CN103317364A

CN103317364A - 用于航空器机身框架的加工工具

Info

Publication number: CN103317364A
Application number: CN2013101188653A
Authority: CN
Inventors: 德尼·德马蒂亚
Original assignee: Airbus Operations SAS
Current assignee: Airbus Operations SAS
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2013-03-25
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2033-03-25
Also published as: US9352432B2; US20130249158A1; CN103317364B; FR2988317A1; EP2641697A1; EP2641697B1; FR2988317B1

Abstract

本发明提供一种工具，其用于加工沿旋转轴线X的弯曲型材，弯曲型材包括沿垂直于旋转轴线X的平面的至少一个第一部分和平行于旋转轴线X的至少一个第二部分，工具包括块部(30.2)，每个块部具有支撑型材(10)的夹紧表面(34)，块部(30.2)包括能够支撑型材(10)的第一部分和第二部分的定位装置和用于固定型材的固定装置，固定装置适于处于固定型材(10)的第一触发状态和没有固定型材的第二停用状态，其中，工具还包括手动按压件，用于维持型材紧贴定位装置，直到用于固定型材的固定装置处于触发状态。

Description

用于航空器机身框架的加工工具

技术领域

本发明涉及一种用于航空器机身框架的加工工具。

背景技术

如图1中所示，机身框架10包括具有Z形横截面的型材，其中间部分称为芯部12，形成完整的或部分的环。该型材包括称为内翼的第一翼部14和称为外翼的第二翼部16，第一翼部14布置在芯部12的内边缘的区域内并垂直于芯部12，第二翼部16布置在芯部12的外边缘的区域内并也垂直于芯部12。

该Z形型材在包括芯部12的平面内遵循一曲率半径。因此，两个翼部14、16近似对应于圆柱体的一部分。

如图2中所示，根据框架在机身的结构内的位置，框架大致是长的，翼部的曲率半径大致是明显的。因此，在图2中，用连续线显示了框架的一个示例的前视图，并还用虚线显示了具有不同形状的其它框架的前视图。

根据一个实施例，航空器机身框架可由复合材料制成，并可包括嵌入树脂基体中的强化纤维。

在聚合后，机身框架必须进行加工操作，包括镂铣(routing)内翼14，然后将内翼14切成斜边，镂铣外翼16，穿孔芯部12，并最后切削框架的末端。

为了要进行的这些加工操作，机身框架被固定到在加工工具单元中布置的工具上。

为了要进行的这些加工操作，同时考虑到尺寸公差，该工具包括至少一个基准表面和至少一个第二基准(表面或接合面)，使芯部的一个表面紧贴着该基准表面，所述内翼支撑于第二基准表面。

根据第一替换实施例，该工具包括第一基准表面和第二基准表面，第一基准表面支撑芯部并在芯部的整个长度上延伸，第二基准表面支撑内翼的一个表面并在内翼的整个长度上延伸。

框架在工具上的夹持是通过“吸力”型夹具获得的。因此，基准表面包括具有连接点的抽空区域(depression zones)，用来维持芯部和内翼分别紧贴第一基准表面和第二基准表面。

在将待加工的框架夹紧后，进行不同的加工操作。在加工操作的末期，操作者将加工的框架与工具分离并清洗加工工具单元。

为了继续加工下一个框架，如果下一个框架具有与前述框架相同的几何尺寸，则操作者将其夹持在相同的工具上并重新开始加工阶段。如果框架具有不同的几何尺寸，则需要拆卸工具，以便于安装适于待加工的框架的工具。

因此，根据该第一替换实施例，必须提供与框架相同数目的工具。因此，为了能够加工航空器机身的不同部分的框架，并因此用于航空器的整个范围，需要具有大约100个不同的工具，这必然对工具的制造和存放成本具有影响。另外，大量的工具使得工具的管理复杂化。

根据另一个缺点，由于难以同时在框架的整个长度上使芯部和内翼分别与第一基准表面和第二基准表面紧贴，框架和工具之间的连接是过多的，所以将框架在工具上放置就位是一个难题。

