CN1377810A - 用于生产具有限定厚度的产品的工艺和设备 - Google Patents

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Abstract

用于生产用作航空航天结构中的部件(17)的具有限定厚度的产品(2)的设备(1)包括一种自动加工机床(3)和用于支承所要加工的产品(2)的框架(4)。加工机床(3)包括装配有头部(8)的加工装置(6),所述头部安装有设计用于从产品(2)的限定区域(26,27,28)中除去材料以便选择地减小其厚度的刀具(25)。

Description

用于生产具有限定厚度的产品的工艺和设备
技术领域
本发明涉及一种用于生产具有限定厚度的产品的工艺。
具体地说，在不限制发明内容的情况下，本发明涉及一种用于机械地且选择地减少由金属板制成的航空和航天结构的部件的厚度。
这是为了减轻用来制作航空器部件例如机身的金属板的重量，这些部件在使用期间不必承受非常高的应力和应变。
背景技术
用于减轻金属板的重量的现有技术方法基本上基于一种被称为“化学铣削”的工艺。该工艺在于以这样的方式用遮蔽材料喷涂金属板(保护层)从而在金属板上形成保护层。随后人工或用激光装置将图案画进该涂层中，以便将已经被减轻的金属板部分与那些厚度基本上仍然未变的金属板部分区分开。然后从被减轻的部分中除去干燥成连续薄膜的保护层，并且将金属板浸到装有用来腐蚀没有受到保护层保护的部分中的金属。根据所要除去的金属量，让金属板呆在容器中预定时间，然后将它拿出来并清洗。该工艺是逐渐地进行的。因此，如果必须使金属板的一些部分进一步减轻的话，重复该工艺直到其所有部分具有所要求的厚度。
上述工艺具有几个缺点。首先，由于航空业中通常所使用的金属板尺寸较大，所以加工金属板的生产设备必须非常大，并且因此涉及非常高的成本。这种类型的工艺的另一个缺点在于，它需要大量化学药品，这些化学要求除了对操作人员危险之外还需要特殊的存储和废物处理设备，不仅对于它们的结构而言而且根据当前立法所要求的安全标准要使它们保持在高效工作状态中都涉及相当大的投资。
用来生产金属产品的化学腐蚀工艺其另外的缺点在于会生产出难以回收的金属淤泥。
发明概述
因此本发明的目的在于提供一种用于生产具有限定厚度的产品的工艺，该工艺克服了上述缺点。
因此，本发明提供了一种用于生产用作航天飞船或航空器结构中的部件的具有限定厚度的产品的工艺，该工艺的特征在于，它至少包括以下步骤，至少从产品的限定且分离区域中机械地除去制成产品的材料以便减小产品厚度并因此使产品变轻。
在下面的权利要求中清楚地描述了与上述目的相关的本发明的技术特征，并且从下面的详细说明中并参照显示出本发明的优选实施方案的附图可以了解其优点，所示实施方案主要以示例的方式在不限制发明内容的范围的情况下提供。
附图的简要说明
图1用来生产根据本发明的产品的设备的示意透视图，其有些部分被切掉以便更好地显示出其它部分；
图2为图1的详细透视图，并且显示出在由所述设备进行的工作中的步骤；
图3为图1中所示的设备的前视图，其一些部分被切掉以便更好地显示出其它部分；
图4为图1中所示的设备的另一个实施方案的前视图，其一些部分被切掉以便更好地显示出其它部分；
优选实施方案的详细说明
参照图1，数字1表示用于生产产品2的设备的整体，该设备包括自动加工机床3和支承所要加工的产品2的框架4。
自动加工机床3包括安装有加工装置6的可动横梁5。
加工装置6可以在三维空间中沿着笛卡儿坐标系的三根线性轴X、Y和Z移动。在附图中示意性地显示出的加工装置6还可以具有三根连续的内插轴，或三根连续的内插轴和两个定位轴，或五根或更多的连续内插轴。
如图1所示，该加工装置6为普通类型的并因此没有详细显示出，该装置包括安装有刀具夹持器头部8的滑座7。滑座可滑动地与沿着Z方向运行的支承部件9啮合。
支承部件9可以通过没有另外详细显示出的常规传动装置相对于横梁5沿着Y方向移动。
横梁5沿着与笛卡儿坐标系的Y轴基本上平行的主方向D1延伸。
横梁5由两个沿着与X方向基本上平行的主方向D2延伸的纵向导架10、11支承，所述导架10、11由多根立柱12支承。
支柱12具有与加工机床3的基座14连接的相应下端13和与纵向导架10、11连接的相应上端15。
横梁5可以沿着D2方向在纵向导架10、11中滑动以便引导加工装置6运动，而加工装置需要运行以便在自动加工机床3中加工出产品2。
机床3还包括数字控制装置16，它位于其中一根立柱12处并且设计用来控制加工装置6以使机床3能够进行所要求的加工操作。
如图1所示，例如，产品2是一种将被用来制作航天器机身的部件17，并且其中航天器的窗户开口贴有标签18。更仔细地看，部件17具有采用没有描述的常规成形装置预先在基本上为扁平的材料长度如金属板上形成的规定曲面。
支承产品2的框架4设置在由自动加工机床3的立柱12所限定的空间内部并位于加工装置6的下面。
框架4采用工作台的形式，并且包括相对于加工机床3的基座14基本上是固定的底座19以及与底座19连接并具有上表面21的可拆卸部件20。
