国内外尚缺乏针对小尺寸薄壁试验件自动钻铆的方法和装夹装置，在薄壁件铆接试验时，仍通过手持方式进行。一方面，由于人为操作的因素，试验件不能稳定的夹持，造成铆接质量波动较大，理论上在一条直线上的铆钉会因手持的缘故造成一定程度的偏离，而钻孔和铆接的位置完全依靠工人通过经验和视觉观察确定，位置精度难以保障；另一方面，人工手持进行试验件的自动钻铆，工作强度大，工作效率低，因此需实现试验件机械化和自动化的钻铆来提高效率。\n发明内容\n[0004] 为克服现有技术中存在的钻孔和铆接的位置精度难以保障，工作强度大和工作效率低的不足，本发明提出了一种薄壁试验件定位夹紧装置及自动钻铆方法。\n[0005] 本发明包括围框组件、定位机构和试验件夹持机构，所述的定位机构有两组，分别位于所述围框组件的上表面的两端，均通过导向杆滑块安装在定位机构的两个导轨上，所述的两个导轨分别固定在所述围框两个长边的上表面；两组试验件夹持机构分别套装在各所述定位机构的导向杆上。所述夹持机构根据所夹持工件的外形分为平面夹持机构和曲面夹持机构。\n[0006] 所述围框组件包括围框、一对围框组件导轨、四个围框定位机构和四个导轨滑块。\n一对围框组件导轨固定在该围框下表面，并位于该围框两个短边处。在所述一对围框组件导轨上各有两个导轨滑块。四个围框定位机构分别固定在各所述导轨滑块上。\n[0007] 所述围框定位机构包括连接板、夹持块和顶杆。所述夹持块固定在连接板的下表面，该夹持块上有“U”形槽，在所述“U”形槽一侧壁板的内表面有凸出该表面的橡胶垫块，在所述“U”形槽另一侧壁板的内表面有用于安装顶杆的螺孔；所述的橡胶垫块与所述的螺孔同轴。顶杆旋装入所述螺孔中，并使位于该顶杆一端的橡胶顶块的端面与所述橡胶垫块的端面相对应；在该顶杆另一端的圆周表面有安装手柄的通孔。在所述连接板上分布有连接孔，通过螺栓将该连接板固定在各所述导轨滑块的下表面。\n[0008] 所述定位机构包括两个导轨、两个导向杆、两个固定座、两个支承座和四个导向杆滑块。所述的导向杆滑块均分为两组，并将两组导向杆滑块分别安装在所述两个导轨上。所述的两个固定座和两个支承座均安装在所述导轨上，并使两个固定座位于所述围框的一侧，使两个支承座位于所述围框的另一侧。所述的两个导向杆的一端置于所述支承座上表面的圆弧形凹槽内，另一端通过键固定在所述固定座上；在各所述导向杆上分别套装有两个固定卡，并使各固定卡分别位于所述固定座的内侧和支承座的内侧，通过该固定卡，固定该导向杆与固定座或支承座之间的相对位置，从而达到固定导向杆的效果，同时还能够限定所述固定夹持机构与固定座或支承座之间的相对位置。\n[0009] 所述的平面夹持机构包括夹持座17、夹持顶杆和转动手柄。所述夹持座为矩形块状，该夹持座的上部有用于装夹工件的凹槽，使该夹持座的上部呈“U”形；所述凹槽的三个内表面均为平面。在该夹持座的上表面有贯通该凹槽侧板的螺纹通孔，用于安装夹持顶杆。\n在所述夹持座的下部有导向杆的安装孔。所述夹持顶杆位螺纹杆，旋装入所述螺纹通孔内，并使该夹持顶杆有橡胶垫一端位于所述凹槽内；再所述夹持顶杆的另一端装有转动手柄。\n[0010] 所述的曲面夹持机构包括曲面夹持座、圆头顶杆、外定位螺母和内紧固螺母。所述的曲面夹持座为块状，该曲面夹持座上表面有凸出该表面的夹持板，该夹持板的内表面和外表面均为弧形；在该曲面夹持座上表面还有凸出该表面的型面块；所述夹持板与型面块分别位于该曲面夹持座上表面相对称的两个侧边处。