包括縱向導軌和橫向臂的機床的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種適于在大尺寸部件(P)的表面上實施操作——特別是加工——的機床。該機床包括縱向導軌(1)和與縱向導軌(1)正交的橫向臂(3)，該橫向臂(3)在第一端(31)處滑動地緊固至縱向導軌(1)。橫向臂(3)的第二端(32)設置有單元(5)，該單元(5)包括能夠在操作過程中將單元(5)在部件(P)上保持就位的保持裝置。由此，承載工具(4)的橫向臂(3)被精確地定位于在其上進行操作的部件(P)上。
【專利說明】包括縱向導軌和橫向臂的機床
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于在部件上執行表面操作的機床，特別是大尺寸的、例如用于在飛行器機身的構件上生產孔的機床。
[0002]本發明更廣泛地涉及機床領域，該機床用于在大尺寸的部件或結構上實施自動或半自動的操作，通常是加工或安裝操作。
【背景技術】
[0003]飛行器機身或諸如機翼之類的其他航空結構的制造是通過以已知的方式將剛性板組裝到結構上來完成的，其中，剛性板一般是金屬的。為此，板——該板是平坦的或彎曲的——在結構上被放置就位并且通過例如鉚接的方式組裝至該結構上。這需要在一旦板就位時就能夠對該組件進行加工，通常是為了生產鉚接所需的孔。
[0004]這些操作可以由操作人員來完成。能夠在整個機身上生產孔的大尺寸機器人的研制是昂貴的。
[0005]為了在大尺寸組件上快速而精確地制造這些孔或者執行其他簡單的加工操作，仍然需要研制設備以便使這些操作部分地自動化。
[0006]例如，文獻EP1761360介紹了一種機床，該機床包括兩個平行的柔性導軌，該兩個柔性導軌被緊固至待加工的結構上。將導軌緊固到結構上是通過使用吸杯(suct1n cups)來實現的。加工裝置——通常是鉆頭——沿著橫向模塊在兩個導軌之間行進。
[0007]然而，這樣的設備的實施是復雜的，因為其包括必須完全平行的兩個導軌。此外，通過構造，兩個導軌之間的寬度以及通過機床能夠達到的區域是有限的。由于將兩個導軌平行地定位在具有強的雙曲率(strong double curvature)的表面上的難度,最終,這樣的設備不適于這種具有強的雙曲率的表面。在航空結構、特別是某些機身的某些區域中存在有顯著的雙曲率。
【發明內容】
[0008]本發明的目的在于解決前述缺點中的至少一個缺陷。
[0009]為此，本發明涉及用于在部件上實施操作的機床，其包括:
[0010].縱向導軌，該縱向導軌被構造成與部件相對地定位；
[0011]?橫向臂，該橫向臂正交于縱向導軌，其包括用于在縱向導軌上進行的平移運動而安裝的第一端；
[0012]?工具,該工具由橫向臂承載；
[0013]其中，該橫向臂的第二端設置有單元，該單元包括使單元能夠在部件上保持就位的保持裝置并且其中，該單元是機動化的而且包括用于在部件上平行于縱向導軌進行爬行的行進系統。
[0014]-在這種情況下，該單元被保持為與部件持續地接觸
[0015]機床包括單個的縱向導軌。該導軌可以與部件相對地固定地定位。這樣的機床是易于實現的，因為其需要將單個導軌放置就位。其可以適于在具有雙曲率的表面的部件上實施操作，因為其不需要將兩個平行導軌放置就位。其適于大尺寸結構，并且能夠實現在大面積上進行的操作。確切地講，可以實現具有長的長度(例如大約1200m)的橫向臂。當在部件上實施操作時，通過借助吸杯將橫向臂的兩個端部分別緊固在縱向導軌和部件上，或在縱向導軌和部件上對這兩個端部進行持續的位置控制，確保了適當地保持橫向臂。
[0016]根據一種實施方式，該保持裝置包括吸杯。