还有如图3所示，将具有规定曲面的产品2放置在框架4的上表面21上，所述上表面21成形为与产品2的曲面相匹配。
图4显示出基本上平坦地设置在框架4的上表面21上的产品2，所述上表面21也基本上是平坦的。参照图1、3和4，框架4包括多个吸孔22，它们分布在其上表面21上并且设计用来在将产品2放置在用于加工的框架4上时使产品2保持向下靠着表面21。
吸孔22与在这些图中大致以方框23显示出的常规抽吸装置连接。
吸孔22和抽吸装置23一起构成抽吸设备24。
框架4的上表面21由于通过抽吸设备24牢牢地保持住产品2所以构成一种产品2的定位参考元件和用于测量加工尺寸的几何参考。
图2的放大详细视图显示出在通过安装在加工装置6的刀具夹持器头部8上的刀具25加工产品中的阶段。在该图面中，刀具25从航天器窗户的其中一个开口18的框架26中除去材料。在所示的实施例中，每个框架26从产品2的初始厚度S2开始减小到厚度S1。厚度差S2-S1是由加工机床3除去的材料厚度。在图2中所示的部分产品2还具有其厚度基本上等于产品的初始厚度S2的边缘27以及由边缘27和在图中显示为虚线表面的框架26所限定的中心区域28。边缘27是将来与航空器机身的其它部分连接的部件，而中心区域28是一种没有任何其它特定功能的简单覆盖部件，因此它不必同样具有高机械强度。因此随之进一步减小了中心区域28的厚度S2-S3。换句话说，中心区域28是刀具25从中除去最多材料的区域。
参照图2可以更详细地看出，刀具25是一种铣刀并且从产品2中除去材料的操作基本上是一种铣削操作。如上所述铣削操作或者可以等轴地即采用三根连续的插入轴进行，或者在倾斜平面中即采用三根连续的插入轴加上三根定位轴进行，或者在任意方向中取向的形状上即采用五根或多根连续的插入轴。参照图1、3和4，加工装置6优选由直线电机驱动。
横梁5由两个电机29、30沿着D2方向驱动。两个直线电机29、30中的每一个包括主部件或转子31和次部件或定子32。两个主部件31在其两个沿着纵向方向彼此相对的端部5a、5b处与可动横梁5成一整体。两个次部件32由两条相应的平行滑道33、34组成，每条滑道沿着导架10、11中的其中一个延伸。
在使用期间，如图1所示，通过用于夹紧和抬升产品2的装置(未示出)将产品2放置在支承架4上。
如图3和4更详细地显示出的一样，将产品2放置在框架4的上表面21上，并通过打开抽吸设备24使之完全贴在上表面21上。分布在上表面21上面的吸孔22的抽吸作用将产品2向下牢牢地保持在上表面21自身上。这个构造使得有可能确定出一种供随后加工步骤用的参照系。
换句话说，由于产品2牢牢地向下保持在框架4的上表面21上，所以通过在其上没有产品2的情况下重新设定表面21的尺寸并且采用这个尺寸作为参考零尺寸，从而控制装置16可以在产品2的任意位置处通过将在那个位置处的材料高度与上表面21自身的先前重新设定的参考零尺寸进行比较来连续地检测出材料的厚度。
参照图3，框架的可拆卸部件20的上表面21具有设计用来容纳产品2的弯曲形状，该产品在前面已经变形从而使它具有所要求的曲面。因此使框架4的可拆卸部件20的形状与产品2的所要求曲面相匹配。在这种情况中，机床3的加工装置6进行随后的加工操作所采用的加工尺寸基本上不会与处于其最终加工形态中的产品2的尺寸不同。因此上表面21的形状与产品2相关地构成框架4的匹配形状。
另一方面，如图4所示，框架4的可拆卸部件20的上表面21基本上是平的以便容纳还没有变形成所要求的弯曲形状但是将在随后未示出的工艺期间将要变形的产品2。在该情况中，机床3的加工装置6进行随后的加工操作所采用的加工尺寸基本上与处于其最终加工形态中的产品2的尺寸不同。支承产品2的框架4具有可拆卸部件20这个事实使得设备1非常通用，因为它使得设备能够通过简单地改变可拆卸部件20来迅速地设定好来加工不同的产品2。
如图2所示，优选的是，从产品2的不同区域26、27、28中除去的材料其数量与这些部分在安装产品2时需要承受的应力大小成反比。
因此，使中心区域28轻于必须与机身的另一块面板形成部分的相应边缘连接的边缘27，并且还轻于用来固定航天器窗户的框架26。
因此，显然该设备1使得能够在生产航空业用的部件中迅速且经济地实现在重量轻的要求方面和高机械强度方面之间的最优平衡。
优选的是，在相同的控制装置6的控制下，加工装置6不仅用来选择地从产品2中除去材料，而且用来在该产品上进行精整操作例如钻孔、锥形扩孔和压制而不必将该产品2转到其它机床。
优选的是，根据在这里既没有显示也没有描述的已知方法，滑架7相对于支承部件9的运动和支承部件9相对于横梁5的运动由线性电机驱动。
与存在如上所述会产生出难以回收的金属淤泥的缺点的化学腐蚀工艺不一样，机械铣削工艺产生出金属屑，这些金属屑能够快速地且容易地在铸造厂中进行回收以制作其它金属产品2。
在不脱离发明内容的范围的情况下可以对所述发明作出各种改进和改变。而且，本发明的所有部件可以由在技术上等同的部件代替。