在所述夹持板上有用于安装该圆头顶杆的条形通孔，该条形通孔的长度方向与所在的夹持板的长度方向一致。所述圆头顶杆装入该条形通孔内，并使该圆头顶杆的球面端位于该夹持板的内侧，与所述的型面块对应。\n[0011] 所述夹持板的内表面曲率为1/80，内表面曲率为1/100，并且该夹持板的水平投影为矩形；所述型面块呈1/4球状，该型面块的半径为15mm。\n[0012] 在所述圆头顶杆上套装有外定位螺母和内紧固螺母，并使所述外定位螺母位于该夹持板的外侧，使所述内紧固螺母位于该夹持板的内侧。\n[0013] 本发明提出的使用所述薄壁试验件定位夹紧装置的自动钻铆的具体过程是：\n[0014] 步骤1：确定工件上铆接点的初始位置。\n[0015] 在工件上确定初始的O-XYZ坐标系，并使该O-XYZ坐标系的原点位于所述工件的几何中心。\n[0016] 根据十钉双排铆接变形试验要求，在工件的第一象限中设置基准点D1，在工件的第二象限中设置基准点D2。以所述D1和D2作为钻铆作为确定铆接点位置的基准点。\n[0017] 所述第一基准点D1的中心距工件X方向边缘的距离为W1，距工件Y方向的边缘的距离为L1；所述第二基准点D2的中心距工件-X方向边缘的距离亦为W1，距工件Y方向边缘的距离亦为L1。以所述第一基准点D1的中心和第二基准点D2的中心作为确定铆接点位置的基准点。\n[0018] 在所述工件上确定铆接点。所述的铆接点的数量根据设计要求确定。将铆接点均分为两排，并使两排铆接点分别位于所述X0Y坐标系中X轴的两侧；第一排铆接点均布在所述的第一基准点D1与第二基准点D2之间；第二排铆接点中的中心位置分别与第一排的各铆接点的中心位置相对应。所述第一排铆接点的中心距工件的Y方向的边缘的距离为L1，所述第二排铆接点的中心距工件的-Y方向的边缘的距离亦为L1。相邻铆接点之间的中心距根据设计要求确定。\n[0019] 步骤2：安装围框定位机构。\n[0020] 步骤3：定位装夹工件。\n[0021] 步骤4：修正工件上铆接点的初始位置。\n[0022] 所述修正工件上铆接点初始位置的具体过程是：\n[0023] Step 1：调整钻铆机的加工坐标系O'-X'Y'Z'。使该钻铆机的加工坐标系O'-X'Y'Z'的原点与工件上确定初始的O-XYZ坐标系的原点重合且坐标轴方向相同。\n[0024] Step 2：提取铆接点初始位置在所述钻铆机的加工坐标系O'-X'Y'Z'中的坐标信息。\n[0025] 通过CATIA软件提取并记录所述基准点的初始坐标信息，以及各铆接点初始位置的坐标信息。\n[0026] 所提取的基准点的初始坐标信息为 包括了第一基准点D1和第二基\n准点D2的初始坐标信息；其中的D为工件基准点，n表示第n个基准点，n＝1,2,...,l。\n[0027] 所提取的各铆接点初始位置的坐标信息为 其中的r为工件上的铆接点，m表示第m个铆接点，m＝1,2,...,k。\n[0028] Step 3：修正坐标信息。\n[0029] 所述的坐标信息包括第一基准点D1和第二基准点D2的坐标信息，以及各铆接点初始位置的坐标信息。\n[0030] 具体是：\n[0031] 修正基准点.\n[0032] Ⅰ基准点D1修正：\n[0033] a、基准点D1偏差的确定。