CN101815601B - 多片自动铺丝心轴自动夹紧和分度系统 - Google Patents

Abstract

本发明为多片AFP心轴提供了自动心轴夹紧和分度机构，其中夹紧机构被用来将心轴部件固定在一起以及将心轴部件和端环连接。根据本发明的实施例，夹紧机构优选和分度机构一体形成，从而使心轴部件能优选地保持牢固地连接和对准，直到空气被引入到夹紧和分度机构，从而松开牢固的心轴部件并移除正在被制造的部件。夹紧和分度机构优选经受压热器中的热和压力，这是制造处理的固化部分中最典型的经历。

Description

多片自动铺丝心轴自动夹紧和分度系统

技术领域

本发明总体上是关于用于单体机身桶的叠合心轴装配，特别是用于单体机身桶的具有自动夹紧和分度系统的叠合心轴装配。

技术背景

自动铺丝(AFP)心轴用于航空航天工业辅助制造飞机部件的成形，例如复合材料。桶形元件，如机身表面薄片和桁梁，在生产桶形元件的期间通常叠合在由多个刚性部件组成的心轴上。在制造处理中，桶形元件叠合在心轴上经历一个固化处理，通常在压热器中进行以便设置组成部分的形状。一旦固化，则心轴部件被拆卸并与正在加工的部分分离以便将桶状结构从心轴上移除。在工业中需要一种方法将这些心轴部件结合在一起以便形成适合飞机部件结构的工具。

在过去，航空航天工业通常通过用螺栓拧紧和螺栓拧开所述心轴部件而结合和拆卸这些心轴部件。然而，这个处理并不理想因为其不够坚固，并且螺栓拧紧处理需要大量的时间，这会减慢形成用于飞机中的桶状元件的制造处理。特别是当心轴部件被螺栓拧紧到一起时，其可能要求大型操控仪器来帮助机构进行装配/卸载处理。此外，根据属于波音公司的美国专利7,166,251描述，通过使用螺栓，有时需要人爬进心轴内部松开螺栓和指引设备。对于某些制造应用中的使用，在装配线中拧紧螺栓、松开螺栓和再拧紧螺栓的处理可能还不够灵活和简洁。

夹紧机构有时候被用于替代螺栓拧紧系统。这些现有的夹具设计具有用于锁紧和解锁的机械装置，并且这些夹具也包括穿过心轴前后往复运动来接合和释放夹具的大型条状物。使用上面描述的夹紧或螺栓拧紧心轴部件可以很费时并且容易导致人为错误。由于可用空间有限，不期望用于心轴的人工夹紧或螺栓拧紧的装配方法。工厂流水线要求心轴装配不许使用手工夹紧或螺栓拧紧，并且因此需要建立一种更快的自动方法，既能保证心轴部件的精确定位又能保证接头可靠地固定。

分度是心轴部件相互间如何定位的以精确方式定位的处理。一个典型的用于分度的机构被称为杯锥形构造，其中杯锥形构造对准分布在心轴部件之间并与其结合在一起，从而使心轴部件可以恰当地定位以便在制造处理中支承飞机部件。虽然通过杯锥形构造的分度通常使得心轴部件精确地对准，但需要将分度机构与用于将心轴部件固定在一起的机构一体形成，以便保证对准和可靠地固定心轴部件。

发明内容

本发明的一个实施例指向一体形成的夹紧和分度系统，其包括夹具主体，偏心地安装在夹具主体上并具有钩状结构的夹臂，和附连在所述夹具主体上的夹具分度器，其中夹具分度器在夹臂动作时同时执行夹紧和分度。这种一体形成的夹紧和分度系统还优选包括与分度接收器一体形成的夹具接收器，其中夹具接收器锁紧夹臂的位置，而分度接收器在夹臂动作时接触夹具分度器。根据本发明的实施例，这个系统可以用于连接心轴部件并且可以额外地或者可替换地用于连接心轴部件至端环。所述系统还提供心轴部件表面薄片，当夹臂动作时，所述表面薄片相互对准和接触。