[0017]根據另一實施方式，該保持裝置包括從以下選擇的設備:磁設備、自粘帶以及產生范德華力的設備。
[0018]根據第一變體，該單元可以包括履帶。該履帶可以包括含有多個吸杯的胎面。
[0019]根據第二變體，該單元可以包括機動化的滾子。
[0020]在該實施方式中，機床可以包括控制設備，該控制設備設置用于使單元的運動與橫向臂的第一端沿縱向導軌的運動同步。機床還可以包括用于判定橫向臂在縱向導軌上的所產生的力的裝置，所述力判定裝置功能上地聯接至控制設備，該控制設備被構造成使所述力最小化。
[0021]該工具可以被構造成能夠沿橫向臂平移移動。特別地，該工具可以選自以下設備:鉆頭、砂輪機、摩擦學探針、鉚釘插入設備、鉚接設備、膠槍(mastic gun)、噴涂槍。
[0022]用于橫向臂在縱向導軌上的平移運動的安裝有利地由剛性地聯接至橫向臂以及安裝成用于在縱向導軌上的平移運動的模塊實現。
[0023]縱向導軌可以是柔性的，以便能夠適應部件的曲率半徑。
[0024]有利地通過使用緊固吸杯而將縱向導軌緊固到部件上。為此，縱向導軌有利地包括緊固吸杯。
[0025]本發明的其他特征和優勢還將會出現在下面的描述中。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]在附圖中，以非限制性示例的方式給出了:
[0027]-圖1概略地示出了根據本發明的實施方式的機床，以及其直接環境；
[0028]-圖2根據三維示意圖示出了在本發明的實施方式中實施的橫向臂的單元的詳細視圖。
【具體實施方式】
[0029]圖1所示出的根據本發明的實施方式的機床包括縱向導軌I。在該實施方式中，縱向導軌I包括緊固吸杯11，使得能夠將縱向導軌I緊固到部件P上，例如加工的操作將要在部件P上進行。在此，縱向導軌I是柔性的，并且因此可以跟隨部件P的曲率。模塊2被安裝于縱向導軌I上并且可以在其上平移移動。模塊2可以配備有一個或更多個馬達，所述一個或更多個馬達驅動其在縱向導軌I上的平移。
[0030]橫向臂3在橫向臂3的第一端31的位置處被緊固至模塊2。橫向臂3基本上正交于縱向導軌I并且保持為基本上正交于縱向導軌I。橫向臂3可以沿縱向導軌I平移移動。在此處所示示例中，該平移直接聯接到模塊2沿縱向導軌I的平移。模塊2可以被構造成用于容納動力單元(未圖示)，該動力單元包括用于包含在機床中的設備的動力電子設備。在航空應用中，橫向臂可以具有使得能夠實現在大約1200mm上進行的加工操作的長度。[0031 ] 工具4—通常是機床一被聯接至橫向臂3。工具4在實踐中可以包括經由接口連接至橫向臂3的模塊，該模塊包括工作工具。因此，包含該工作工具的模塊用來確保至臂的機械聯接、提供工作工具的操作所必需的能量，以及借助各種外圍設備——例如千斤頂、傳感器等——提供其功能。該工具被構造成沿著橫向臂3平移移動。因此，工具4具有與橫向臂3的滑動聯接。特別地，工具4可以是用于實際加工的裝置或緊固至支承件的用于加工的裝置，支承件自身聯接至橫向臂3。
[0032]特別地，工具4可以是被稱為“自動鉆孔單元”的鉆頭或者鉆孔工具。通過示例的方式而非詳盡地，工具4還可以是用于切割、磨削、尺寸驗證、例如采用超聲波的非破壞性試驗、盲孔檢測、粘膠劑涂覆、粘合劑涂覆、涂料涂覆的工具。
[0033]工具4沿著橫向臂4的平移可以是機動化的。
[0034]用于驅動模塊2沿著縱向導軌的運動和/或工具4沿著橫向臂3的運動的馬達可以是“步進”型的。其有利地與能夠實現提供其位置控制的電子控制系統(未圖示)相關聯。
[0035]因此，工具的位置可以在參考的正交框架中精確地被控制，其中，該參考的正交框架具有平行于縱向導軌的軸線(所謂的“X”位置)和平行于橫向臂的軸線(所謂的“y”位置)。
