挠性轨道钻孔机制造技术

本发明专利技术公开一种挠性轨道钻孔机，它采用一对轨道，该轨道在一个方向上是挠性的以适应于非平坦的工件表面，并且在平行于工件表面的方向上基本上是刚性的。所述轨道通过沿每个轨道间隔开来的真空杯座装接于工件。Ｘ轴向托架通过装在固接于托架的挠性簧板上的滚轮可滑动地安装在轨道上。待定位的钻具或其他装置安装在可滑动连接到Ｘ轴向托架的Ｙ轴向托架上。三维的工件表面以数学方式转换成为二维平展图型，并且托架的定位是基于平展图型予以控制的。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在大型工件上钻孔或执行其他加工作业的机器，这些工件为构作成简单或组合轮廓的面板或类似构件，诸如飞机的机翼和机身部分。本专利技术更为具体地涉及一种挠性轨道机器和方法，该方法通过沿安装在工件上并定位于工件的轨道往复移动加工模块，来相对于工件来定位诸如钻机、压印机或类似装置的加工模块。
技术介绍
在诸如飞机机翼和机身面板或其他类型结构的大型工件上精确钻孔的问题一直是对飞机工业和其他工业的一项挑战，并且因此直到目前为止尚未提供一种完全令人满意的、适用于大范围工件构造的解决办法。诸如五轴钻机等大型固定桩式机器可以用于某些类型的工件，但是这些机器的购买和使用都相当昂贵。相反的是，由本申请和其他申请的受让人研发的上述问题的相对低成本的解决办法是，在安装于工件的轨道上安装自动钻具或其他加工模块。钻具或模块支承在沿轨道运行的托架上，该轨道由安装在工件上的一对平行轨道构成。作为这种装置的实例，请参见转让给本申请受让人并且在此引入作为参考的美国专利第4850763号，以及美国专利第3575364号。但是在上述专利中，图示和描述的实施例被应用到不具有复合轮廓表面的工件。在此所用的“复合轮廓”一词，其用来表示在多于一个方向上具有曲率的表面。在这样一种复合轮廓的表面上，一般不可能安放一对平直的挠性轨道，使得该轨道顺从该表面轮廓并且在沿两轨道的所有点处间隔开相同的距离。因为在一般情况下安放在球形表面上的一对挠性轨道之间的间距会发生改变，所以该球形表面是复合轮廓表面的一个例子。相反的是，一个圆柱不具有复合轮廓表面，因为两轨道可以沿周向、轴向或螺旋方向上放置而它们之间的间距可以是恒定的。在上述美国专利第3575364号中，一对挠性轨道沿圆周方向围绕一个圆柱形工件安装。可意识到的是，轨道在这种配置中可以是完全平行的，因为该圆柱表面是简单的轮廓表面。在′364专利中的轨道被制成挠性的，使得它们可以适应于多种表面，但是即使这种挠性轨道在它们安装在复合轮廓表面上时，也不能在沿着两轨道的所有点处精确地使它们等距离隔开。另外，沿复合轮廓表面上的两条不同路径安装的轨道会因沿着两条路径的表面法线的不同方向彼此不同地扭曲。这将难以沿着轨道来回移动托架并且保持托架定位的良好精度。可以在一个复合轮廓表面上安装一对间隔开的轨道使得轨道在沿着轨道的所有点处等距离隔开，但仅只是通过针对特定的工件表面定制设计轨道。如果这种定制设计的轨道用在不同轮廓的表面上，它们就不会在所有点处等距离隔开。虽然非常希望能够在安装在复合轮廓表面上的一对轨道上来回移动钻具或其他机器部件，但是也希望能够在包括简单和复合轮廓表面的多种表面轮廓上采用相同的装置。
技术实现思路
本专利技术针对上述要求并且获得其他优点，提供了一种挠性轨道机器，用来精确地定位那些可用于各种构造的简单和复合轮廓表面上的钻具或其它机器部件。该机器不具有刚性底座或基座；而是工件本身支承着该机器。更具体地讲，一对轨道被安装在工件上，并且钻具或其他机器部件沿着轨道往返移动。与在复合轮廓表面上铺放两轨道相关的上述困难似乎昭示着将两轨道在所有弯曲方向上做成挠性的使得它们起到板条的作用，并在沿着轨道的多个间隔开来的坚硬点处固定每个轨道的位置，以使两轨道精确地平行。但是，本专利技术并没有采取这种作法。按照本专利技术，一对间隔开的挠性轨道安装在工件上使得轨道沿着钻具或其他机器部件沿之往返移动的X轴向延伸。各轨道大致上平行安放，但是如所指出的，当表面具有复合曲率时轨道不是精确平行的。一X轴向托架可滑动地安装在轨道上并支承着钻具或其他机器部件。该X轴向托架只利用两轨道之一作为参照轨道予以驱动以设定托架的X轴位置。另一轨道不用作参照，而只用于在Z轴方向(亦即正交于工件表面)上，反作用于作用在托架上的诸如来自于钻进推进的力。