CN106975975A - 增强加工副产物回收用气冷式主轴排放空气重定向系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种增强加工副产物回收用气冷式主轴排放空气重定向系统。钻孔副产物回收系统采用定位成邻近工件的真空护罩。主轴从基座延伸并且接合工具。所述主轴使所述工具竖直往复地向上穿过所述真空护罩中的孔以接合所述工件。周向空气喷流靠近所述主轴的基座发射并被导向所述真空护罩。

Description

增强加工副产物回收用气冷式主轴排放空气重定向系统
技术领域
本公开的实施方式总体涉及制造加工系统的领域，更具体地涉及一种用于采用重定向主轴冷却空气的机器的切屑回收系统，以形成会聚在靠近真空回收端口的集中点处的补充锥形上升喷流。
背景技术
传统的飞行器机翼组装是在竖直取向上完成的。然而，随着制造系统正在推动更高的速率和提高的生产率，趋势正移向水平建造线。虽然水平建造提供了许多优点，但是它增添了大量的顶钻。“向上”钻孔会导致更多关注于钻孔副产物回收，因为任何未回收的切屑、冷却剂或灰尘将落到下方的钻孔、末端执行器、操作者和任何机器部件上。这些污染物可能导致钻孔系统的机械问题，造成环境问题，以及/或者降低机器有效性。真空回收系统在当前的钻孔系统中被采用，但可能不会形成足够的压差来捕获形成为钻孔副产物的所有的切屑、冷却剂或灰尘。
传统上，主轴用从中流过的液体冷却剂操作，以在操作期间去除热量。液体冷却器("制冷机")较重，需要闭合系统的连接，并且为机器增添了维护项目。因此越来越多地采用气冷式主轴。淹没过主轴以去除热量的空气通常作为废产物被排放至大气通风口。
发明内容
本文中公开的实施方式提供了一种钻孔副产物回收系统，其采用定位成邻近工件的真空护罩。主轴从基座延伸并且接合工具。所述主轴使所述工具竖直往复地向上穿过所述真空护罩中的孔以接合所述工件。周向空气喷流靠近所述主轴的基座发射并被导向所述真空护罩。
实施方式提供了一种用于钻孔副产物回收的方法，其中通过真空护罩抽吸真空，所述真空护罩定位成邻近工件并且在钻孔主轴组件上方。周向空气喷流设置在所述钻孔主轴组件的基座处，以导向所述真空护罩。然后，使所述钻孔主轴组件往复向上穿过所述真空护罩中的孔。
已讨论的特征、功能和优点可以在本公开的各实施方式中独立实现，或者可在其它实施方式中组合，其进一步细节可以参考以下描述和附图看到。
附图说明
图1是采用本文中公开的实施方式的示例性顶钻系统的绘图；
图2是示出真空导管的图1的钻孔系统的压脚的详细绘图；
图3是示出主轴空气流动方向歧管的图1的钻孔系统的钻孔主轴的详细绘图；
图4A是主轴空气流动方向歧管的详细视图；
图4B是主轴空气流动方向歧管的示出空气导管的详细隐藏线视图；
图4C是沿着图4A中的线4C-4C截取的剖视图；
图4D是沿着图4A中的线4D-4D截取的剖视图；
图5是示出采用公开的实施方式来回收钻孔副产物的方法的流程图；
图6是描绘可采用公开的实施方式的飞行器制造及检修方法的流程图；以及
图7是描绘可采用公开的实施方式的飞行器的流程图。
具体实施方式
本文中描述的实施方式提供这样的系统，以增强对顶钻系统的钻孔副产物的捕获并且出于额外益处而重新用于主轴冷却空气而非作为废物排放至大气。更具体地，本文中公开的实施方式提供这样的系统，用于主轴冷却排放空气的重定向，作为钻孔副产物回收的第二功能。虽然本文中公开的实施方式采用了钻孔机器，但是本文的结构和方法可在替代实施方式中采用，用于铰孔、铣削、锪孔、锪钻、沉孔、轨道钻孔或砂磨/研磨的加工系统的副产物回收。
空气从冷却系统出口通向一零件或一组零件，提供这样的歧管，即该歧管重定向会聚在集中点处并且在钻机后面形成正压区的一系列喷流中的空气流，推动钻孔副产物向上进入真空收集系统。从而防止任何松散的切屑、灰尘或其它钻孔副产物逃逸并弄脏较大的系统。通过将该空气流以锥形模式会聚到集中点，防止任何松散的切屑、灰尘或其它钻孔副产物逃逸并弄脏较大的系统。使用钻孔冷却空气排放作为供给，不需要额外的程序控制。每当钻机旋转并因此需要主轴冷却时，被排放的冷却空气流动。可采用三维(3D)打印技术，在重定向并瞄准空气喷流以在工具后面形成集中点的流动歧管中形成复杂的内部空腔。这些内部空腔可能不能使用传统加工操作由单个零件生产，并且将通常需要实施铸造技术。