本发明的另一个实施例指向用于一体形成的夹紧和分度的方法，其包括在夹臂上施加牵引力，致动夹臂使夹臂结合到夹具接收器，并且下拉一体形成有夹臂的夹具分度器，其中在夹臂动作时，夹具分度器与一体形成有夹具接收器的分度接收器接触。牵引力优选以偏心的方式致动夹臂从而和夹具接收器锁紧在合适的位置。进一步的实施例提供的夹具分度器具有杯状构造并且分度接收器具有圆锥状构造。由夹具分度器和分度接收器形成的分度机构优选引导夹臂进入相对夹具接收器合适的地方。

在本发明另外的实施例中，提供了心轴夹紧和分度配件，其中所述配件包括夹具主体，和夹具主体一体形成的夹臂，以及和夹具主体一体形成的夹具锥形分度器。在夹臂动作时，夹具锥形分度器与分度接收器接触以便指引夹臂和夹具接收器锁紧在合适的位置。夹具接收器优选在夹臂动作时通过牵引运动结合到夹臂。另外的实施例的配件包括夹具安装盘，其为安装支承夹臂的夹具托架提供支撑。

前面已经在一定程度上大体概述了本发明的特征和技术优势，以便后面的发明的细节描述能够被更好的理解。本发明的额外的特征和优势将在下文中描述，其形成本发明的权利要求的主题。本领域技术人员应该理解公开的思想和具体实施例可以方便的用作调整或设计其他用于执行和本发明相同目的的结构的基础。本领域技术人员也应该认识到这些等效的结构不背离所附权利要求中提出的本发明的精神和范围。相信成为本发明的区别特征的新颖性特征，其组织结构和操作方法，连同其他的目的和优势，当连同附图一起思考时将从下面的描述中更好的被理解。然而，很容易理解的是，提供的每一幅图仅仅是为了说明和描述的目的，而不是意图作为限制本发明的定义。

附图说明

为了更完整的理解本发明，结合附图参考以下说明，其中：

图1描绘了根据本发明的一个实施例的结合了心轴缝和端环夹紧机构的心轴等轴视图。

图2描绘了本发明的一个实施例，其图解了当夹紧机构未处于锁紧位置时心轴夹紧机构的定位。

图3描绘了本发明的一个实施例，其图解了当夹紧机构被接合时心轴夹紧机构的定位。

图4描绘了根据本发明一个实施例的图解了夹紧机构和分度机构的接合的心轴夹紧和分度机构的侧视图。

图5描绘了根据本发明一个实施例的心轴夹紧和分度机构如何安装。

图6描绘了根据本发明一个实施例的夹紧和分度机构如何接合端环。

具体实施方式

本发明的实施例提供了一种多片自动铺丝心轴夹紧和分度机构，其中夹紧机构被用来将心轴部件固定在一起以及将心轴部件和端环连接。所述夹紧机构优选和心轴一体形成，并且所述夹紧机构提供增强的夹紧力用来以自动的方式更完全地支承和固定所述心轴部件。本发明的所述夹紧和分度机构可以优选经受压热器中的热和压力，那是制造处理的固化部分中最典型的经历。根据本发明的实施例，所述夹紧机构还和分度机构一体形成，以便心轴部件优选地保持牢固的连接和对准直到空气被引入到所述夹紧和分度配件，从而松开所述心轴部件并移除正在被制造的部件。

图1描绘了根据本发明的一个实施例的结合了心轴缝和端环夹紧机构的心轴。心轴缝夹具101优选沿整个缝定位，并且这些位置优选是利用本发明的所述夹紧机构的一个实施例使所述心轴部件优选固定在一起的附着点。端环优选在所述心轴的窄的锥形端和较宽的锥形端都结合到所述心轴。此外，端环夹具102还优选提供在所述心轴的两端处，从而使所述心轴牢固到所述端环。心轴缝夹具101和端环夹具102均用来加强所述心轴部件在制造处理中的附连。心轴缝夹具101和端环夹具102优选以相似的方式构造并且类似地操作；然而，应该理解端环夹具102有时可能体积上比心轴缝夹具101大，因为这些夹具经常被安置在竖直平面上，因此它们被安置的接头可以稍微不同于心轴缝夹具101可能位于的接头。