\n[0034] 将钻铆机的钻头中心从设计确定的对刀点M开始移动，沿-X’方向移动w1后，沿-Y’向移动L1，钻铆机自动获取钻铆机钻头中心t在当前加工坐标系O'-X'Y'Z'中的坐标位置(Xt,Yt,Zt)，并将获取的钻铆机钻头中心t的当前坐标(Xt,Yt,Zt)与第一基准点D1的初始坐标信息 进行对比，确定二者之间的坐标偏差值 在所述的坐标偏\n差值 中，因Z向的偏差能够通过钻铆机自适应调整，无需修正，故Z向偏差值取值为0。\n[0035] b、基准点D1坐标的修正。\n[0036] 判断基准点D1的初始坐标的偏差值是否满足 其中δ为允许\n误差。\n[0037] 若不满足，则将得到的基准点D1的位置偏差 中的偏差值分别计入基准点D1初始坐标 中，使基准点D1修正后的坐标为 若\n满足，则该基准点D1的初始坐标满足设计要求，无需修正。\n[0038] Ⅱ基准点D2的修正\n[0039] a、基准点D2偏差的确定。\n[0040] 将钻铆机的钻头中心从设计确定的对刀点M开始移动，沿-X’方向移动w1+u距离后，沿-Y’向移动L1，钻铆机自动获取钻铆机钻头中心t的当前坐标位置(Xt,Yt,Zt)；其中的u为D1与D2之间的中心距。\n[0041] 钻铆机将获取的铆机钻头中心的当前坐标位置(Xt,Yt,Zt)与第二基准点D2的初始坐标信息 对比，确定二者之间的坐标偏差值 在所述的坐标偏差\n值 中，因Z向的偏差能够通过钻铆机自适应调整，无需修正，故Z向偏差值取值为0。\n[0042] b、基准点D2坐标的修正。\n[0043] 所述基准点D2坐标的修正方法与上述基准点D1坐标修正的方法相同。\n[0044] 在所述对各基准点坐标的修正中，若第一基准点D1和第二基准点D2的坐标偏差均满足 则可直接进行铆接，跳转至步骤5；否则，对铆接点坐标进行修\n正。\n[0045] Ⅲ铆接点坐标偏差的修正\n[0046] 根据设计要求，基准点和相邻铆接点之间的距离等于铆钉间距。因铆接点Z向的偏差能够通过钻铆机自适应调整，因此，Z向的偏差无需修正，只需对X向和Y向的偏差进行修正。\n[0047] a、铆接点坐标偏差的确定。\n[0048] 对第一基准点D1和第二基准点D2之间的铆接点r依次编号为i,记为ri，i＝\n1......k/2，其中的k为铆接点的个数。\n[0049] 所述第一基准点D1和第二基准点D2之间的各铆接点依次标记为r1、r2…rk/2，并规定与第一基准点D1相邻的铆接点r1为第一铆接点。\n[0050] 计算第一基准点D1的偏差值 与第二基准点D2的偏差值\n之间的差值，得到两个基准点之间的偏差增量△。\n[0051] 将所述偏差增量△均分为1+k/2份，得到各铆接点的平均增量。将所得到的各铆接点的平均增量分别增加到各铆接点r1、r2…rk/2的坐标值上，即得到各铆接点r1、r2…rk/2修正后的坐标值。\n[0052] 结合第一基准点D1和第二基准点D2的坐标偏差值，第一基准点D1和第二基准点D2之间的铆接点i在X向的坐标偏差值为 铆接点i在Y向的坐标\n偏差值为\n[0053] b、铆接点坐标偏差的修正。\n[0054] 将铆接点ri的X向坐标偏差值 和Y向坐标偏差值\n分别计入铆接点ri的初始坐标 中，则修正后的坐\n标\n[0055] 重复所述修正铆接点初始坐标的过程，依次对各铆接点的初始坐标进行修正，直至完成所有铆接点初始坐标的修正，得到所有铆接点的位置坐标。\n[0056] 步骤5：工件自动钻铆。根据修正后的铆接点的位置坐标实施自动钻铆。\n[0057] 步骤6：铆接完毕后，钻铆机恢复到初始状态，工件下架，完成对工件的钻铆。\n[0058] 本发明由围框组件、定位机构、试验件夹持机构组成。