根据该替换实施例，每个基准表面包括彼此相互隔离的区域，在该区域内，随着放置就位，从而渐渐地触发抽空现象。

为了确保在整个长度上的正确设置，框架必须正确布置在第一触发区域的范围内。如果开始没有正确地布置，那么对准上的缺陷会在长度上扩大。

由于与抽空区域接界的连接点和框架具有较大的摩擦系数并限制滑动，所以框架在工具上的布置非常困难。

根据第二替换实施例，芯部的基准表面没有制成一体。因此，工具包括布置在水平的加工台上的若干块部，每个块部包括用于支撑芯部的一个基准表面。

为了确保框架沿芯部的表面布置，芯部被固定到一个块部上，内翼部分相抵于固定到另一块部的至少一个接合面。

为了正确布置框架，需要使用3到7个块部，这些块部能够通过正确布置来重新用于不同几何尺寸的框架。

根据该替换实施例，块部通过加工工具单元的头部放置在加工台上，并通过“吸力”型夹具系统固定到加工台上。框架芯部的一个表面被连接到不同块部的基准表面，然后框架被固定到其中一个块部。随后，内翼的一个表面部分地接触固定到至少一个块部的至少一个接合面。最后，框架通过“吸力”型夹具系统被固定到块部上。

在加工后，框架被拆卸。

为了继续加工另一个框架，如果下一个框架具有与前述框架相同的几何尺寸，那么操作者将其安装在块部上并重新开始加工阶段。如果框架具有不同的几何尺寸，那么块部必须重新布置在加工台上。

即使该替换实施例可能减少工具的数目，但是并不能令人完全满意，原因如下：

-只要块部借助加工工具单元的头部来正确设置就位，它们的设置影响加工工具单元的生产率。根据该替换实施例，由于需要布置的元件的数目比第一替换实施例更多，生产率更受到影响。

-由于穿孔位于块部的外侧，在穿孔的外围上没有支撑表面来承受穿透力，所以在芯部上的穿孔需要以减小的进给速率进行，以限制分层的风险。因此，生产率进一步受到影响。

-根据另一个缺点，使用水平的加工台并沿水平面布置芯部的表面使得加工表面被加工产生的切削液或余渣污染。

-对于第一替换实施例，将框架放置在块部上是困难的。

-除了放置就位的困难以外，如果操作者施力使待校正的对准上发生偏离，那么要加工的框架可能通过特别是块部之间的弯曲应力等应力来固定到块部上。但是，如果框架在受压时加工，那么框架会在没有固定时略微变形来释放应力。由于这些变形，可不再考虑一些尺寸公差。因此，根据第二替换实施例，斜切操作必须在另一个单元中进行，这妨碍了生产率。

发明内容

因此，本发明旨在克服现有技术的缺点，同时改进生产率。

为此，本发明提供一种工具，其用于加工根据旋转轴线的弯曲型材，所述弯曲型材包括沿垂直于所述旋转轴线的平面的至少一个第一部分以及平行于所述旋转轴线的至少一个第二部分，所述工具包括多个块部，每个块部具有支撑所述型材的夹紧表面，所述块部包括支撑所述型材的第一部分和第二部分的定位装置和用来固定所述型材的固定装置，所述固定装置适于处于它们固定所述型材的第一触发状态和它们没有固定所述型材的第二停用状态，其中，所述工具包括手动按压件，用于允许所述型材保持与所述定位装置紧贴着，直到用于固定所述型材的固定装置处于所述触发状态。

优选地，每个所述手动按压件包括具有与所述块部接触的第一端的本体和处于第二端的接触点，阻尼装置夹设在所述接触点和所述本体之间。

优选地，所述接触点支撑在连接所述第一部分和所述第二部分的连接区域内。

优选地，所述块部包括适于容纳手动按压件的第一端的凹口。

优选地，每个所述块部一方面包括用于定位所述型材的定位装置，所述装置为圆柱体的形式，其相对于所述夹紧表面突出，并具有垂直于所述夹紧表面的轴线，另一方面包括沿基准平面的指示装置，所述指示装置具有圆柱形，以使各个所述块部相对于垂直于所述基准平面并与所述定位装置的圆柱体的轴线同轴的轴线枢转。