[0036]還可以使用在現有技術狀態中已知的能夠基于這兩條軸實現工具的位置的導向和控制的任意其他設備。
[0037]根據本發明的不同變體，還可以基于三條正交旋轉軸或者根據這三條軸中的一者或兩者來對該工具進行定向上的控制。
[0038]機床的橫向臂3包括單元5。單元5被固定至橫向臂4的第二端32。圖2作為三維的圖解視圖示出了單元5的【具體實施方式】。在該實施方式中，單元5包括吸杯51。在可能會在橫向臂3中產生力的在部件P上的操作過程中，吸杯51能夠使單元5與部件P相對地保持就位。在圖2中，承載吸杯51的單元5的可視表面因此為被構造成面向部件P的面。吸杯51由真空生成裝置或真空生成單元以及真空供應線(未示出)供應真空。真空生成裝置可以共用于吸杯51的供應和緊固吸杯11。
[0039]吸杯51可以是固定的，或者是可以能夠整體地或部分地縮回到單元5中的，以便在其運動過程中遠離部件P。在這種情況下，吸杯51被放置為與部件P相接觸，于是，減壓被施加于吸杯的內側，以使其固定在部件P上。
[0040]單元5可以包括數個吸杯51。
[0041]在此所示的實施方式中，單元5是機動化的。單元5的機動化使得其在部件P上的行進能夠平行于縱向導軌I被引導。單元5包括作為行進系統的履帶52。如此機動化的單元5適于在部件P上平行于縱向導軌I爬行。
[0042]這樣被構造成在表面上緩慢移動或爬行的設備通常以術語“履帶牽引裝置(crawler) ” 定名。
[0043]履帶52包括在部件上提供良好摩擦系數的橡膠胎面。
[0044]在單元5是機動化的并且被構造成在部件上平行于縱向導軌爬行的實施方式中，如在此處所示出的實施方式中那樣，單元5的運動有利地由控制單元6控制。在此處所示出的本發明的變體中，控制單元被聯接至單元5。
[0045]控制設備6的目的在于使單元5的運動與模塊2沿縱向導軌I的運動同步。
[0046]在平坦的表面上，單元5的運動必須時刻與模塊2沿縱向導軌I的運動相同，以確保這些元件的相同的且同時的行進。相反地，當在具有雙曲率的表面上(例如，在飛行器的機身的前部處)使用機床時，單元5的速度必定不同于模塊2的速度以確保單元5和模塊2以同步的方式行進一即使單元5和模塊2將要走過的距離是不同的。控制設備6使得對單元5和模塊2的行進的這種管理得以實現。
[0047]此外，令單元5的運動與模塊2沿縱向導軌I的運動同步使得橫向臂3能夠更精確地定位。確切地講，與將橫向臂3緊固至縱向導軌I有關的橫向臂3的懸臂式安裝以及工具4的重量及其在橫向臂3上的定位會導致橫向臂3的輕微的彎曲。
[0048]最后，橫向臂3的懸臂式安裝、工具4的重量和定位在橫向臂4與縱向導軌I之間的聯接中產生潛在地高的力，該力應當通過使單元5的運動與模塊2的運動的良好的同步而被限制。為此，該機床可以設置有用于判定在橫向臂與縱向導軌相聯接的位置處橫向臂產生的力的裝置。該裝置通常可以是應變儀或傳感器，從而能夠判定與橫向臂3的懸臂式安裝有聯系的縱向導軌I與橫向臂3之間的聯接中的力偶。
[0049]用于判定力的裝置功能地聯接至控制設備。因此，控制設備從傳感器接收測量結果，并且根據這些測量結果和/或其數據的整理分析而通過單元5的機動化來控制單元5的運動，以便使橫向臂在其與縱向導軌聯接的位置處產生的力最小化。
[0050]一般地，機床可以包括一組幾何控制裝置(未圖示)，從而使其能夠識別能夠影響工具4的定位精確性的變形(彎曲，扭轉)，以及使得能夠通過校正回路校正該定位。
[0051]在包括非機動化的單元5的機床的情況下，允許確保模塊2沿著縱向軌道I的就位控制和/或工具4沿著橫向臂3的就位控制的控制設備構造成考慮了由于橫向臂3的懸伸承載和安裝、工具4的質量和位置而產生的機床的變形。在包括非機動化的單元5的機床的情況下，單元5變為在所述橫向臂3運動期間距離部件P的表面一段小的距離。