Claims (18)

1.一种用于生产用作航空航天结构中的部件(17)的具有限定厚度的产品(2)的工艺，所述工艺的特征在于，它至少包括以下步骤，至少从产品的限定且分离的区域(26，27，28)中机械地除去制成该产品(2)的材料以便减小产品厚度并因此使产品(2)变轻。
2.一种如权利要求1所述的工艺，其特征在于，在每个限定区域中除去不同程度的材料。
3.一种如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所要除去的材料其数量基本上与产品(2)的不同区域(26、27、28)所需要承受的应力大小成反比。
4.一种如权利要求1所述的工艺，其特征在于，与从产品(2)中除去材料的步骤结合，该工艺包括还包括以下步骤：机械地精整产品的区域(27)，该区域将在产品(2)自身中形成用来连接该结构的其它部件和/或用来连接多个产品的部分。
5.一种如前面权利要求1-4任一所述的工艺，其特征在于，通过铣削机械地除去材料。
6.一种前面权利要求1-5任一所述的工艺，其特征在于，除去材料的步骤在最初基本上是平坦的产品(2)上进行，并且还包括以下步骤：使产品(2)塑性地变形以便使它具有制作该结构的部件(17)所需要的形状。
7.一种如权利要求1-5任一所述的工艺，其特征在于，除去材料步骤在已经塑性地变形成制作该结构的部件(17)所需要的形状的产品(2)上进行。
8.一种如权利要求6或7所述的工艺，其特征在于，该工艺还包括以下步骤：将产品(2)放置在其形状与之相配的支承架(4)上。
9.一种如权利要求8所述的工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤：使产品(2)在框架(4)上保持不动地与框架(4)的表面(21)接触，并且形成该框架的相配形状，所述表面(21)构成用于除去材料步骤的参照系。
10.一种如权利要求9所述的工艺，其特征在于，保持不动步骤是通过抽吸设备(24)在抽吸作用下进行的。
11.一种如权利要求1所述的工艺，其特征在于，除去材料的步骤是通过安装在刀具夹持器头部(8)上的刀具(25)来进行的，所述头部可以在空间中至少沿着相互垂直的三个方向(X，Y，Z)移动。
12.一种如权利要求11所述的工艺，其特征在于，刀具夹持器头部(8)沿着所述三个垂直方向(X，Y，Z)中的至少一个由直线电机(29，30)驱动。
13.一种用于生产用作航空航天结构中的部件(17)的具有限定厚度的产品(2)的设备，其特征在于，该设备包括至少一个安装在刀具夹持器头部(8)上的刀具(25)，所述头部可以在空间中至少沿着相互垂直的三个方向(X，Y，Z)移动，所述刀具(25)以这样的方式与产品(2)啮合，从而至少从产品的限定且分离的区域(26，27，28)中机械地除去制成该产品(2)的材料，以便减小产品厚度并使产品(2)变轻。
14.一种如权利要求13所述的设备，其特征在于，所述设备包括框架(4)，该框架支承着产品(2)并且其形状与产品(2)相配，从而在产品(2)与刀具(25)啮合时将产品(2)保持在固定的位置中。
15.一种如权利要求14所述的设备，其特征在于，支承架(4)至少在其与产品(2)啮合的上表面(21)处的形状与产品(2)相配。
16.一种如权利要求15所述的设备，其特征在于，框架(4)的上表面(21)限定了用于驱动刀具(25)的参照系。
17.一种如前面权利要求14-16任一所述的设备，其特征在于，该设备包括抽吸设备(24)，它与支承架(4)连接并且设计用来使产品(2)相对于框架(4)本身保持在固定位置。
18.一种如前面权利要求13-17任一所述的设备，其特征在于，刀具夹持器头部(8)沿着所述三个垂直方向(X，Y，Z)中的至少一个由线性电机(29，30)驱动。
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