其中，围框组件由主体框架、Y向导轨、X向导轨组成，其中Y向导轨、X向导轨各两个；定位机构包括支撑定位结构和夹紧结构；试验件夹持机构包括导向装置和夹紧机构，其中导向装置由孔型定位座、承力支撑座、带凹槽导向杆、定位键以及轴向固定套等组成，夹紧机构由一系列适用于不同夹紧要求的夹紧头组成。定位机构和试验件夹持机构都通过螺栓与围框组件连接。本发明结构简单，能够适应不同的试验件形状，有效减轻了操作人员的工作量，具有较强的适应性和可重构性。\n[0059] 与现有技术相比较，本发明取得的有益效果是：\n[0060] 通过定位机构中导轨滑块的滑移，能够适应自动钻铆机不同卡板间间距变化的情况，提高了夹持装置的适用范围和灵活性；调整机构可通过滑块移动，用于定位不同长度的试验件；上部的夹紧装置，可通过调节夹紧机构的类型和数目，以夹持不同形状和宽度的试验件。薄壁试验件自动钻铆夹持装置结构简单，操作方便，与人工手持式铆接相比，其钻铆位置精度可从目测精度提高到±0.05mm，效率提高2倍以上。\n附图说明\n[0061] 图1是本发明的结构示意图；\n[0062] 图2是围框的结构示意图；\n[0063] 图3是定位机构的结构示意图；\n[0064] 图4是定位机构与定位卡板的配合示意图；\n[0065] 图5是固定卡与导向杆、固定座的配合示意图；\n[0066] 图6是导向机构的结构示意图；\n[0067] 图7是固定座的结构示意图；\n[0068] 图8是支承座的结构示意图；\n[0069] 图9是平面夹持机构的结构示意图，其中，9a是侧视图；9b是夹持平面试验件示意图；\n[0070] 图10是曲面夹持机构的结构示意图，其中，10a是主视图；10b是侧视图；10c是剖视图；10d是夹持曲面试验件示意图；\n[0071] 图11是薄壁试验件的结构示意图；\n[0072] 图12是本发明的钻铆点位确定流程图；图中：\n[0073] 1.围框定位机构；2.导轨滑块；3.围框；4.导轨；5.导向机构；6.试验件夹持机构；\n7.夹持块；8.顶杆；9.连接板；10.固定卡；11.固定座；12.平键；13.导向杆；14.支承座；15.转动手柄；16.夹持顶杆；17.夹持座；18.外定位螺母；19.内紧固螺母；20.圆头顶杆；21.曲面夹持座；22.平面试验件；23.曲面试验件；24.定位卡板。\n具体实施方式\n[0074] 本实施例是一种7075-T651铝合金薄壁件自动钻铆试验方法，以确定该薄壁件铆接过程引起的变形。由于薄壁试验件形状、尺寸不固定，为了既方便快捷又精确的进行薄壁件铆接试验，采用本实施例提出的定位夹紧装置进行试验。\n[0075] 所述薄壁试验件自动钻铆夹持装置包括围框组件、定位机构和试验件夹持机构，所述的定位机构有两组，分别位于所述围框组件的上表面的两端，均通过导向杆滑块22安装在所述定位机构的导轨4上；两组所述试验件夹持机构6分别套装在各所述定位机构的导向杆上。所述试验件夹持机构根据所夹持工件的外形分为平面夹持机构和曲面夹持机构。\n[0076] 所述围框组件包括围框3、一对围框组件导轨、四个围框定位机构1和四个导轨滑块2。所述围框3为矩形的框形件，一对围框组件导轨固定在该围框下表面，并位于该围框两个短边处。在所述一对围框组件导轨上各有两个导轨滑块2。四个围框定位机构1分别固定在各所述导轨滑块上。所述围框定位机构1包括连接板9、夹持块7和顶杆8。