图2描绘了根据本发明的一个实施例的当所述夹紧和分度机构在打开位置(即未锁紧)时心轴部件接头20。夹具主体212为夹臂202提供了附着点。夹臂202偏心安装到夹具主体212，这意味着其被安装在除了夹具主体212几何中心外的任何地方。因此，在操作中，夹臂202以椭圆路径移动(即偏离圆形路径)并且由此提供更大的牵引力来保持所述心轴部件在合适的位置。夹臂202优选被改进以便当被致动时(即进入运动)，其围绕偏心或椭圆形的轴线旋转。夹臂202优选具有钩形结构，当被致动时，该钩形结构向下拉动以钩住夹具接收器213下方，根据本发明的一个实施例此处优选是夹臂202的附着点。尽管应该理解根据本发明的实施例，其他类型的气动夹具可以优选地改进形成夹紧和分度机构，但本发明的实施例优选使用改进的DeStaCo 991-MRM棒状夹具。

夹具主体212优选包括夹臂202，其优选夹紧夹具接收器213。夹臂202，根据本发明的一个实施例，是空气致动的以至于夹紧和分度机构20可以更容易被结合和包装到心轴中。夹臂202优选结合在中心上方的偏心的锁紧机构；因此，一旦使夹臂202锁紧到合适位置所要求的空气被去除，夹臂202仍然保持锁紧和分度直到空气再次被引入以松开夹臂。夹臂202优选具有钩状的形状，该钩状形状能在夹具接收器213上牵引从而更容易将夹臂202和夹具接收器213锁紧在合适的位置。优选夹臂202和心轴部件相互连接并且也可以优选连接心轴部件到端环。夹臂202的形状和安装提供了更大的牵引力。优选夹臂202的偏心杠杆臂半径为大约0.250英寸，具有大约1500磅的最小牵引力和大约4000磅的最大牵引力。

当夹臂202被致动时，夹具分度器203具有优选的尺寸和形状以结合到分度接收器201。夹具分度器203和夹具主体212一体形成以至于所述心轴部件的夹紧和分度优选以一体和同步的方式发生。夹具分度器203和分度接收器201优选形成杯锥构造以将夹臂202分度和定位在相对夹具接收器213理想的位置。使用杯锥状分度机构是用来互相定位表面的一种常用的方法；然而，本发明将这种杯锥分度机构和夹紧机构一体形成。夹具接收器213被安装在与心轴基座204齐平的夹具接收器安装板205。分度接收器201也结合在夹具接收器213上以便当夹紧发生时，所述配件的分度以和所述夹紧机构一体的方式发生，其在下面将被更详细描述。

夹具接收器213和分度接收器201优选被结合在本发明的所述分度和夹紧机构中以便促进致动时所述夹紧力的均匀分布以及允许在所述初始预夹紧位置或定位中的一些变化。夹具接收器213允许夹臂202和夹具接收器213牢固的连接以便所述心轴部件可以被牢固的锁紧在一起。分度接收器201优选与和所述夹紧机构的夹具主体212一体形成的夹具分度器203连接，以便所述夹紧和分度机构引导所述心轴部件进入所要求的位置。因此，当拉动所述心轴部件进入合适的位置和定位时，可以应用期望的夹紧力。

当夹臂202被致动时，心轴表面薄片207，208优选相互接触。根据本发明的实施例，当所述夹紧和分度机构接合时，心轴密封圈槽209和心轴表面薄片208齐平。根据本发明的实施例，心轴提取路径206显示了所述心轴与所述夹紧和分度机构附连和分离的方式。

图3描绘了当优选夹臂202被致动并且之后与夹具接收器213被锁紧在合适的位置时被夹紧的心轴部件接头30。一个牵引力被施加在夹臂202上以至于夹臂202被致动并附着结合在夹具接收器213上。在操作中，夹臂202优选使用构形形状的夹臂202向下拉动夹具接收器213并在其周围折叠起来。夹臂202优选与和夹具接收器213接触并且锁紧在期望的位置中。应该理解在所述夹紧机构被锁紧在合适位置之前，夹臂202应该优选定位在夹具接收器213的中心部分之上。然而，可以具有这样的实施例，其中在不背离本发明的目的的情况下，夹臂202后退到夹具接收器213的中心部分。

