專利名稱：一種復合材料板殼結構任意角度錐形孔定位打磨裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種復合材料板殼結構任意角度錐形孔定位打磨裝置及方法，屬于復合材料結構修理技術領域。
背景技術：
隨著復合材料在現代飛機結構中的大量應用，飛機復合材料結構修理成為必須解決的重要技術問題。對復合材料結構進行修理時，需要去除損傷區域，其邊緣往往是具有一定角度的斜面，由于角度較小，導致打磨區域較大，高精度的打磨對修理的成敗有著直接的影響。
現有的損傷去除主要依靠工人手動操縱氣動打磨工具來實現，此種方法無論是在精度上還是在效率上都存在不足。發明內容
本發明的目的是為了解決上述問題，提出一種復合材料板殼結構任意角度錐形孔定位打磨裝置及方法。
一種復合材料板殼結構任意角度錐形孔定位打磨裝置，包括打磨刀具、激光定位裝置和氣動打磨工具；
打磨刀具固定在氣動打磨工具的鉆頭位置，打磨刀具的頂端為錐形，直徑為Φ” 安裝桿直徑為Φ2、錐度角為α、高度為1 ；
激光定位裝置包括兩套激光放射和接收裝置、角度指示盤、指針、蜂鳴裝置和可旋轉連接件；兩套激光放射和接收裝置同軸設置，為一體結構，兩套激光放射和接收裝置通過可旋轉連接件連接與氣動打磨工具的鉆頭根部連接，指針固定連接在激光放射和接收裝置上，指針和激光放射和接收裝置能夠一起繞鉸鏈處轉動；角度指示盤固定在氣動打磨工具上，打磨刀具的軸線為I1，兩套激光放射和接收裝置發出的兩束激光的中心線為12，指針在角度指示盤中指向0刻度線的直線為13，I3與I2垂直；當兩套激光放射和接收裝置旋轉時， 指針指向角度指示盤，測量出I1與I2之間的夾角β。
一種復合材料板殼結構任意角度錐形孔定位打磨方法，包括以下幾個步驟
步驟一在復合材料板上打孔；
在復合材料板上先打圓孔，圓孔的孔徑要小于打磨刀具的錐孔的直徑；
步驟二、粘貼環形激光反光膜；
在復合材料板已打好的圓孔周圍粘貼可反射激光束的環形激光反光膜，環形激光反光膜整體為環形，其內半徑比打磨圓孔半徑大；
步驟三定位打磨裝置進行標定，確定角度刻度線；
標定具體操作如下
1)當旋轉激光定位裝置時，帶動指針旋轉，當中心線為I2與軸線I1平行時指針所指的位置為0°刻度；
2)確定0°刻度線以后，使用角度測量工具對角度指示盤的刻度進行標定，0刻度線以上的為激光裝置旋轉的范圍0°至90° ；
步驟四調整定位打磨裝置，確定打磨角度；
給定需要的打磨角度A，通過下述公式選取打磨刀具，其錐度角為α，調整激光設備名義中線與手鉆軸線的夾角β，保證打磨中的角度，進行打磨；
打磨角A為
當復合材料板為平面時
權利要求
1.一種復合材料板殼結構任意角度錐形孔定位打磨裝置，其特征在于，包括打磨刀具、 激光定位裝置和氣動打磨工具；打磨刀具固定在氣動打磨工具的鉆頭位置，打磨刀具的頂端為錐形，直徑為Φ ”安裝桿直徑為Φ2、錐度角為α、高度為1 ；激光定位裝置包括兩套激光放射和接收裝置、角度指示盤、指針、蜂鳴裝置和可旋轉連接件；兩套激光放射和接收裝置同軸設置，為一體結構，兩套激光放射和接收裝置通過可旋轉連接件連接與氣動打磨工具的鉆頭根部連接，指針固定連接在激光放射和接收裝置上， 指針和激光放射和接收裝置能夠一起繞鉸鏈處轉動；角度指示盤固定在氣動打磨工具上， 打磨刀具的軸線為I1，兩套激光放射和接收裝置發出的兩束激光的中心線為I2，指針在角度指示盤中指向0刻度線的直線為13，I3與I2垂直；當兩套激光放射和接收裝置旋轉時，指針指向角度指示盤，測量出I1與I2之間的夾角β。
2.根據權利要求1所述的一種復合材料板殼結構任意角度錐形孔定位打磨裝置，其特征在于，所述的激光放射和接收裝置的旋轉范圍是0°至90°，角度指示盤的刻度為0°至 90°。
3.根據權利要求1所述的一種復合材料板殼結構任意角度錐形孔定位打磨裝置，其特征在于，所述的定位打磨裝置還包括環形激光反光膜，將環形激光反光膜貼在需要打磨的復合材料板殼結構上，打磨裝置在環形激光反光膜的位置上進行打磨；環形激光反光膜為環形，且為不連續的扇區。