所述夹持块固定在连接板的下表面，该夹持块上有“U”形槽，在所述“U”形槽一侧壁板的内表面有凸出该表面的橡胶垫块，在所述“U”形槽另一侧壁板的内表面有用于安装顶杆的螺孔；所述的橡胶垫块与所述的螺孔同轴。顶杆8旋装入所述螺孔中，并使位于该顶杆一端的橡胶顶块的端面与所述橡胶垫块的端面相对应；在该顶杆另一端的圆周表面有安装手柄的通孔。在所述连接板9上分布有连接孔，通过螺栓将该连接板固定在各所述导轨滑块2的下表面。\n[0077] 所述定位机构包括两个导轨4、两个导向杆13、两个固定座11、两个支承座14和四个导向杆滑块22。所述的两个导轨4分别固定在所述围框3两个长边的上表面。所述的导向杆滑块22均分为两组，并将两组导向杆滑块分别安装在所述两个导轨上。所述的两个固定座11和两个支承座14均安装在所述导轨4上，并使两个固定座位于所述围框的一侧，使两个支承座位于所述围框的另一侧。所述的两个导向杆13的一端置于所述支承座上表面的圆弧形凹槽内，另一端通过键固定在所述固定座11上；在各所述导向杆上分别套装有两个固定卡10，并使各固定卡分别位于所述固定座的内侧和支承座的内侧，通过该固定卡，固定该导向杆与固定座或支承座之间的相对位置，从而达到固定导向杆13的效果，同时还能够限定所述固定夹持机构与固定座或支承座之间的相对位置。\n[0078] 所述的平面夹持机构包括夹持座17、夹持顶杆16和转动手柄15。所述夹持座为矩形块状，该夹持座的上部有用于装夹工件的凹槽，使该夹持座的上部呈“U”形；所述凹槽的三个内表面均为平面。在该夹持座的上表面有贯通该凹槽侧板的螺纹通孔，用于安装夹持顶杆16。在所述夹持座的下部有导向杆5的安装孔。所述夹持顶杆16位螺纹杆，旋装入所述螺纹通孔内，并使该夹持顶杆有橡胶垫一端位于所述凹槽内；再所述夹持顶杆的另一端装有转动手柄15。\n[0079] 所述的曲面夹持机构包括曲面夹持座21、圆头顶杆20、外定位螺母18和内紧固螺母19。所述的曲面夹持座21为块状，该曲面夹持座上表面有凸出该表面的夹持板，该夹持板的内表面和外表面均为弧形；在该曲面夹持座上表面还有凸出该表面的型面块；所述夹持板与型面块分别位于该曲面夹持座上表面相对称的两个侧边处。所述夹持板的内表面曲率为1/80，内表面曲率为1/100，并且该夹持板的水平投影为矩形；所述型面块呈1/4球状，该型面块的半径为15mm。在所述夹持板上有用于安装该圆头顶杆20的条形通孔，该条形通孔的长度方向与所在的夹持板的长度方向一致。所述圆头顶杆20装入该条形通孔内，并使该圆头顶杆的球面端位于该夹持板的内侧，与所述的型面块对应。在所述圆头顶杆20上套装有外定位螺母18和内紧固螺母19，并使所述外定位螺母位于该夹持板的外侧，使所述内紧固螺母位于该夹持板的内侧。\n[0080] 本实施例中，围框定位机构1与下部导轨滑块2通过螺栓连接，通过调节滑块在导轨上的位置改变两个定位机构之间的距离，以适应不同的卡板类型；上下导轨与围框3通过螺栓连接；导向机构通过螺栓与上部导轨滑块连接；试验件夹持机构通过凹槽与导向机构5的导向杆13相连，并可以沿导向杆自由滑动。\n[0081] 附图2为围框示意图，附图3为导轨、滑块示意图，其中上、下导轨滑块大小型号一致，上、下导轨除长度不同外，其他参数一致。附图4为定位机构结构，其中夹持块7为定位机构的主要结构，下方与卡板接触部分加工为柱状，可以与卡板凹槽呈不同角度时均使受力方向垂直于凹槽底面，顶杆8和手柄9用来夹紧定位机构。附图5为固定卡10，有两种用途，其一为固定导向杆13与固定座11的相对位置，从而达到固定导向杆13的效果；其二为固定夹持机构与导向杆13的相对位置，从而达到固定夹持机构的效果。