CN102264521A - 用于制造航空零件的定位、处理和组装系统 - Google Patents

Abstract

该系统在机翼罩（1）的制造中具有特殊应用，该机翼罩（1）由碳纤维和纵梁（3）制成，其在蒸压釜中的聚合期间与机翼罩结合地固化。使用的工具件（4）由角元件（5、6）限定，该角元件复制纵梁（3）的几何形状。这些纵梁的形状对应于“T”形截面。角元件（5、6）在其上部包括一对堆垛（7），以此来被联接到球型机械手（11）的头部（10）的夹具（9）部分抓住，该机械手具有六轴铰接臂。角元件（5、6）由INVAR材料制成，并且它们用于在蒸压釜中的固化周期期间保持纵梁就位。

Description

用于制造航空零件的定位、处理和组装系统

技术领域

如本描述性说明书的题目所述，本发明涉及用于制造由复合材料制成的航空零件的定位、处理和组装系统，其允许准备，包括航空工业中零件制造中所使用的工具的定位和取出。

背景技术

在近几十年来，在航空工业中引入先进复合材料已经得到了很大的推动，代替了商用飞机中的大的主要结构（包括机翼和稳定装置的升力面和机身）制造中的铝合金。

这些复合材料结构（通常称作外皮的由二维面板成形的外皮或罩）与它们的金属前体没有很大不同，这些复合材料结构通过梁式元件（纵梁）加强，并且继而由结构元件支撑，该结构元件维持这些面板的几何形状并提供具有整体刚性的结构，其在机身的情况下为环形架并且在升力面的情况下为横梁和肋。

本发明的复合材料引入已经成为可能，这是因为自动堆叠和片层切割的技术和设备的改进，这种改进是通过由预浸有聚合树脂的加强纤维组成的带获得的，并且在近年来，改进了纵梁的自动成形和定位技术。然而，仍存在非常高的手工操作百分比，这与纵梁结合工艺以及与其有关的工具的放置和移除相关联。

存在各种利用复合材料的制造工艺来实现构成加固罩的所有零件的结合。最著名的是：共成化，共胶合和二次胶合。所选择的工艺影响机械性能，制造成本和几何特性。

共成化通过以下方式利用两个新部件完成：两个新部件有效地固化在一起从而形成单件。其具有非常好的结构特性并在单固化周期中执行，但是需要非常复杂的工具来使其能够这样。

共胶合使用粘合剂来在新部件的固化周期期间将固化的部件和新部件结合。其具有非常好的结构特性并且比上述情况具有更少的复杂工具，但是其具有需要使用两个固化周期的缺点。

二次胶合也使用粘合剂，但是在这种情况下结合两个之前固化的部件。其具有非常好的结构特性并且制造的件能够被存储而没有任何特殊条件，但是其也需要两个固化周期。

在本情况中，所提出的解决方案在共胶合工艺中应用，因为在本情况中工具更简单，但是本发明的适用性取决于工具，而不是工艺的类型。

复合材料部件的制造工艺的一般阶段是：准备工具，放置纤维，切割，热成形，真空袋的准备，蒸压釜中聚合，从模具中取出，修剪和检查。

迄今为止，工具的定位、处理和组装工艺已经被主要地手工执行，因为其自动化非常复杂，这是由于碳纤维零件的制造中所使用的工具的构造和形状。被提倡的此处以及系统所使用的工具除了确保零件的正确制造以外允许这些操作自动化。

系统防止在工具取出时发生任何分层，其利用光学定位系统恰当地放置（或根据情况而取出）工具并且其确保工具相对于所附工具件的正确放置。

发明内容

一般来说，用于制造航空零件的定位、处理和组装系统构成了本发明的目的，其由减小碳纤维航空零件的制造中所用的时间量和人力资源的需要而产生，更具体地是在用于制造罩的工具的准备、定位和组装的手工操作中（其导致了高成本工艺）。