参照附图，图1示出了钻孔系统10，其设计为在组装线(诸如飞行器机翼水平组装线)中的工件(以虚线示出为元件8)上顶钻。钻孔系统10包括压脚12和钻孔主轴组件16，该钻孔主轴组件16位于压脚的竖直下方用于进行向上操作。
如图2中详细看到的，压脚12结合有一体的真空护罩13，采用真空导管14以捕获并去除钻孔副产物。真空护罩13被定位成使压脚12邻近工件并且具有孔15，该孔15大到足以容纳各种钻孔主轴或附接至钻孔主轴组件以在工件上进行操作的其它工具。
钻孔系统10中的钻孔主轴组件16被详细地示出在图3中并且包括具有旋转基座19的电机驱动系统18，钻孔主轴20(也被称为主轴)从该旋转基座19与关联的夹头22一起延伸，诸如钻头24和铰刀26的加工工具可安装在该关联的夹头22中。因此，主轴20从基座19延伸并且接合工具。钻孔主轴组件16与滑架28一起安装在竖直轨道30上，允许组件竖直往复地操作以从与待钻孔工件的初始接触部向上驱动主轴和关联的钻孔到钻孔完成的操作终止部。对于示出的实施方式，铰刀26定位在钻孔主轴的操作终止部处供钻孔主轴组件进行竖直运动，并且钻头24和铰刀26往复穿过真空护罩13中的孔15(如图1和图2中看到的)，以在工件中钻孔和铰孔。冷却空气供给导管32连接到基座19，以在钻孔主轴的高速旋转期间冷却主轴电机驱动系统。冷却空气在内部传送到钻孔主轴组件16以冷却电机和驱动部件(未示出)并且在配件34中退出。馈送导管36a和36b将退出的冷却空气引导到歧管38。对于示出为允许用于冷却空气供给导管32的间隙的实施方式，歧管38被分为第一半歧管40a和第二半歧管40b，该第一半歧管40a和第二半歧管40b安装到电机驱动系统18的靠近基座19的顶部凸缘42。
如图4A至图4D中详细看到的，歧管38结合有连接到内部通道46的多个孔口44，从连接到馈送导管36a和36b的入口廊道48a和48b接收空气流。孔口44穿过周向倾斜表面50以形成基本上围绕钻孔主轴20的基座的周向空气喷流并且向上导向真空护罩13。对于示出的实施方式，喷嘴单元52用导管53插入到孔口(图中仅示出孔口的一部分)中，以增强流动控制。周向倾斜表面50具有相对于主轴轴线56的角度54，借此退出孔口44的空气以锥形模式(由箭头57表示)引导到集中部(由元素58表示)。对于示出的示例，集中部58位于钻头24的基座处，靠近铰刀26的基座。从集中部58退出的空气提供了提升柱60，向上推动包括切屑、冷却剂或灰尘的任何钻孔副产物，以在压脚12中的真空护罩13的抽吸模式内捕获而拉过真空导管14。理想的是，在所有孔口44的流体汇聚的集中部58处，因为径向向量分量将抵消，所以所有的动量都将转化为轴向运动。可能存在一些湍流，但净流动是沿着主轴轴线的，所以提升柱独立于钻孔长度或从护罩去除的距离而将钻孔副产物运送到真空护罩中。
提升柱60从集中部延伸以在操作终止部(示例性实施方式的铰刀)逼近由压脚保持的工件时继续有效。在操作终止部被接收于真空护罩13的孔15中、铰刀26在针对描述的实施方式的工件上铰孔接触时，钻孔主轴组件16的向上往复停止。加工操作的所有副产物保持由提升柱60朝向此构造中的真空护罩13所包围的集中部58向上引导。对于示出的实施方式，将歧管38分为半歧管40a和40b提供了双新月形状，第一孔62暴露出基座19和钻孔主轴20以容易进出。另外，歧管的分割构造为冷却空气供给导管32提供第二孔64。在替代的机器实施方式中，歧管可以是连续环或多个歧管，每个歧管均具有以相对的关系布置的子组孔口，从而形成通向集中部58的锥形流动模式。