优选地，所述指示装置包括用于各个块部的突起结构，所述突起结构位于所述块部的区域内，其与位于基准表面的区域内的中空结构相配合。

优选地，所述基准表面包括若干系列的中空结构，相同系列的所述中空结构沿直线布置，属于不同系列的这些直线相互平行。

优选地，所述工具包括若干基准表面。

优选地，所述基准表面每个都沿垂直平面布置。

优选地，所述工具包括至少一个反向支撑件，所述反向支撑件能够支撑与在工具穿透区域内的表面相对的所述第一部分的表面。

优选地，所述工具包括穿透钉，所述穿透钉包括以可拆卸的方式连接的两部分，其中，第一部分接触所述基准表面，第二部分接触所述型材并能够变化。

根据一优点，使用手动按压件使得毛坯件在工具上的定位更简单，这趋向于提高生产率。

附图说明

本发明的其它特征和优点将通过结合附图的本发明的描述变得清楚，该描述仅作为示例给出，其中：

图1是航空器机身框架的部分的立体图；

图2是前视图，用实线显示了航空器框架并用虚线显示了框架的不同替换实施例；

图3是设有根据本发明的工具的加工工具单元的示意图；

图4A是根据本发明的工具空闲时的立体示意图；

图4B是根据本发明的工具的立体示意图，其中框架被夹紧；

图5是根据第一替换实施例包含在根据本发明的工具中的块部的侧视图；

图6是根据第二替换实施例包含在根据本发明的工具中的块部的侧视图；

图7是能够配备根据本发明的工具的配件的示意图；以及

图8是能够配备加工头的配件的示意图，该加工头用来对夹紧在根据本发明的工具上的框架进行穿孔。

具体实施方式

图1示出了机身框架10，其为具有Z形横截面的型材形式，其中间部分被称作芯部12，形成完整的或部分的环。该型材包括称作内翼的第一翼部14和称作外翼的第二翼部16，第一翼部14布置在芯部12的内边缘的区域内并垂直于芯部12，第二翼部16布置在芯部12的外边缘的区域内并也垂直于芯部12。

为了给出数量级，芯部具有80mm的高度，大约4到6mm的厚度。所述翼部具有大约30mm的宽度。

本发明并不限于该横截面形状和该应用。因此，本发明可能获得具有J、Z、L、Ω(Omega)等形状截面的数种弯曲型材。

根据本发明，型材10沿着旋转轴线X和曲率半径R弯曲。因此，弯曲型材10包括至少一个第一部分和至少一个第二部分，该第一部分特别是芯部12，其位于垂直于旋转轴线X的平面内，该第二部分特别是翼部14，其平行于轴线X。型材的不同部分通过弯曲部分连接在一起。因此，第一部分的第一表面与其它部分的第一表面是连续的。这些第一表面形成下面称作外表面的表面。相似地，第一部分的第二表面与其它部分的第二表面是连续的。这些第二表面形成下面称作内表面的表面。内表面包括朝向旋转轴线X定向的部分。

根据一个实施例，该框架由复合材料形成。但是，本发明并不限于该材料。

该框架由毛坯件18获得，其中，在加工工具单元20的区域内进行至少一个加工。

根据一种操作模式，加工操作包括镂铣内翼14，然后将内翼14切成斜边，镂铣外翼，穿孔芯部12，并最后切削框架的末端。

加工工具单元20包括设有至少一个工具24的至少一个加工头22。该加工头、工具以及用来控制加工头移位的装置不再进一步描述，因为这些与用于现有技术的第一替换实施例的相同。

为了保持并定位毛坯件18，加工工具单元20包括至少一个工具26。

该工具包括至少一个基准表面28，多个块部30.1或30.2连接到该基准表面28，每个块部包括两个平行的表面，即与基准表面28紧贴着的第一接触表面32和支撑毛坯件18的第二夹紧表面34。

根据第一优选方式，基准表面28是垂直的。该解决方案可能避免加工表面被来自加工的切削液或余渣污染。另外，该解决方案允许加工头更好地接合。

优选地，由于芯部12提供更平坦的表面，所以芯部12的一个表面紧靠着不同块部30.1或30.2的夹紧表面34。另外，该布置可能避免制造穿孔的区域内的表面被切削液或余渣污染。根据另一优点，该结构允许加工头更好地接合。

