ES2582645T3 - Máquina de laminado compuesta y automatizada de múltiples cabezales para la fabricación de grandes componentes de sección cilíndrica - Google Patents

Máquina de laminado compuesta y automatizada de múltiples cabezales para la fabricación de grandes componentes de sección cilíndrica Download PDF

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Abstract

Un dispositivo (200) para fabricar una sección de una aeronave por medio de una laminación compuesta y automatizada en una superficie de mandril (206) de una herramienta (202), comprendiendo el dispositivo: una herramienta que comprende un eje rotativo y una superficie de mandril; una estructura de soporte mecánica (210) que puede moverse en relación con el mandril, donde la herramienta puede rotar en relación con dicha estructura de soporte mecánica; una pluralidad de cabezales de suministro de material (208) soportados mediante dicha estructura de soporte mecánica; dicha estructura de soporte mecánica comprende un anillo que rodea dicha superficie de mandril y dicho dispositivo comprende además un andamio volante del anillo, donde dicho andamio volante del anillo soporta dicho anillo, y dicho andamio volante del anillo se mueve a lo largo de la dirección del eje rotativo de la herramienta; el dispositivo comprende además una pluralidad de mecanismos de brazo (220), conectando cada mecanismo de brazo uno de la pluralidad de los cabezales de suministro de material (130) con dicha estructura de soporte mecánica y proporcionando un movimiento del cabezal de suministro de material conectado en relación con la superficie de mandril en una dirección normal respecto a la superficie de mandril; y donde la posición circunferencial de cada cabezal de suministro de material puede ajustarse en una dirección de anilla en relación con la superficie de mandril, y donde la posición axial de cada cabezal de suministro de material puede ajustarse en relación con la superficie de mandril; y caracterizado por que: la superficie de mandril se adapta a la sección de fuselaje de aeronave; cada mecanismo de brazo proporciona: el ajuste de posición circunferencial del cabezal de suministro de material conectado en la dirección de anilla en relación con la superficie de mandril, el ajuste de posición axial del cabezal de suministro de material conectado en relación con la superficie de mandril, y una rotación del cabezal de suministro de material conectado en relación con la superficie de mandril en torno a un eje normal respecto a la superficie de mandril; cada uno de dicha pluralidad de cabezales de suministro de material está dispuesto para controlarse mediante una aplicación de control numérico informática: para controlar la pluralidad de los cabezales de suministro de material simultáneamente para aplicar material compuesto a lo largo de la superficie de mandril durante la fabricación de la sección de fuselaje de aeronave, y para ajustar la posición de cada uno de la pluralidad de cabezales de suministro de material individualmente en relación con la superficie de mandril y los otros cabezales de suministro del material durante la aplicación del material compuesto mediante los cabezales de material durante la fabricación de la sección del fuselaje de aeronave.