[0052]當然，在不偏離本發明的范圍的情況下可以預想到該機床的其他實施方式或變體。
[0053]特別地，可以采用用于將縱向導軌I緊固至部件P上的其他裝置，例如磁裝置。
[0054]在本發明的另一變體中，縱向導軌I不包括用于直接緊固至待加工部件上的裝置。在該變體中，縱向導軌I未被置于部件P上或者與部件P相接觸，而是形成周邊設備或“工作站”的一部分。然后，通過使部件P相對于工作站固定，而將縱向導軌I與部件相對地固定地定位。
[0055]單元5的保持裝置可以包括一個吸杯或多個吸杯，無論該吸杯是否被施加減壓。替代吸杯地或除了吸杯以外，單元5的保持裝置可以包括選自以下的設備:磁設備、自粘帶和產生范德華力的設備。
[0056]替代已描述的具有橡膠胎面的履帶，機動化的單元5的行進系統還可以包括吸杯式履帶，即由包括吸杯的胎面構成的履帶，從而在單元5的運動以及橫向臂3的運動過程中在單元5與部件P之間提供良好的接觸。在該變體中，胎面的吸杯可以是被動式的，其通過在單元5壓在部件P上的力的唯一影響下的運動漸進地粘著于部件P的表面。胎面的吸杯可以替代性地為主動式的，當其與部件P相接觸時，由真空生成裝置對其供應真空。在對部件P進行加工上這種吸杯可以被用作單元5的保持裝置，而不再需要為此功能所需的額外的吸杯。
[0057]替代性地，可以采用其他行進系統。例如，在一種變體中，利用一個或更多個機動化的滾子。優選地，該一個或多個滾子包括橡膠材料的胎面。根據變體的其他示例，行進系統包括氣墊、磁設備或者自粘帶。
[0058]在其單元5是機動化的機床的情況下，控制設備6可以具有各種位置和特征。作為位于聯接至單元5的某一位置的替代方案，控制設備6可以由模塊2承載，或者由機床的任意其他構件承載。控制設備6可以位于機床的外部。控制設備6還可以采用與控制模塊2在縱向導軌I上的行進的裝置相同的物理裝置(計算機等)。最后，由控制設備所產生的控制數據可以通過有線或無線裝置傳送至單元5。
[0059]如上所述的機床可以用于例如鉆鑿飛行器的機身部件的鉚孔。鉆孔方法可以根據下述步驟實現。首先，基于預定的定位將縱向導軌I定位在機身部件上。根據預定的第一位置，模塊2按照“X”定位，即沿著縱向導軌I。在本發明的單元5為機動化的實施方式中，單元5沿著機身部件平行于縱向導軌I以與模塊2同步的方式爬行。一旦模塊2和單元5已經定位，則啟用用于單元5的保持裝置以便使單元5相對于機身部件固定。通常，當所采用的機床的自身的保持裝置包括吸杯51時，吸杯51放置為與機身部件相接觸，并且在吸杯51中建立減壓以便使單元5固定。然后，單元5通過吸杯51中產生的減壓保持就位。單元5進而被連接至橫向臂3的第二端32，構成橫向臂3的第二端32在部件P上的穩定的錨固座。至于橫向臂的第一端31，其在縱向導軌I上固定。因此，當在部件P上進行操作時，橫向臂3完全地固定，并且為工具4提供穩定的承載結構。
[0060]工具4——在本文所描述的情況工具4是自主的鉆孔單元——沿著橫向臂3按照“y”定位，以便在機身部件上的預定的精確的點處生產第一孔。
[0061 ] 然后放松保持裝置，例如，釋放吸杯51中的減壓，使得單元5再次能夠相對于機身部件移動。
[0062]然后將工具定位成在機身部件的第二點處生產第二孔。可以使得工具通過模塊2沿著縱向導軌I行進而按照“X”行進或移位而同時機動化的單元5以同步行進的方式在機身部件的表面上緩慢行進，并且可以使得工具按照“y”沿著橫向臂3行進。
[0063]如前文所述，實施保持裝置并且使橫向臂3固定，從而生產第二孔。
[0064]使模塊2沿著縱向導軌I行進至第二預定位置。一旦模塊2和單元5已經正確定位，則采用吸杯51使單元5相對于機身部件固定。于是完成第二排孔。