对于示例实施方式，在半歧管的通道中提供的空气压力在65到90磅/平方英寸(psi)(448到620千帕斯卡(kPa))的范围内，名义上为75psi(517kPa)，孔口和喷嘴单元的大小被设计成提供6到8立方英尺/分钟(ft3/min)(0.17到0.23立方米/分钟(m3/min))的流动速率。喷嘴单元中的导管成形为具有大致恒定横截面以维持退出空气的大致恒定速度，不会使流过喷嘴单元的空气加速或减速。提供大致平稳过渡以避免背压，通过将背压引入到系统可能会负面影响上游系统。喷嘴单元中的导管的通道可以是圆形、螺旋形、任何其它形状或分隔为多个通道以最佳地分配流体。这些通道横截面的比率可被调节以优化喷流速度。
公开的实施方式允许如图5中示出的钻孔副产物回收的方法。参照图1、图2和图5，步骤502：通过真空护罩13抽吸真空，由压脚12将真空护罩13定位成邻近工件8并且在钻孔主轴组件16上方。步骤504：启动钻孔主轴组件16，并且将冷却空气传导通过钻孔主轴组件16进行冷却；并且进一步参照图3，步骤506：然后基本上围绕从钻孔主轴组件16延伸的钻孔主轴20的基座19将冷却空气传送到歧管38。步骤508：将空气排放通过歧管38中的孔口44，以在钻孔主轴20的基座19处提供周向空气喷流；将空气导向真空护罩13。步骤510：周向空气喷流由孔口44以大致锥形模式导向靠近钻孔主轴20的操作终止部的集中部58。孔口44可穿过歧管38上的倾斜表面50，以提供期望的锥形模式。喷嘴单元52可安装在孔口44中，用于额外的流动控制。步骤512：使钻孔主轴组件16往复向上穿过真空护罩13中的孔15，以在工件8上钻孔或进行其他操作；并且步骤514：钻孔副产物由空气喷流流入真空护罩13中。
可在如图6中示出的飞行器制造及检修方法600(方法600)以及如图7中示出的飞行器700的背景下采用本公开的实施方式。在预生产期间，示例性方法600可包括飞行器700的规范和设计604以及材料采购606。在生产期间，发生飞行器700的部件及子组件制造608以及系统整合610。此后，飞行器700可经历认证和交付612，以便置于服役614之中。在为客户服役的同时，飞行器700定期做日常维护及检修616(其还可包括改造、重构、翻新等等)。
方法600的各种过程均可由系统整合商、第三方和/或运营商(例如是客户)执行或进行。出于对此描述的目的，系统整合商可包括(但不限于)任何数量的飞行器制造商和主系统分包商；第三方可包括(但不限于)任何数量的供货商、分包商和供应商；并且运营商可以是(但不限于)航空公司、租赁公司、军事单位、服务组织等。
如图7所示，由示例性方法600生产的飞行器700可包括具有多个系统720和内饰722的机身718。高级系统720的示例包括推进系统724、电气系统726、液压系统728、环境系统730和飞行控制系统732中的一种或多种系统。还可包括任何数量的其它系统。虽然示出了航空航天示例，但是本公开的实施方式可应用到其它行业。
在生产及检修方法600中的任何一个或多个阶段期间可采用本文中体现且如前所述的设备和方法。例如，对应于生产过程608的部件或子组件能以类似于在飞行器700处于服役时生产的部件或子组件的方式来制作或制造。另外，例如在生产阶段608和610期间，可利用一个或多个设备实施方式、方法实施方式或它们的组合，以大大加快飞行器700的组装或降低飞行器700的成本。类似地，在飞行器700处于服役时，例如(但不限于)可在维护及检修616期间利用一个或多个设备实施方式、方法实施方式或它们的组合。
进一步，本公开提供根据以下条款的实施方式：
条款1、一种加工副产物回收系统，所述加工副产物回收系统包括：
真空护罩，所述真空护罩被定位成邻近工件；
主轴，所述主轴从基座延伸并且接合工具，所述主轴使所述工具竖直往复地向上穿过所述真空护罩中的孔以接合所述工件；以及
周向空气喷流，所述周向空气喷流靠近所述主轴的基座发射并被导向所述真空护罩。
条款2、根据条款1所述的加工副产物回收系统，其中，所述真空护罩被安装在适于接合所述工件的压脚中。