4.根據權利要求1所述的一種復合材料板殼結構任意角度錐形孔定位打磨裝置，其特征在于，所述的扇區的個數根據精度調整。
5.根據權利要求1、3或者4所述的一種復合材料板殼結構任意角度錐形孔定位打磨裝置，其特征在于，所述的兩套激光放射和接收裝置發出的射線落在環形激光反光膜的同一個反光扇區上，而且，激光放射和接收裝置與環形激光反光膜垂直時，激光放射和接收裝置接收到反射信號，蜂鳴裝置發出蜂鳴聲音；兩套激光放射和接收裝置發出的射線落在環形激光反光膜的空白區上，蜂鳴裝置不發出蜂鳴聲音。
6.一種復合材料板殼結構任意角度錐形孔定位打磨方法，其特征在于，包括以下幾個步驟步驟一在復合材料板上打孔；在復合材料板上先打圓孔，圓孔的孔徑要小于打磨刀具的錐孔的直徑；步驟二、粘貼環形激光反光膜；在復合材料板已打好的圓孔周圍粘貼可反射激光束的環形激光反光膜，環形激光反光膜整體為環形，其內半徑比打磨圓孔半徑大；步驟三定位打磨裝置進行標定，確定角度刻度線；標定具體操作如下1)當旋轉激光定位裝置時，帶動指針旋轉，當中心線為I2與軸線I1平行時指針所指的位置為0°刻度；2)確定0°刻度線以后，使用角度測量工具對角度指示盤的刻度進行標定，0刻度線以上的為激光裝置旋轉的范圍0°至90° ；步驟四調整定位打磨裝置，確定打磨角度；給定需要的打磨角度A，通過下述公式選取打磨刀具，其錐度角為α，調整激光設備名義中線與手鉆軸線的夾角β，保證打磨中的角度，進行打磨； 打磨角A為 當復合材料板為平面時J = (…)當復合材料板為小曲率曲面時A —— 2π 1 α + β + arctan | ^·ν其中α為打磨刀具錐形磨頭的錐度角，L打磨位置到激光射線基點的弧線距離，R為復合材料板曲率半徑；步驟五進行打磨；手持定位打磨裝置設備，使打磨刀具的錐形磨頭對準圓孔中心，同時使兩套激光放射和接收裝置對準環形激光反光膜上同一塊扇區，發出激光，若兩個激光放射和接收裝置接收到激光束信號，則說明激光發射處垂直于環形激光反光膜表面，蜂鳴裝置發出響聲，此時對復合材料板進行打磨，打磨過程中，定位打磨裝置勻速的繞圓孔中心做圓周運動，均勻的聽到蜂鳴聲，若響聲不均勻或不響了，則需要重新定位，繼續打磨，最終磨出所需具有一定錐度的修理孔。
7.根據權利要求6所述的一種復合材料板殼結構任意角度錐形孔定位打磨方法，其特征在于，步驟一中所述的環形激光反光膜外半徑與內半徑的差值由激光設備兩對激光頭距離決定，環形激光反光膜平面要與激光定位裝置的中心線I2保持垂直，并且環形激光反光膜內外半徑差值為1 2mm。
8.根據權利要求6所述的一種復合材料板殼結構任意角度錐形孔定位打磨方法，其特征在于，環形激光反光膜材料為錫箔或鋁箔等鏡面反射為主的材料。
全文摘要
本發明公開了一種復合材料板殼結構任意角度錐形孔定位打磨裝置及方法，在復合材料平板及小曲率板殼需要修理處先打好孔，然后在孔周圍預先貼一層環形激光反光膜，反光膜的寬度比激光設備兩個激光頭距離略大，調整好打磨設備上的激光定位器角度，使激光設備與打磨設備的軸線構成一定角度，此角度可通過計算求的。利用激光反射原理，調整打磨設備角度，使兩個激光頭分別打在反光膜內外邊緣處，調整垂直性，使反射的光線進入激光接收器，當兩個激光接收器同時接收到信號時，內部的蜂鳴裝置發出蜂鳴聲，代表此時設備已經調整好。之后啟動打磨設備進行孔邊的打磨，直到磨出一定角度的孔邊為止。最終實現對板殼結構任意角度錐形孔進行快速定位和打磨。
文檔編號B24B5/35GK102513891SQ201110444790
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月27日 優先權日2011年12月27日
發明者喬柳平, 關志東, 劉佳, 劉德博, 劉璐, 穆軍武, 邱太文, 陳萍 申請人:北京航空航天大學