[0065]因此，在機床能夠夠到的區域中提供的孔可以在機床為制造另一區域中的孔而行進之前制造而成。
[0066]使用根據本發明的機床可以進行其他操作。某些操作，例如截切或研磨可能會需要工具沿著“X”和“y”軸做恒定的運動。這通過模塊2沿著縱向導軌I的和工具4沿著橫向臂3的同時運動以及一在該情況發生時一單元5的運動來實現，如果單元5是機動化的話是這樣。
[0067]如此研制的機床能夠實現將在大尺寸部件的表面一通常是飛行器機身的構件——上進行的操作的自動化或半自動化，特別是簡單的加工操作的自動化或半自動化。由于只有一個導軌被定位為部件上的縱向參考，因此，根據所考慮的實施方式，所研制的機床可以適于具有雙曲率的結構。另外，還易于進行安裝，使得在通常情況下一個操作人員就足以實現該安裝。借助于長的臂長能夠在大尺寸表面上進行操作，例如進行加工。這可以通過在部件上進行操作的時候對臂的兩端進行固定或者對臂的兩端進行持續的位置控制來實現。此外，所研制的機床還可以容易地進行重新構造，并且可以采用能夠實現許多類型的加工、組裝或控制操作的許多類型的工具。
【權利要求】
1.一種用于在部件上進行操作的機床，包括: 縱向導軌(I)，所述縱向導軌(I)構造成與所述部件相對地定位； 橫向臂(3)，所述橫向臂(3)與所述縱向導軌(I)正交，所述橫向臂(3)包括用于安裝成在所述縱向導軌(I)上進行平移運動的第一端(31)； 由所述橫向臂承載的工具； 其中，所述橫向臂(3)的第二端(32)設置有單元(5)，所述單元(5)包括使得所述單元(5)能夠在所述部件上保持就位的保持裝置， 其特征在于，所述單元(5)是機動化的并且包括用于在所述部件上平行于所述縱向導軌(I)而爬行的行進系統。
2.根據權利要求1所述的機床，其中，所述保持裝置包括吸杯(51)。
3.根據權利要求1所述的機床，其中，所述保持裝置包括從以下選擇的設備:磁設備、自粘帶以及產生范德華力的設備。
4.根據前述權利要求中的任一項所述的機床，其中，所述行進系統包括履帶(52)。
5.根據權利要求4所述的機床，其中，所述履帶包括具有多個吸杯的胎面。
6.根據前述權利要求中的任一項所述的機床，其中，所述行進系統包括機動化的滾子。
7.根據前述權利要求中的任一項所述的機床，還包括控制設備￠)，所述控制設備(6)設置用于使所述單元(5)的運動與所述橫向臂(3)的所述第一端的沿所述縱向導軌(I)的運動同步。
8.根據權利要求7所述的機床，還包括用于判斷在所述縱向導軌(I)上由所述橫向臂(3)所產生的力的裝置，所述力判定裝置功能性地聯接至所述控制設備￠)，并且所述控制設備(6)構造成使所述力最小化。
9.根據前述權利要求中的任一項所述的機床，其中，所述工具構造成能夠沿所述橫向臂⑶平移移動。
10.根據前述權利要求中的任一項所述的機床，其中，用于在所述橫向臂(3)與所述縱向導軌(I)之間的平移運動的安裝由剛性地聯接至所述橫向臂(3)并且被安裝成用于在所述縱向導軌(I)上進行平移運動的模塊(2)實現。
11.根據前述權利要求中的任一項所述的機床，其中，所述縱向導軌(I)構造成緊固至所述部件⑵。
12.根據權利要求11所述的機床，其中，所述縱向導軌(I)是柔性的，以便能夠適應所述部件的曲率半徑。
13.根據權利要求11或12所述的機床，其中，所述縱向導軌(I)包括緊固吸杯(11)。
【文檔編號】B23Q9/00GK104511784SQ201410525814
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年10月8日 優先權日:2013年10月8日
【發明者】法比安·艾伯特 申請人:空中客車運營簡化股份公司