系统包括具有六个铰接臂的球型机械手，其具有用于处理工具的特殊头部，可以使机械手移动的外部轴，一些存储取出的工具的容器和允许定位机械部的光学系统。

纵梁的工具是由INVAR材料制成的角元件的“L”形截面。角元件复制其所靠在（覆盖）的件和纵梁的整个外表面的几何形状。这些工具的芯上部具有一些“堆垛”以此来促进它们的处理和取出。这样，得到了角元件和机械手之间的接口，其集成到实际元件中，节省了INVAR材料，确保了该对角元件的封闭并促进真空袋在该区域的适应性。其形状的光滑性不损害真空袋。

在“堆垛”的上部提供了一些小槽，或小突出肋，其当被头部保持在垂直位置时防止工具落下，因为该头部具有某些互补固定装置。

定位角元件之后的步骤如下：

1. 机械手自动捡起其控制的具有特殊头部的相对应工具件（INVAR角元件）。由于头部装有特殊存在传感器所以系统始终知道夹具中是否保持着工具。

2. 机械手利用光学控制系统将工具放置于适当位置。

3. 一旦角元件已经被放置就位，机械手收集下一件工具件并把其放置在靠近第一个或任何其对应的位置。依照此方法连续进行直到所有角元件的部段与已经放置就位的纵梁的一个面相对应。角元件的其他面然后放置就位，然后纵梁被引入角元件之间。然后阵列被定位在罩上并被引入蒸压釜进行固化。

当罩从蒸压釜中暴露出来并再次定位在机械手的区域中时，之前阶段中被放置的工具件然后通过以下操作进行到被取出。

4. 为了执行该操作，机械手具有的头部被调节到角元件的堆垛。该头部具有两个夹具，一旦头部已经被正确定位，便会用堆垛抓握角元件。尽管工具的长度不同，但是堆垛之间的距离趋于相同，所以机械手的头部不必须改变夹具之间的距离。然后旋转来将角元件从纵梁和其他角元件中分离。每个钳子在其的一个面上具有延伸部以此来在该旋转运动执行时防止角元件变形。

当角元件互相之间具有附接区域时，取出步骤必须按照正确的顺序执行。

5. 一旦工具已经被分离，其再次定位到适当的存储区域。

6. 这些操作将重复进行直到罩被完全从模具移出。

用于工具的容器也将存在于机械手的范围内。

为了促进对于本发明的理解并促进形成该描述性说明书的整体部分，附上一些附图，其通过示出且非限制性的方式在随后示出。

附图说明

图1是将以形成本发明目的的系统构造的机翼的罩和纵梁的部分透视图。

图2是由两个角元件限定的工具件的透视图，纵梁在两个角元件之间将被放置以用于结合到罩。

图3是类似于图1的视图，就示出了工具的一个角元件。

图4是图2中的相同工具的立透视截面图，其包括纵梁并具有布置在罩上的组件。

图5是机械手动作的两个位置a）和b）的示意图，该机械手使用其头部的夹具抓握工具的一个角元件。

图6是机械手的透视图，该机械手具有连接到工具件的头部用于其在蒸压釜中固化之后的组装。

图7是四个位置a），b），c）和d）中的示意图，其分别示出了定位头部，抓握角元件，头部旋转和取出角元件的阶段。

具体实施方式

参照附图中采用附图标记，我们能够看到用于制造航空零件的定位、处理和组装系统（其为本发明的目的）是如何实现寻找制造此类高度精密零件的目的，如机翼2的罩1（见图1），其中罩1的下表面具有纵梁3的排列，其具有由交叉构件固定的“T”形截面。

在图2中，我们看到根据本发明使用的且由两个角元件5和6形成的工具件4的几何形状，工具件4的一个翼（该对水平的一个）靠在罩1，完美地使自身适应其表面并且另一个翼与其面对并平行，该距离对应于纵梁3的芯的厚度（见图4）。

角元件5和6包括在其顶部上的一对堆垛7，在实施例的本例子中其具有小的纵向肋8用于由机械手11的头部10的夹具9抓握（见图6）以用于角元件5和6的安全处理，如能够在图5和7中看到。