各轨道在绕第一弯曲轴线的弯曲方面相对刚硬而绕正交于第一弯曲轴线的第二弯曲轴线的弯曲方面呈相对揉性。在本专利技术的优选实施例中，这一点是以如下方式实现的，即将各轨道设计成为细长的板状结构，其具有的宽度比厚度大很多。各轨道以板状轨道的主要表面基本上平行于工件表面的方式安装在工件上，使得第一弯曲轴线基本上正交于工件表面(平行于Z轴)并使第二弯曲轴线基本上平行于工件表面(平行于Y轴)。因而各轨道能够弯曲和扭曲，以基本上顺从工件表面的表面法线。以这种方式，各轨道能够定位X轴向托架，使得它在沿着轨道任意给定位置处反映工件的表面法线。如上所述，机器部件可以是一部钻具，但也可以是其他类型的装置，包括但不限于用来在工件上施加印记的压印装置，或者焊接装置。在任何情况下，优选的是将机器部件通过安装在X轴向托架上的Y轴向托架安装在X轴向托架上，以便可沿着Y轴移动，该Y轴横交于X轴向托架沿着轨道运行的方向。因而，机器部件在每条轴线上可独立地移动。由于当钻具适当地装在X轴向托架上时，各轨道和X轴向托架发挥作用从而自动地正交于工件表面定位钻具，因此本专利技术使得钻具或类似装置相对于工件的三维定位能够通过仅只在两条轴线，即X和Y两条轴线上进行数控编程来予以实现。根据本专利技术一优选实施例，工件三维表面的数学定义被转换成为二维平展图型(flat pattern)，用于X轴和Y轴托架驱动系统的控制器的数控编程在平展图型的两条轴线上进行。因而，与需要在三轴或更多轴上编程的传统多轴机器相比，这种编程得到了极大的简化。各轨道可以用多种方式安装到工件上。在一实施例中，许多间隔开来的装接装置被安装在工件上并且两轨道可拆卸地安装到装接装置。装接装置可以借助真空安装到工件上。X轴向托架优选地通过挠性安装架装在轨道上，这些安装架当装在复合轮廓表面上时，可以适应从一端到另一端沿着每一轨道所产生的不断变化的弯曲和/或扭曲。该挠性安装架可以包括板状弹簧，其固接于X轴向托架并具有装在其上的轨道接合滚轮，或者通过球形轴承配装到X轴向托架并具有安装在它上面的滚轮的承载车(bearing cars)。在优选实施例中，挠性安装架包括板状弹簧，在其中部附近被刚性地固接于X轴向托架，使得每个弹簧的相对端以悬伸方式从X轴向托架处得到支承。轨道接合滚轮安装在该弹簧的悬臂端上。弹簧优选地在中间部分宽度最小而在两端处较大，使得弹簧优选地在中间处而不是在两端处发生扭曲。X轴向驱动装置优选地采用小齿轮，其安装在设置于两轨道之一(即参照轨道)上方的板状弹簧的一个悬伸端部。小齿轮与安装在参照轨道上的齿条啮合。为了控制小齿轮相对于齿条的高度，使得高度在X轴向托架沿着参照轨道被驱动时基本上是恒定的，该小齿轮的旋转轴线优选地位于与装在弹簧一端上的一对滚轮的转动轴线相同的平面里。滚轮优选地是V形槽滚轮，形成有轨道相对边缘接合其中的V形沟槽，从而防止滚轮在大致上正交于工件表面的方向上相对于轨道运动。在根据本专利技术的一种挠性轨道钻孔机的优选实施例中，在钻孔之前，在X轴向托架与工件表面之间施加一预载力，此预载力的法向分量具有的大小大于在钻削期间因钻具推压所产生的作用在X轴向托架上的反作用力的法向分量。该预载力有助于稳定机器并消除可能存在于装接装置、轨道、托架等之间的沿Z方向上的任何游隙。优选地，该预载力通过装接于钻具的加压座来施加。该加压座优选地与钻具相连，使得因钻进推压产生的反作用力通过加压座予以反作用，以减小加压座与工件之本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于相对于工件表面导引和定位机器部件的设备，此设备包括：第一和第二细长挠性轨道，两轨道比冲间隔开并基本上彼此平行；多个真空装接装置，连接到每个轨道并沿轨道间隔开设置，用于借助真空可拆卸地将每个轨道装设于工件表面，各轨道的 宽度基本上平行于工件表面延伸，所述轨道按需要弯曲和扭曲以基本上顺随工件表面；以及构作并配置用来支承机器部件的Ｘ轴向托架，该Ｘ轴向托架可滑动地与轨道接合并可沿着轨道移动以便相对于工件定位机器部件。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：西奥多M博伊尔戴维斯，小詹姆斯N巴特里克，罗杰A盖奇，达雷尔D琼斯，科斯坦迪诺斯D帕佩尼科拉奥，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]