当夹臂202被致动时，具有杯状构造并且和夹具主体212一体形成的夹具分度器203向下拉动以覆盖分度接收器201，其中分度接收器201形成为圆锥状构造。夹具主体212和夹具分度器203的一体化性质优选允许夹具分度器203和分度接收器201相互齐平以便辅助将所述夹紧机构定位在期望位置以在制造桶形组件时将所述心轴部件锁紧在其优选的位置中。当夹臂202被致动并且和夹具接收器213锁紧在合适的位置时，心轴表面薄片207，208产生接触以至于密封圈槽209和表面薄片208压紧以在制造期间在心轴表面薄片207，208之间形成严密封口。

图4描绘了和端环405锁紧在合适位置的被夹紧的端环配件40。当夹臂402在锁紧和未锁紧位置时，夹具主体412为夹臂402提供所述初始附着点。当夹臂402被致动时，所述牵引力优选使夹臂402以偏心的方式移动以便和夹具接收器413锁紧在合适的位置。夹具分度器401与夹具主体412结合，从而当夹紧机构被致动时，夹具分度器401优选和分度接收器403产生接触并因此和分度接收器403对准以使当夹具分度器401相对分度接收器403位于合适的位置时，由夹具分度器401和分度接收器403形成的所述分度机构优选引导所述夹紧机构进入合适的位置以便确保所述心轴部件合适的定位和固定。

图5描绘了根据本发明的一个实施例的心轴夹具附连构造配件。心轴夹具附连配件50优选包括优选由不胀钢或碳/环氧树脂制成的夹具安装平板502。夹具安装平板502为支承夹臂504，505的安装夹具托架507提供支撑。表面506优选是提供需要机加工表面的夹具安装平板502的平整部分，从而为配件50提供合适的分度。夹具安装平板优选被结合到心轴夹具附连配件50中以提供使用所述夹紧机构优选的期望强度和距离。心轴夹具附连配件50还包括夹具圆锥分度器503。夹具圆锥分度器503和夹具主体501一体形成以便当夹臂504，505被致动时，夹具圆锥分度器503和分度接收器(未显示)产生接触从而引导夹臂504，505与分度接收器(未显示)被锁紧在合适的位置。

图6描绘了本发明的一个实施例，其图解了使用夹紧和分度机构将心轴定位到端环的配件60。端环601为安装接收器托架602提供了表面。接收器托架602优选在致动时通过牵引运动结合到夹臂605。夹臂605被安装到夹具主体612。心轴表面薄片604在所述夹紧机构致动时与夹具主体612相邻并对准，其中图示说明了在所述夹具主体612和心轴表面薄片604之间的最小切断尺寸(cutout size)603。

使用用于将所述心轴部件与端环的夹紧和分度一体形成的机构的本发明的实施例提供了基于现有的螺栓拧紧和夹紧机构的改进。虽然夹紧机构已经在过去被用来将部件固定在一起，但本发明提供了一种新颖的装置，其用于将夹紧机构和分度机构一体形成以便通过自动处理以安全和精确的对准方式将所述心轴部件和端环附连，从而在制造处理中在心轴部件和/或端环之间可以形成严密封口。根据本发明的实施例的所述夹紧机构被改进以用来增加由所述夹紧机构施加的夹紧力从而以自动方式更完全地支承所述心轴部件。优选地，当本发明的所述夹紧机构被使用为一体形成在该夹紧机构中的锁紧机构时，优选为不需要次级锁紧机构。因为当本发明的所述夹紧和分度机构被使用时，在心轴部件之间形成有严密封口，所以这种机构提供的优点是，所形成的心轴能够承受压热器中的热和压力而不损坏所述各个心轴部件和/或端环之间的严密封口。

使用根据本发明的实施例的所述夹紧和分度机构被锁紧在合适的位置的心轴部件在固化循环期间在压热环境中被测试。为了实施此测试，玻璃纤维被引入锁紧的心轴部件的外表面并且锁紧的心轴部件在固化循环中在所述压热器中运转。当所述固化循环完成时，锁紧的心轴部件被移除并被检查。使用本发明的所述夹紧和分度机构锁紧在一起的所述心轴部件具有良好的压层材料，从而确认在所述心轴上没有产生裂纹。使用心轴操纵器对所述锁紧的心轴部件进行其他的测试，结果证明所述封口恰当地工作。根据本发明的实施例，当所述锁紧的心轴部件被压热处理和固化时，所形成的心轴仍然保持其初始形状，并且不发生坍塌或其他变形。因此，使用锁紧的心轴部件形成的部件的形状和定位可以被保持。