图6为导向机构整体示意图，固定座11与支承座14分别通过螺栓与Y向滑动导轨滑块相连接，导向杆13通过平键12与固定座11相连，确保其只能轴向滑动，而不能发生转动。图7和图8分别为固定座11和支承座\n14详细结构图。\n[0082] 图9为平面试验件夹持机构，将平面试验件平面放在夹持机构平台17上，通过使用转动手柄15，将夹持顶杆16与平面试验件接触并夹紧。其中，夹持顶杆16通过螺纹与夹持机构平台17相连，转动手柄15和夹持顶杆16间隙配合，并且轴线相互垂直。通过转动手柄15，可以实现夹持顶杆16正向或逆向旋转，进而相对于夹持机构平台17上下移动，达到夹持不同厚度试验件以及施加不同大小夹紧力的效果。\n[0083] 图10为曲面试验件夹持机构，使用方式与平面试验件夹持机构类似，其中圆头顶杆20可沿曲面夹持座21上的通槽移动，调整其与曲面试验件之间的角度，保证其能垂直施力于曲面试验件，外定位螺母18和内紧固螺母19实现固定圆头顶杆20位置及夹紧曲面试验件的作用。其中，外定位螺母18和内紧固螺母19分别通过螺纹与圆头顶杆20相连并进行旋转夹紧。圆头顶杆20顶端为半球状，与曲面夹持座21上的1/4球体可实现点对点夹紧，保证夹紧力与曲面试验件的垂直。\n[0084] 本实施例还提出了一种采用所述定位夹紧装置进行薄壁件自动钻铆试验的方法，所述的薄壁件为长220mm×宽120mm×厚2mm的7075-T651铝合金板料，以下称工件。\n[0085] 本实施例为十钉双排铆接，使用的铆钉为直径5mm、钉长10mm的2A10-T4平锥头铆钉，根据装配工艺需求，钉孔名义直径为5.08mm，铆钉间距为25mm。\n[0086] 所述的自动钻铆试验方法包括以下步骤：\n[0087] 步骤1：确定工件上铆接点的初始位置。\n[0088] 在工件上确定初始的O-XYZ坐标系，并使该O-XYZ坐标系的原点位于所述工件的几何中心。\n[0089] 根据十钉双排铆接变形试验要求，将所述工件划分为四个象限，其中第一象限中有第一基准点D1，第二象限中有第二基准点D2；所述第一基准点D1的中心距工件X方向边缘的距离为W1，距工件Y方向的边缘的距离为L1；所述第二基准点D2的中心距工件-X方向边缘的距离亦为W1，距工件Y方向边缘的距离亦为L1。以所述第一基准点D1的中心和第二基准点D2的中心作为确定铆接点位置的基准点。\n[0090] 在所述工件上确定铆接点。所述的铆接点的数量根据设计要求确定。将铆接点均分为两排，并使两排铆接点分别位于所述X0Y坐标系中X轴的两侧；第一排铆接点均布在所述的第一基准点D1与第二基准点D2之间；第二排铆接点中的各孔分别与第一排的各铆接点的位置相对应。所述第一排铆接点的中心距工件的Y方向的边缘的距离为L1，所述第二排铆接点的中心距工件的-Y方向的边缘的距离亦为L1。相邻铆接点之间的中心距根据设计要求确定。\n[0091] 本实施例中，铆接点的数量为10个，相邻铆接点之间的中心距为25mm。\n[0092] 步骤2：安装围框定位机构。将围框3通过定位结构中的定位杆8定位到定位卡板上，拧紧围框底座的四个手柄，完成围框在定位卡板上的定位。\n[0093] 步骤3：定位装夹工件。根据十钉双排工件的形状选择平面夹持机构，将工件夹持机构6沿导向杆移动至该导向杆的中间位置，使所夹持的工件位于围框3中部；将工件通过夹持机构6中的转动手柄15和夹持顶杆16夹紧。