根据一个实施例，块部30.1或30.2通过磁化由夹紧系统固定到工作台上。根据一个实施例，基准表面28是金属的，每个块部30.1或30.2包括在接触表面32区域内齐平的非永久磁体36，其由控制器(未示出)触发。可设想其它装置来将块部30.1或30.2固定在基准表面28上，例如，借助吸力的夹紧系统。

在说明书的剩余部分中，基准表面应被理解为平行于基准表面28的平面。如果该平面不是完全平坦的，那么由与块部30.1和30.2紧贴的平坦区域所限定的平均表面构成基准平面。

根据本发明的重要一点，每个块部30.1或30.2包括用于将其布置在基准平面内的指示装置。

这些指示装置允许不使用现有技术中的加工头来放置块部。该解决方案还可能更容易将块部放置在基准表面28上。

优选地，对于每个块部，这些指示装置包括突起结构38(或中空)，其与中空结构40(或突起)配合，以将块部固定在基准平面内。

即使基准平面布置成垂直的，该解决方案也可能将块部保持在基准表面内。

有利地，突起结构38和中空结构40是圆柱形的，以使块部围绕垂直于基准表面的轴线枢转。

根据一个实施例，突起结构38是圆柱体形式，其具有直径D和垂直于接触表面32的轴线。另外，中空结构40是圆柱形孔的形式，其具有等于D的直径，允许有小枢转游隙，具有能够完全容纳突起结构38的深度和垂直于基准表面28的轴线。

有利地，突起结构38设置在块部30.1或30.2的区域内，而中空结构40设置在基准表面28的区域内。

该工具包括用来夹紧毛坯件18的至少两个块部。根据一个实施例，该工具包括3到7个用来夹紧毛坯件的块部。

为了使工具能够被调整，对于每个块部，该基准表面包括若干中空结构40，使得该工具能够适于框架的曲率。

根据图4A所示的实施例，为了夹紧最长的框架，该工具包括6个块部。对于每个块部，基准表面28包括一系列42的中空结构40，相同系列的中空结构沿直线布置，不同系列的直线互相平行并垂直定向。

优选地，系列42关于基准表面的垂直中轴线对称地设置。该结构使其可能平衡力调整。

根据一个实施例，基准表面28包括6个系列42，每个系列具有3个中空结构40。

某个块部30.1或30.2并优选所有块部都包括用于定位待加工的毛坯件的装置。

根据本发明的特征，每个用于定位毛坯件的装置为圆柱体46.1或46.2的形式，其固定到块部30.1或30.2，相对于夹紧表面突出，具有垂直于夹紧表面34的轴线，并与用于指示基准表面28上的块部30.1或30.2的突起结构38同轴。

该布置使其可能不需要块部的定向，这便于将块部布置在基准表面28上并限制操作者的实际操作时间。

根据图6所示的实施例，块部30.1包括能够将其容纳到设置在毛坯件区域内的开口48中的圆柱体46.1，开口48具有与圆柱体46.1的直径基本相同的直径。

根据图5所示的实施例，另一块部30.2分别包括用作接合面的圆柱体46.2，其能够支撑内翼14。这些另外的接合面使其可能定向毛坯件并正确地定位内翼。

每个块部30.1或30.2包括用来固定毛坯件的固定装置，该固定装置适于处于它们固定毛坯件的第一触发位置和它们没有固定毛坯件的第二停用位置。根据一个实施例，每个块部30.1或30.2包括“吸力”型夹紧系统50。但是，本发明并不限于这种固定装置。

根据本发明的特征，这些块部30.2每个都包括至少一个手动按压件52，用于保持毛坯件18紧贴着定位装置，特别是保持芯部12紧贴着夹紧表面34和/或内翼14紧贴着圆柱体46.2相齐平，直到固定装置被启动。

根据一个优点，使用手动按压件有利于将毛坯件定位到工具上，这趋向于改进生产率。

根据重要的一点，手动按压件52包括阻尼装置54，其为能够提供预载力的弹簧的形式。因此，根据本发明，在使用不同的“吸力”型夹紧系统50固定之前，使用不同的手动按压件52将毛坯件18预先布置在所有的块部上，根据一个优点，与“吸力”型夹紧系统50不同，手动按压件52允许毛坯件18的部分在块部30.1或30.2上略微滑动。另外，通过平衡所有块部上的夹紧力，手动按压件52的阻尼装置54允许毛坯件18固定到基准表面上。