本发明的所述夹紧和分度机构的实施例被动地将所述心轴部件以一种安全的方式锁紧在一起。所述夹紧和分度机构优选满足夹具上移需求和公知的容量要求。所述夹紧和分度机构进一步成功地在有效空间主要使用现成的夹具硬件进行组装。虽然例如螺栓拧紧机构等后备供应可以有效地用来支持所述心轴部件在一起，但通常不需要使用这些后备供应，这是因为本发明的夹紧和分度机构维持了所述心轴部件对准和在所述期望的锁紧位置以用于制造处理，而不损坏所述心轴或使用心轴形成的部件。

虽然本发明及其优势已经被详细的描述，但应该理解可以在不背离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下在此进行各种各样的变化，增减和替换。此外，本申请的范围不意图被限制在说明书中描述的所述处理的具体实施例，机构，制造，物质成分，装置，方法和步骤。作为本技术领域的普通技术人员将轻而易举的从本发明的公开内容中意识到，可以根据本发明使用执行与本文所述的相应实施例基本相同的功能或获得基本相同的结果的现有的或之后开发出的处理、机构、制造、物质成分、装置、方法或步骤。因此，所附权利要求意图将这种处理、机构、制造、物质成分、装置、方法或步骤包括在其范围内。

Claims (16)

1.一种一体形成的夹紧和分度系统，所述系统包括：

夹具主体；

被偏心安装到所述夹具主体并且具有钩状结构的夹臂；

附连到所述夹具主体的夹具分度器，其中当所述夹臂被致动时，所述夹具分度器在执行所述夹紧的同时进行分度；以及

和分度接收器一体形成的夹具接收器，

其中在所述夹臂致动时，所述夹具接收器和所述夹臂锁紧在合适的位置并且所述分度接收器接触所述夹具分度器。

2.根据权利要求1所述的一体形成的夹紧和分度系统，其中所述系统将心轴部件连接在一起。

3.根据权利要求1所述的一体形成的夹紧和分度系统，其中所述系统将心轴部件连接到端环。

4.根据权利要求1所述的一体形成的夹紧和分度系统，其中所述夹具分度器和所述分度接收器是杯椎形分度构造。

5.根据权利要求2所述的一体形成的夹紧和分度系统，其中当所述夹臂被致动时，所述心轴部件的表面薄片互相对准和接触。

6.根据权利要求1所述的一体形成的夹紧和分度系统，所述系统进一步包括：

夹具安装盘，其中所述夹具安装盘支承所述夹臂。

7.用于一体形成的夹紧和分度的方法，所述方法包括：

在夹臂上施加牵引力；

致动所述夹臂从而使所述夹臂结合到夹具接收器；以及

向下拉动和所述夹臂一体形成的夹具分度器，

其中在所述夹臂致动时，所述夹具分度器与和所述夹具接收器一体形成的分度接收器接触。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述牵引力使所述夹臂以偏心的方式运动，从而与所述夹具接收器锁紧在合适的位置。

9.根据权利要求7所述的方法，其中所述夹具分度器具有杯形构造并且所述分度接收器具有圆锥形构造。

10.根据权利要求7所述的方法，其中由所述夹具分度器和所述分度接收器构成的所述分度机构引导所述夹臂进入关于所述夹具接收器的合适的位置。

11.一种心轴夹具和分度配件，所述配件包括：

夹具主体；

和所述夹具主体一体形成的夹臂；以及

和所述夹具主体一体形成的夹具锥形分度器；

其中在所述夹臂致动时，所述夹具锥形分度器和分度接收器产生接触以引导所述夹臂和夹具接收器锁紧在合适的位置。

12.根据权利要求11所述的配件，所述配件进一步包括：

夹具安装盘，所述夹具安装盘为支承所述夹臂的安装夹具托架提供支撑。

13.根据权利要求11所述的配件，其中所述配件将所述心轴定位在到端环。

14.根据权利要求13所述的配件，其中所述端环为安装所述夹具接收器提供表面。

15.根据权利要求11所述的配件，其中在所述夹臂致动时，所述夹具接收器通过牵引运动结合到所述夹臂。

16.根据权利要求11所述的配件，所述配件进一步包括：

次级螺栓拧紧机构，其用来将所述心轴固定在锁紧位置。

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