\n[0094] 步骤4：修正工件上铆接点的初始位置。\n[0095] 由于工件存在加工和定位误差，定位装夹后工件的实际位置与预定的理论位置存在偏差，为了消除所述的偏差，需经过以下几个阶段才能确定最终的加工位置。\n[0096] Step 1：调整钻铆机的加工坐标系O'-X'Y'Z'。使该钻铆机的加工坐标系O'-X'Y'Z'的原点与工件上确定初始的O-XYZ坐标系的原点重合且坐标轴方向相同。\n[0097] Step 2：提取铆接点初始位置在所述钻铆机的加工坐标系O'-X'Y'Z'中的坐标信息。\n[0098] 通过CATIA软件提取并记录所述基准点的初始坐标信息，以及各铆接点初始位置的坐标信息。\n[0099] 所提取的基准点的初始坐标信息为 包括了第一基准点D1和第二基\n准点D2的初始坐标信息；其中的D为工件基准点，n表示第n个基准点，n＝1,2,...,l。\n[0100] 所提取的各铆接点初始位置的坐标信息为 其中的r为工件上的铆接点，m表示第m个铆接点，m＝1,2,...,k。\n[0101] 本实施例中，n＝2，k＝10。\n[0102] Step 3：修正坐标信息。\n[0103] 所述的坐标信息包括第一基准点D1和第二基准点D2的坐标信息，以及各铆接点初始位置的坐标信息。\n[0104] 由于工件在定位夹紧过程中存在误差，其基准点和铆接点的理论坐标值和实际坐标值之间存在偏差，因此需要对初始坐标值进行修正。\n[0105] 修正基准点.\n[0106] Ⅰ基准点D1修正：\n[0107] 1、基准点D1偏差的确定。\n[0108] 将钻铆机的钻头中心从设计确定的对刀点M开始移动，沿-X’方向移动w1后，沿-Y’向移动L1，钻铆机自动获取钻铆机钻头中心t在当前加工坐标系O'-X'Y'Z'中的坐标位置(Xt,Yt,Zt)，并将获取的钻铆机钻头中心t的当前坐标(Xt,Yt,Zt)与第一基准点D1的初始坐标信息 进行对比，确定二者之间的坐标偏差值 在所述的坐标偏\n差值 中，因Z向的偏差能够通过钻铆机自适应调整，无需修正，故Z向偏差值取值为0。本实施例中，所述的-w1＝15mm，所述的-L1＝25mm。\n[0109] 2、基准点D1坐标的修正。\n[0110] 判断基准点D1的初始坐标的偏差值是否满足 其中δ为允许\n误差，本实施例中δ取值为0.5mm。\n[0111] 若不满足，则将得到的基准点D1的位置偏差 中的偏差值分别计入基准点D1初始坐标 中，使基准点D1修正后的坐标为 若\n满足，则该基准点D1的初始坐标满足设计要求，无需修正。\n[0112] Ⅱ基准点D2的修正\n[0113] 1、基准点D2偏差的确定。\n[0114] 将钻铆机的钻头中心从设计确定的对刀点M开始移动，沿-X’方向移动w1+u距离后，沿-Y’向移动L1，钻铆机自动获取钻铆机钻头中心t的当前坐标位置(Xt,Yt,Zt)；其中的u为D1与D2之间的中心距。\n[0115] 钻铆机将获取的铆机钻头中心的当前坐标位置(Xt,Yt,Zt)与第二基准点D2的初始坐标信息 对比，确定二者之间的坐标偏差值 在所述的坐标偏差\n值 中，因Z向的偏差能够通过钻铆机自适应调整，无需修正，故Z向偏差值取值为0。本实施例中，所述的w1＝15mm，所述的L1＝25mm。\n[0116] 2、基准点D2坐标的修正。\n[0117] 所述基准点D2坐标的修正方法与上述基准点D1坐标修正的方法相同。