阅读说明：本技术 一种复合材料桨叶后缘自适应切边的方法和基准帖块 (Self-adaptive trimming method for rear edge of composite blade and reference patch block ) 是由 刘佳林 屈新河 戴周军 贾小锋 周阳富 李洁宇 胡辉 丁宇辉 涂建平 王锟 许漂 于 2019-11-14 设计创作，主要内容包括：本发明属于复合材料加工工艺方法,提供一种复合材料桨叶后缘自适应切边的方法和基准帖块,实现数控自动化批量加工,有效保证复合材料桨叶后缘的加工质量一致性。方法包括：将基准帖块间隔分布在沿桨叶后缘样条基准线上,固定在后缘样条基准线凸起部位,在数控机床上设定工件坐标系,自动探测出桨叶后缘样条基准线上每个基准帖块的三个面自动求解出它的坐标值,自动拟合计算出样条基准线的轨迹,并自动输出桨叶后缘多余飞边加工程序。(The invention belongs to a composite material processing technique, and provides a method for self-adaptive trimming of the rear edge of a composite material blade and a reference block, so that numerical control automatic batch processing is realized, and the consistency of the processing quality of the rear edge of the composite material blade is effectively ensured. The method comprises the following steps: the method comprises the steps of distributing reference blocks on a spline reference line along the trailing edge of the blade at intervals, fixing the reference blocks at the protruding part of the spline reference line at the trailing edge, setting a workpiece coordinate system on a numerical control machine, automatically detecting three surfaces of each reference block on the spline reference line at the trailing edge of the blade, automatically solving the coordinate value of each reference block, automatically fitting and calculating the track of the spline reference line, and automatically outputting a redundant flash processing program at the trailing edge of the blade.)

一种复合材料桨叶后缘自适应切边的方法和基准帖块

技术领域

本发明属于复合材料加工工艺方法，涉及一种复合材料桨叶后缘自适应切除飞边的方法和装置。

背景技术

旋翼桨叶是为直升机提供升力的关键零件，是衡量直升机制造企业制造水平的重要标尺之一，复合材料具有高的比强度、比刚度、以及可设计性等诸多优势，逐渐取代金属、木材等材料成为现代直升机桨叶采用的主要材料。

复合材料优异的使用性能促进了桨叶性能的进步，但复合材料在热压固化成型过程中存在较大的热膨胀与收缩变形，为适应后缘完整性和加工质量需要，桨叶成型时有意延伸后缘，且用显著标志来限定后缘区域，即切割样条线。复合材料桨叶制备完成后，为满足其高性能要求，需要以切割样条线为基准对多余的飞边进行切除加工，飞边切割制造过程中的难点如下：

桨叶通常采用较先进的气动布局如非线性几何扭转角分布，造成几何外形十分复杂，且桨叶长度大(6-9m左右)、刚度低，再加上复合材料固化过程中纤维与基体热膨胀系数的差异导致构件内部存在较大的残余应力等因素，导致桨叶变形量大，加工基准难以确定，无法使用数控机床进行批量加工，只能依赖手工打磨切除；

复合材料桨叶切割时会产生大量的粉尘，环境污染严重，需在专门的打磨除尘间内进行，劳动环境差；操作工人需穿戴专用的防护劳保服进行作业，工作强度大。

发明内容

发明目的：提供一种复合材料桨叶后缘自适应切边的方法和基准帖块，实现数控自动化批量加工，有效保证复合材料桨叶后缘的加工质量一致性。

技术方案：

一种复合材料桨叶后缘自适应切边的方法，包括：

将基准帖块间隔分布在沿桨叶后缘样条基准线上，固定在后缘样条基准线凸起部位，在数控机床上设定工件坐标系，自动探测出桨叶后缘样条基准线上每个基准帖块的三个面自动求解出它的坐标值，自动拟合计算出样条基准线的轨迹，并自动输出桨叶后缘多余飞边加工程序。