条款3、根据条款1或2所述的加工副产物回收系统，其中，所述主轴和基座被可操作地安装在具有顶部凸缘的电机驱动系统中，并且所述周向空气喷流从安装到所述顶部凸缘的歧管发射。
条款4、根据条款3所述的加工副产物回收系统，其中，所述电机驱动系统被结合在钻孔主轴组件中，所述钻孔主轴组件与滑架一起安装在竖直轨道上，允许所述钻孔主轴组件的竖直往复。
条款5、根据条款3或4所述的加工副产物回收系统，其中，所述歧管结合有多个孔口，以基本上围绕所述基座形成所述周向空气喷流。
条款6、根据条款5所述的加工副产物回收系统，所述加工副产物回收系统进一步包括：冷却空气供给导管，所述冷却空气供给导管操作性地连接到所述电机驱动系统以供给冷却空气；配件，所述配件被连接为接收被排放冷却空气；以及至少一个馈送导管，所述至少一个馈送导管连接在所述配件与所述歧管之间。
条款7、根据条款6所述的加工副产物回收系统，其中，所述至少一个导管连接到在所述歧管中与所述孔口流体连通的内部通道。
条款8、根据条款7所述的加工副产物回收系统，其中，所述歧管中的所述内部通道包含介于65到90磅/平方英寸(psi)(448到620千帕斯卡(kPa))之间的被排放冷却空气。
条款9、根据条款7或8所述的加工副产物回收系统，其中，所述歧管包括由所述孔口穿过的周向倾斜表面。
条款10、根据条款9所述的加工副产物回收系统，其中，所述倾斜表面将所述孔口定位成以锥形模式导向靠近所述工具的操作终止部的集中部的方式来发射所述周向空气喷流。
条款11、根据条款10所述的加工副产物回收系统，所述加工副产物回收系统进一步包括喷嘴单元，所述喷嘴单元可操作地连接到所述孔口。
条款12、根据条款11所述的加工副产物回收系统，其中，所述孔口和喷嘴单元适于为所述空气喷流提供6到8立方英尺/分钟(ft3/min)(0.17到0.23立方米/分钟(m3/min))的被排放冷却空气。
条款13、根据条款11或12所述的加工副产物回收系统，其中，所述喷嘴单元结合有具有适于维持恒定流动速度的大致恒定横截面的导管。
条款14、根据条款6至13中的任一项所述的加工副产物回收系统，其中，所述歧管包括具有第一孔和第二孔的呈双新月形状的第一半歧管和第二半歧管，所述第一孔暴露出所述基座和钻孔主轴，并且所述第二孔接收所述冷却空气馈送导管，所述至少一个供给导管包括将所述配件与所述第一半歧管互连的第一供给导管、以及将所述配件与所述第二半歧管互连的第二供给导管。
条款15、一种用于加工副产物回收的方法，所述方法包括：
通过真空护罩抽吸真空，所述真空护罩定位成邻近工件并且在钻孔主轴组件上方；
将周向空气喷流从所述钻孔主轴组件的基座导向所述真空护罩；以及
使所述钻孔主轴组件往复向上穿过所述真空护罩中的孔。
条款16、根据条款15所述的方法，所述方法进一步包括：将冷却空气传导通过所述钻孔主轴组件以进行冷却；以及，将冷却空气传送到基本上围绕从所述钻孔主轴组件延伸的钻孔主轴的基座的歧管。
条款17、根据条款16所述的方法，其中，将周向空气喷流导向的步骤进一步包括：通过所述歧管中的孔口排放所述冷却空气。
条款18、根据条款17所述的方法，其中，所述周向空气喷流由所述孔口以大致锥形模式导向靠近所述钻孔主轴的操作终止部的集中部。
条款19、根据条款18所述的方法，所述方法进一步包括：所述孔口穿过所述歧管中的倾斜表面以产生所述锥形模式。
条款20、根据条款19所述的方法，所述方法进一步包括：将喷嘴单元安装在所述孔口中用于流动控制。
现在已按照专利法规的要求详细描述了本公开的各实施方式，本领域技术人员将认识本文中公开的具体实施方式的修改和替换。这样的修改在如随附权利要求书限定的本公开的范围和意图内。

Claims (14)

1.一种加工副产物回收系统，所述加工副产物回收系统包括：
真空护罩(13)，所述真空护罩(13)被定位成邻近工件(8)；
主轴(20)，所述主轴(20)从基座(19)延伸并且接合工具，所述主轴使所述工具竖直往复地向上穿过所述真空护罩(13)中的孔(15)以接合所述工件(8)；以及