包括工具件4的角元件5或6的任一个的堆垛7具有突出零件，其覆盖面对或成对角元件的厚度并且被保持在其中，如能够在图3和4中看到。堆垛7还相互线性接触，不同的工具件4相互联接直到纵梁3完全被覆盖（见图6）。角元件5和6的不同截面与联接件12线性结合在一起，并且一些封闭罩13也位于纵梁端部，其面向端部的相应工具件4应用（见图6）。

返回图4，由INVAR（不胀钢）材料制成的角元件5和6通过装配到纵向槽15中的封闭条14靠罩1应用。在一个角元件5的横向壳体17中也具有封闭条16（图7的位置d）从而将纵梁3与真空隔离，该真空将在基部以后产生，其将覆盖组件以用于其的固定。

在图5中，利用夹具9抓握角元件5能够看到其传递到罩1上的正确位置。打开夹具9（位置a）被安全地封闭在小的肋8以下（位置b）。

最终，在图7中，具有四个连续位置用于组装工具件4，其从图6的位置开始，直到其已经从蒸压釜退出并且工具必须被取出（图6的开始位置）。在本图7的位置a），头部10的打开的两个夹具9面对角元件5的堆垛7并且被封闭（位置b），抓握角元件5。在位置c），头部10的旋转发生从而将一个角元件与工具分离（分开），特别是角元件5。然后该角元件5能够被容易地取出（位置d）。相同操作在该侧上的所有角元件5上执行并且然后相对侧上的角元件被取出。

为了改变机械手11的头部10的夹具9的位置，取决于工具件4能够具有的不同长度，已经提供了将被固定的所述夹具9之间的距离并且其对应于角元件5或6的任一个的堆垛7之间的现有距离。为了在角元件5倾斜（通过头部9的旋转）时促进组装，构成钳子9的钳口18中的一个具有更大的长度从而提供用于该角元件5的最佳支撑。

用于放置工具件4（角元件5和6）的一些适合容器位于机械手11附近。

Claims (4)

1.一种用于制造航空零件的定位、处理和组装系统，该航空零件尤其是机翼，该航空零件基本上由横梁和各个加强肋以及相对应的碳纤维罩和纵梁的结构所限定，其中所述纵梁通过共胶合结合到所述罩，其利用一些位于其中的定位工具和真空袋在蒸压釜中的聚合期间固定组件，其中该系统包括具有六轴铰接臂的球型机械手（11），该机械手具有适于处理工具的头部（10），用于机械手移位的外部轴，一些用于存储取出工具的容器，纵梁（3）的所述工具由INVAR材料的角部段（5、6）或“L”形轮廓限定，当该角部段或“L”形轮廓成对定位在它们的一侧和另一侧上，联接在一起并位于罩（1）上的特殊位置时，该角部段或“L”形轮廓复制所述纵梁（3）的几何形状，所述工具件（4）在它们中每个的上部具有一些堆垛（7）以用于在组装和拆装操作中连接所述机械手（11）的头部（10）。

2.根据权利要求1所述的用于制造航空零件的定位、处理和组装系统，其中所述角部段（5、6）或“L”形轮廓的水平翼在罩（1）上的其应用表面上包括壳体或通道（15），以用于密封条（14）的定位。

3.根据权利要求1所述的用于制造航空零件的定位、处理和组装系统，其中所述机械手（11）的头部（10）具有两个夹具（9），该夹具同时抓握所述工具件（4）的相同角部段（5、6）的两个堆垛（7），形成每个钳子（9）的钳口（18）对的一个具有下降延伸部，角元件（5、6）在其拆开期间通过旋转靠在该下降延伸部上，以此来在其从模具取出期间稳定该角元件。

4.根据权利要求1所述的用于制造航空零件的定位、处理和组装系统，其中所述工具件（4）的堆垛（7）具有一些小纵向肋（8），其在通过所述头部（10）固定所述钳子（9）时作为安全装置。

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