包括：

步骤1、在桨叶安装在机床上之前，将基准帖块沿桨叶后缘样条基准线均匀安装在桨叶后缘上，固定在后缘样条基准线凸起部位，保证后缘样条基准线凸起部位与基准帖块凹槽紧密贴合；

步骤2、将装好基准帖块的桨叶安装在数控机床上，设定工件坐标系；

步骤3、调用雷尼绍探头，自动探测每个基准帖块，通过算法自动求解出探测点的坐标值；

步骤4、程序执行完毕后，结果输出宏程序会根据每个基准帖块的坐标值自动输出加工程序，然后拆除所有的基准帖块；

步骤5、调用金刚石磨片刀执行桨叶后缘多余飞边加工程序。

步骤2还包括：清除桨叶前缘毛刺。

步骤3算法具体为：

设探测点的坐标值为X、Y、Z；探头球心坐标值为X0、Y0、Z0；

RD1为球心至侧头底部距离

RD2为球心至侧头侧部距离

刀轴矢量：I1，J1，K1

探测矢量：I2，J2，K2

X＝X0+(I1*RD1-RD2*I2)

Y＝Y0+(J1*RD1-RD2*J2)

Z＝Z0+(K1*RD1-RD2*K2)

步骤5还包括：同时打开除尘装置。

还包括：步骤6、加工完毕后按指令进行检验。

基准帖块每隔500mm均匀分布在沿桨叶后缘样条基准线上。

一种基准帖块，基准帖块为立方体结构，下表面开有卡槽，基准帖块侧面开有螺栓孔，沿桨叶后缘样条基准线上的桨叶后缘多余飞边***卡槽，用蝶形螺栓压紧。

卡槽内设有凹槽。

有益效果：

通过本发明，成功将桨叶后缘样条基准线由模拟量转换为数控机床识别控制的数字量。从而摆脱桨叶飞边只能依赖手工打磨的限制，实现数控自动化批量加工，精度可控制在±0.1mm以内，与传统的手工切割打磨方式相比，能有效保证复合材料桨叶后缘的加工质量一致性。

附图说明

图1为本发明安装使用示意图。

图2为图1的A-A处剖面图。

图3为图2的C-C处放大图。

图4为图1的B-B处放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细描述。

如图1、2、3、4所示，将基准帖块每隔500mm均匀分布在沿桨叶后缘样条基准线上4，基准帖块为立方体结构，下表面开有卡槽，基准帖块侧面开有螺栓孔，并用M8蝶形螺栓7压紧。卡槽内设有凹槽，用于卡接桨叶后缘样条基准线的凸起。然后在数控机床上设定工件坐标系(G54)1，利用雷尼绍探头6自动探测出桨叶后缘样条基准线上每个基准帖块的三个面自动求解出它的坐标值(X、Y、Z值)，进而自动拟合计算出样条基准线的轨迹，并自动输出桨叶后缘多余飞边5加工程序。

具体实施方案为：

1、在桨叶安装在机床上之前，将基准帖块2沿桨叶后缘样条基准线4每隔500mm均匀安装在桨叶后缘上并使用M8蝶形螺栓7锁紧，保证后缘样条基准线凸起部位与基准帖块凹槽紧密贴合。

2、清除桨叶前缘毛刺，将装好基准帖块的桨叶3安装在数控机床上，设定工件坐标系G54。

3、调用雷尼绍探头，并执行状态感知主程序ZXXJYQB.MPF。自动探测每个基准帖块，通过算法自动求解出探测点的坐标值。

算法如下：

RD1为球心至侧头底部距离

RD2为球心至侧头侧部距离

刀轴矢量：I1，J1，K1

探测矢量：I2，J2，K2

X＝X0+(I1*RD1-RD2*I2)

Y＝Y0+(J1*RD1-RD2*J2)

Z＝Z0+(K1*RD1-RD2*K2)

4、程序执行完毕后，结果输出宏程序会根据每个基准帖块的坐标值自动输出加工程序，然后拆除所有的基准帖块。

5、调用金刚石磨片刀，执行加工程序ZXXDJY.MPF，同时打开除尘装置。

6、加工完毕后按指令进行检验。