\n[0118] 在所述对各基准点坐标的修正中，若第一基准点D1和第二基准点D2的坐标偏差均满足 则可直接进行铆接，跳转至步骤5；否则，对铆接点坐标进行修\n正。\n[0119] Ⅲ铆接点坐标偏差的修正\n[0120] 根据设计要求，基准点和相邻铆接点之间的距离等于铆钉间距。因铆接点Z向的偏差能够通过钻铆机自适应调整，因此，Z向的偏差无需修正，只需对X向和Y向的偏差进行修正。\n[0121] 1、铆接点坐标偏差的确定。\n[0122] 对第一基准点D1和第二基准点D2之间的铆接点r依次编号为i,记为ri，i＝\n1......k/2，其中的k为铆接点的个数。\n[0123] 所述第一基准点D1和第二基准点D2之间的各铆接点依次标记为r1、r2…rk/2，并规定与第一基准点D1相邻的铆接点r1为第一铆接点。\n[0124] 计算第一基准点D1的偏差值 与第二基准点D2的偏差值\n之间的差值，得到两个基准点之间的偏差增量△。\n[0125] 将所述偏差增量△均分为1+k/2份，得到各铆接点的平均增量。将所得到的各铆接点的平均增量分别增加到各铆接点r1、r2…rk/2的坐标值上，即得到各铆接点r1、r2…rk/2修正后的坐标值。\n[0126] 结合第一基准点D1和第二基准点D2的坐标偏差值，第一基准点D1和第二基准点D2之间的铆接点ri在X向的坐标偏差值为 铆接点ri在Y向的坐\n标偏差值为\n[0127] 本实施例中，位于第一基准点D1和第二基准点D2之间的铆接点共计5个，分别记为r1、r2…r5。\n[0128] 铆接点r1在X向的坐标偏差值为 Y向的坐标偏差值为\n铆接点r2在X向的坐标偏差值为 Y向的\n坐标偏差值为 铆接点r3在X向的坐标偏差值为\nY向的坐标偏差值为 铆接点r4在X向的\n坐标偏差值为 Y向的坐标偏差值为 铆接\n点r5在X向的坐标偏差值为 Y向的坐标偏差值为\n[0129] 因工件上铆接点的坐标偏差可视为刚体平移和转动引起的，故第二排中的铆接点X向和Y向的偏差修正值与第一排中对应铆接点的X向和Y向的偏差修正值分别相同。在本实施例中，铆接点r6的偏差值与铆接点r1相同，铆接点r7的偏差值与铆接点r2相同，铆接点r8的偏差值与铆接点r3相同，铆接点r9的偏差值与铆接点r4相同，铆接点r10的偏差值与铆接点r5相同。\n[0130] 2、铆接点坐标偏差的修正。\n[0131] 将铆接点ri的X向坐标偏差值 和Y向坐标偏差值\n分别计入铆接点ri的初始坐标 中，则修正后的坐\n标\n[0132] 本实施例中，铆接点r1的初始坐标 中，则修正后的坐标\n[0133] 至此完成对铆接点的r1初始坐标的修正。\n[0134] 重复所述修正铆接点的r1初始坐标的过程，依次对其余各铆接点的初始坐标进行修正，直至完成所有铆接点初始坐标的修正。\n[0135] 其他铆接点r2～r10的坐标修正方法同铆接点r1。保存铆接点r2～r10修正后的坐标信息为\n[0136] 步骤5：工件自动钻铆。当工件基准点D1和D2的误差满足要求后，铆接点r2～r10修正后的坐标值为 所述坐标为工件在钻铆机加工坐标系中\n加工位置。钻铆机根据试验件铆接点位置信息开始加工，直到所有铆接点加工完毕。该工件的钻铆参数从数据库中已有的参数直接调入，具体设置如下：主轴转速：11000r/min，进给速度400mm/min，压铆力20000N，压铆过程时间0.15s，压铆停留时间0.05s，夹紧力3.05Mpa。\n[0137] 步骤6：铆接完毕后，钻铆机恢复到初始状态，工件下架，完成对工件的钻铆。