因此，手动按压件52使其可能限制框架不需要的偏斜弯曲，这就可考虑到尺寸公差。

根据一个实施例，每个手动按压件52包括至少一个接触点56，接触点56具有能够支撑在将芯部12连接到内翼14的曲率半径的区域内的圆形形状。该布置允许芯部和内翼与单个接触点紧贴。

根据一个实施例，每个手动按压件包括C形本体58、与块部30.2接触的第一端60和支撑接触点56的另一端62，阻尼装置54夹设在接触点56和本体58之间。

根据一个实施例，第一端60能够容纳于设置在块部30.2的侧表面区域内的凹口中。根据其它可替换的实施例，第一端可铰接到块部30.2。

有利地，工具包括穿透钉64，图7中示出了穿透钉64的一个示例。每个穿透钉64包括两个平行的表面，即与基准表面28紧贴的第一接触表面66和毛坯件18能够紧靠着得以支撑的第二接触表面68。块部和钉具有相同的高度，使得毛坯件的芯部与夹紧表面34和接触表面68接触。穿透钉64沿着没有与块部接触的区域内的每个穿孔的延伸轴线布置，并构成用于避免毛坯件分层的反向支撑件。这种布置有利于改进生产率。

根据一个实施例，穿透钉64可以是圆柱形的。有利地，它们分别提供能够围绕穿孔支撑毛坯件的接触表面68。

每个穿透钉64包括通过磁化将其固定到基准表面28的夹紧系统。根据一个实施例，基准表面28是金属的，并且每个穿透钉64包括在接触表面66的区域内齐平的非永久磁体69，其通过控制器(未示出)来触发。还可设想其它装置来将穿透钉64固定到基准表面28，例如，借助吸力的夹紧系统。

优选地，每个穿透钉包括以可拆卸的方式连接的两部分；第一部分接触基准表面并形成穿透钉64的本体70，第二部分能够接触毛坯件，并形成能够改变的称作“牺牲品(martyr)”的端部件72。

如图8中所示，作为替换或互补于穿透钉64，穿透工具可具有设置在芯部两侧上的支撑件74和反向支撑件76。

根据所有替换实施例，该工具包括至少一个反向支撑件，其能够支撑与在穿透过程中工具穿透区域内的表面相对的框架表面，该反向支撑件是固定的或可移动的，并在穿透过程中沿着工具的延伸部分布置，以吸收切割力并限制分层的风险。

根据本发明的另一个特征，加工工具单元包括若干基准表面28，特别是两个基准表面，即允许操作者在第一基准表面上松开已加工的框架并夹紧待加工的毛坯件，同时在第二基准表面上加工毛坯件。

根据图3、4A和4B中所示的实施例，加工工具单元包括围绕水平轴线的枢转台78，所述枢转台包括两个相对的表面，第一基准表面28和第二基准表面28’分别设置于这两个表面上。根据该实施例，当操作者卸载已加工的框架并将待加工的毛坯件安装到第一基准表面28上时，在朝向工具的第二基准表面28’上夹紧的毛坯件上进行不同的加工操作。

一旦完成不同的加工操作，枢转台78枢转，使得第一基准表面28朝向工具。操作者能够拆卸在第二基准表面上夹紧的已加工的框架，以在其上安装待加工的毛坯件。

替换地，加工工具单元可包括两个固定台，每个具有基准表面。在这种情形下，加工工具可布置在与第一固定台相对的区域内，以加工夹紧到第一固定台上的毛坯件。在加工期间，操作者能够拆卸第二固定台上的已加工的框架，并在其上安装待加工的毛坯件。一旦已经完成对夹紧到第一固定台上的框架的加工操作，加工工具和第二固定台平移移动，使得加工工具或第二固定台彼此相对布置。夹紧到第二固定台上的毛坯件被加工，而操作者能够拆卸在第一固定台上加工的框架并在其上安装待加工的毛坯件。

根据本发明的工具的操作如下：

首先，操作者将不同的块部安装到基准表面上。激光指针能够根据待加工的框架的几何尺寸(曲率半径、长度)来帮助确定各系列44上的孔，块部必须布置在该系列内。然后，操作者触发各个块部的电磁体。根据本发明，块部不需要有角度地定向，这将缩短并简化了块部的设置就位，并因此改进了生产率。