周向空气喷流，所述周向空气喷流靠近所述主轴(20)的基座(19)发射并被导向所述真空护罩(13)。
2.根据权利要求1所述的加工副产物回收系统，其中，所述真空护罩(13)被安装在适于接合所述工件(8)的压脚(12)中。
3.根据权利要求1所述的加工副产物回收系统，其中，所述主轴(20)和所述基座(19)被可操作地安装在具有顶部凸缘(42)的电机驱动系统(18)中，并且所述周向空气喷流从安装到所述顶部凸缘(42)的歧管(38)发射。
4.根据权利要求3所述的加工副产物回收系统，其中，所述电机驱动系统(18)被结合在钻孔主轴组件(16)中，所述钻孔主轴组件(16)与滑架(28)一起安装在竖直轨道(30)上，允许所述钻孔主轴组件(16)的竖直往复。
5.根据权利要求3所述的加工副产物回收系统，其中，所述歧管(38)结合有多个孔口(44)，以基本上围绕所述基座(19)形成所述周向空气喷流。
6.根据权利要求5所述的加工副产物回收系统，所述加工副产物回收系统进一步包括：
冷却空气供给导管(32)，所述冷却空气供给导管(32)操作性地连接到所述电机驱动系统(18)以供给冷却空气；
配件(34)，所述配件(34)被连接为接收被排放的冷却空气；以及
至少一个馈送导管(36a，36b)，所述至少一个馈送导管(36a，36b)连接在所述配件(34)与所述歧管(38)之间。
7.根据权利要求6所述的加工副产物回收系统，其中，所述至少一个馈送导管(36a，36b)连接到在所述歧管(38)中与所述孔口(44)流体连通的内部通道(46)。
8.根据权利要求7所述的加工副产物回收系统，其中，所述歧管(38)包括由所述孔口(44)穿过的周向倾斜表面(50)；其中，所述倾斜表面(50)将所述孔口(44)定位成按以锥形模式(57)导向靠近所述工具的操作终止部的集中部(58)的方式发射所述周向空气喷流。
9.根据权利要求8所述的加工副产物回收系统，所述加工副产物回收系统进一步包括喷嘴单元(52)，所述喷嘴单元(52)可操作地连接到所述孔口(44)；其中，所述喷嘴单元(52)结合有具有适于维持恒定流动速度的大致恒定横截面的导管(53)。
10.根据权利要求6所述的加工副产物回收系统，其中，所述歧管(38)包括具有第一孔(62)和第二孔(64)的呈双新月形状的第一半歧管(40a)和第二半歧管(40b)，所述第一孔(62)暴露出所述基座(19)和所述主轴(20)，并且所述第二孔(64)接收所述冷却空气供给导管(32)，所述至少一个馈送导管包括将所述配件(34)与所述第一半歧管(40a)互连的第一馈送导管(36a)、以及将所述配件(34)与所述第二半歧管(40b)互连的第二馈送导管(36b)。
11.一种用于加工副产物回收的方法，所述方法包括：
通过定位成邻近工件(8)并且在钻孔主轴组件(16)上方的真空护罩(13)抽吸(502)真空；
将周向空气喷流从所述钻孔主轴组件(16)的基座(19)导向(508)所述真空护罩(13)；以及
使所述钻孔主轴组件(16)往复(514)向上穿过所述真空护罩(13)中的孔(15)。
12.根据权利要求11所述的方法，所述方法进一步包括：
将冷却空气传导(504)通过所述钻孔主轴组件(16)用于冷却；以及
将冷却空气传送(506)到基本上围绕从所述钻孔主轴组件(16)延伸的钻孔主轴(20)的基座(19)的歧管(38)。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，将周向空气喷流导向的步骤包括：通过所述歧管(38)中的孔口(44)排放(508)所述冷却空气。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述周向空气喷流由所述孔口(44)以大致锥形模式(57)导向(508)靠近所述钻孔主轴(20)的操作终止部的集中部(58)。
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