然后，操作者将待加工的毛坯件预先布置在不同的块部上。为此，操作者将块部30.1的圆柱体46.1布置于在毛坯件的区域中设置的开口48中。然后，对于每个块部30.2，操作者使芯部和内翼与块部的夹紧表面和圆柱体46.2紧贴，然后将手动按压件54设置就位。一旦不同块部30.2的所有手动按压件设置就位，操作者能够启动“吸力”型的夹紧系统50。因此，待加工的毛坯件理想地夹紧到工具上。操作者能够移除手动按压件并开始加工。

该工具允许内部约束是有限的。因此，由于使用了手动按压件，夹紧不会引起不必要的变形，所以能够在考虑到尺寸公差时进行加工操作。

由于已加工的框架能够被拆卸，并且新的毛坯件能够在掩膜期间被安装，所以具有两个基准表面能够改进生产率。

最后，使用反向支撑件能够限制分层风险并提前增加速率，这有利于改进生产率。

Claims

1.一种工具，其用于加工沿旋转轴线X的弯曲型材(10)，所述弯曲型材(10)包括沿垂直于所述旋转轴线X的平面的至少一个第一部分(12)和平行于所述旋转轴线X的至少一个第二部分(14)，所述工具包括块部(30.1，30.2)，每个所述块部具有支撑所述型材(10)的夹紧表面(34)，所述块部(30.1，30.2)包括能够支撑所述型材(10)的所述第一部分(12)和所述第二部分(14)的定位装置和用于固定所述型材(10)的固定装置，所述固定装置适于处于固定所述型材(10)的第一触发状态和没有固定所述型材(10)的第二停用状态，其特征在于，所述工具还包括手动按压件(52)，用于维持所述型材(10)紧贴所述定位装置，直到用于固定所述型材(10)的所述固定装置处于所述触发状态。

2.根据权利要求1所述的工具，其特征在于，每个所述手动按压件(52)包括具有与所述块部(30.2)接触的第一端(60)的本体(58)和处于第二端的接触点(56)，阻尼装置(54)夹设在所述接触点(56)和所述本体(58)之间。

3.根据权利要求2所述的工具，其特征在于，所述接触点(56)支撑在连接所述第一部分(12)和所述第二部分(14)的连接区域内。

4.根据权利要求2或3所述的工具，其特征在于，所述块部(30.2)包括适于容纳手动按压件(52)的第一端(60)的凹口。

5.根据前述权利要求中任一项所述的工具，其特征在于，每个所述块部(30.1，30.2)一方面包括用于定位所述型材(10)的定位装置，所述装置为圆柱体(46.1，46.2)的形式，其相对于所述夹紧表面(34)突出，并具有垂直于所述夹紧表面(34)的轴线，另一方面包括沿基准平面的指示装置(38，40)，所述指示装置具有圆柱形，以使各个所述块部相对于垂直于所述基准平面并与所述定位装置的圆柱体(46.1，46.2)的轴线同轴的轴线枢转。

6.根据权利要求5所述的工具，其特征在于，所述指示装置包括用于各个块部(30.1，30.2)的突起结构(38)，所述突起结构(38)位于所述块部的区域内，其与位于基准表面(28)的区域内的中空结构(40)相配合。

7.根据权利要求6所述的工具，其特征在于，所述基准表面(28)包括若干系列的中空结构(40)，相同系列的所述中空结构沿直线布置，属于不同系列的这些直线相互平行。

8.根据权利要求6或7所述的工具，其特征在于，所述工具包括若干基准表面。

9.根据权利要求6到8中任一项所述的工具，其特征在于，所述基准表面每个都沿垂直平面布置。

10.根据前述权利要求中任一项所述的工具，其特征在于，所述工具包括至少一个反向支撑件，所述反向支撑件能够支撑与在工具穿透区域内的表面相对的所述第一部分(12)的表面。

11.根据权利要求10所述的工具，其特征在于，所述工具包括穿透钉(64)，所述穿透钉包括以可拆卸的方式连接的两部分，其中，第一部分(70)接触所述基准表面(28)，第二部分接触所述型材并能够变化。