Description

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de contorno, o cabezal de colocación de fibras 130. Los cabezales de suministro de material 208 pueden ser adaptaciones de cabezales de suministro existentes basados en cabezales de suministro de acumulación de cinta plana o de contorno, o cabezales de suministro de colocación de fibras, tal como sea necesario para cumplir los requisitos de contorno de superficie, ya que el contorno de la superficie de mandril 206 puede variar ampliamente
5 dependiendo de qué dispositivo 200 de fabricación de piezas de aeronave se use para la fabricación. Por ejemplo, los cabezales de acumulación de cinta pueden usarse para cabezales de suministro de material 208 cuando las secciones transversales de la herramienta 202 y la superficie de mandril 206 permanecen constantes en su mayoría, tal como se ve en la Figura 2. Por la misma razón, los cabezales de colocación de fibras pueden usarse para cabezales de suministro de material 208 cuando las secciones transversales de la herramienta 202 y la superficie de mandril 206 cambian significativamente a lo largo de la longitud de la herramienta 202.
La herramienta 202 puede montarse horizontalmente, tal como se muestra en la Figura 2, o verticalmente, tal como se muestra en las Figuras 3 y 4. La Figura 2 muestra una configuración horizontal del dispositivo 200 en la que los cabezales de suministro de material 208 pueden ser cabezales de acumulación de cinta o cabezales de colocación 15 de fibras. En general, la configuración horizontal del dispositivo 200 puede ser más adecuada para acumular superficies de mandril 206 de sección transversal constante usando cabezales de acumulación de cinta, tal como se ve en la Figura 2, que son normalmente menores y más compactos que los cabezales de colocación de fibras. Las Figuras 3 y 4 muestran dispositivos de fabricación de piezas de aeronave, tales como el dispositivo 200, de acuerdo con otras realizaciones que tienen una configuración vertical en las que los cabezales de suministro de material 208, tal como se ve en la Figura 3, pueden ser cabezales de acumulación de cinta, tal como el cabezal de suministro de material 100 o, como alternativa tal como se ve en la Figura 4, pueden ser cabezales de colocación de fibras, tal como el cabezal de colocación de fibras 130. En general, la configuración vertical del dispositivo 400, mostrado en la Figura 4, puede ser más adecuada para acumular superficies de mandril 206 de sección transversal cambiante, es decir, superficies con contornos más complejos, usando cabezales de colocación de fibras, que son normalmente
25 más complejos que los cabezales de acumulación de cinta y necesitan un sistema de fileta 322 para suministrar material a los cabezales de suministro.
El dispositivo 200 incluye una estructura de soporte mecánica 210 que puede soportar cabezales de suministro de material 208 y proporcionar el movimiento de los cabezales de suministro de material 208 en relación con la superficie de mandril 206. La herramienta 202 puede moverse y rotar en relación con la estructura de soporte mecánica 210. La estructura de soporte mecánica 210 incluye un anillo, que puede ser un anillo 212 de traslado y rotación, en el que los cabezales de suministro de material 208 pueden montarse por lo que el anillo 212 y los cabezales de suministro 208 rodean la superficie de mandril 206. La estructura de soporte mecánica 210 incluye un andamio volante 214 del anillo que puede soportar el anillo 212 en una orientación vertical tal como se muestra en la
35 Figura 2. El andamio volante 214 del anillo puede proporcionar la rotación del anillo 212 alrededor del eje 204. El andamio volante 214 del anillo puede montarse en carriles 216 por lo que el andamio volante 214 del anillo puede moverse a lo largo de la dirección del eje 204 de la herramienta 202. En otras palabras, la estructura de soporte mecánica 210, que puede incluir el anillo 212 y el andamio volante 214 del anillo, puede proporcionar el traslado axial de todos los cabezales de suministro 208 simultáneamente en relación con la superficie de mandril 206.
Durante el funcionamiento, el anillo 212 puede trasladarse a lo largo de toda la longitud de la herramienta 202 mientras que la herramienta 202 rota, permitiendo que los cabezales de suministro de material 208 coloquen material en los cursos 218 sobre toda la superficie de la herramienta, es decir, superficie de mandril 206. El anillo 212 también puede rotar a lo largo de toda la longitud de la herramienta 206, permitiendo también que los cabezales
45 de suministro de material 208 coloquen material en los cursos 218 sobre toda la superficie de mandril 206. Aunque la rotación del anillo 212 puede no ser necesaria para la colocación de material en lugar de la rotación de la herramienta 202, el anillo 212 también puede rotar para poder colocarse para proporcionar un mantenimiento y revisión convenientes de los cabezales de suministro de material 208. Además, la herramienta 202 puede rotar independientemente del anillo 212 para permitir el acceso a la superficie de mandril 206 para operaciones de acumulación a mano.
El dispositivo 200 incluye mecanismos de brazo 220 que conectan los cabezales de suministro de material 208 con la estructura de soporte mecánica 210, es decir, el anillo 212. Los mecanismos de brazo 220 proporcionan el movimiento de los cabezales de suministro de material 208 en relación con la superficie de mandril 206.
55 Cada cabezal de suministro de material 208 individual tiene la capacidad, proporcionada mediante el mecanismo de brazo 220 que conecta el cabezal de suministro de material 208 individual con la estructura de soporte de mecánica 210, de moverse independientemente de los otros cabezales de suministro de material 208 en direcciones circunferenciales (de anilla) y axiales (en referencia a la herramienta 202) para permitir cierto ajuste del movimiento y la posición individual en relación con los otros cabezales de suministro de material 208 en relación con la superficie de mandril 206.
El ajuste de posición axial independiente sería útil, por ejemplo, al colocar láminas de material en la dirección circunferencial, o dirección de anilla del cilindro de la herramienta 202. En este caso, todos o algunos de los 65 cabezales pueden volver a colocarse en relación entre sí axialmente, a lo largo de la longitud de la herramienta 202, para que las bandas, es decir, cursos 208, de material colocadas sean adyacentes entre sí sin superposiciones o
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controla individualmente en coordinación con todos los otros cabezales de suministro 208, por ejemplo, usando NC o CNC para controlar todos los cabezales de suministro de material 208 simultáneamente. Los múltiples cabezales de suministro de material 208 pueden controlarse en coordinación con la rotación de la herramienta 202 y la superficie de mandril 206, usando también control CNC o NC. Por ejemplo, la rotación de la herramienta 202 puede accionarse
5 a través de la plataforma giratoria 316 usando control CNC.
Los dispositivos 300 y 400 incluyen mecanismos de brazo 220 que conectan los cabezales de suministro de material 208 con la estructura de soporte mecánica 310, es decir, con el anillo 312. Los mecanismos de brazo 220 pueden proporcionar el movimiento de los cabezales de suministro de material 208 en relación con la superficie de mandril
10 206.
Cada cabezal de suministro de material 208 individual tiene la capacidad, proporcionada mediante el mecanismo de brazo 220, que conecta el cabezal de suministro de material 208 individual con la estructura de soporte mecánica 310, de moverse independientemente de los otros cabezales de suministro de material 208 en direcciones
15 circunferenciales (de anilla) y axiales (en referencia a la herramienta 202) para permitir cierto ajuste de movimiento y posición individual en relación con los otros cabezales de suministro de material 208 y en relación con la superficie de mandril 206.
Además, cada cabezal de suministro de material 208 individual tiene la capacidad, proporcionada mediante el
20 mecanismo de brazo 220 que conecta el cabezal de suministro de material 208 individual con la estructura de soporte mecánica 310, de moverse independientemente de los otros cabezales de suministro de material 208 en una dirección normal a, es decir perpendicular a, la superficie de mandril 206 y de rotar independientemente de los otros cabezales de suministro de material 208 en torno a un eje normal respecto a la superficie de mandril 206 (en referencia a la herramienta 202). De esta manera, cada cabezal de suministro de material 208 está provisto de cierto
25 ajuste de movimiento y posición individual hacia y lejos respecto a la superficie de mandril 206 y está provisto de cierto ajuste de rotación individual y posición angular en relación con la superficie de mandril 206.
Un método para laminación compuesta y automatizada en una superficie de mandril, tal como la superficie de mandril 206 de la herramienta 202, incluye soportar múltiples cabezales de suministro de material, tal como los
30 cabezales de suministro 208, para que la herramienta y los cabezales de suministro de material puedan moverse en relación entre sí. Por ejemplo, la herramienta puede montarse horizontalmente, tal como usando contracabezales 205, puede montarse verticalmente, tal como usando una plataforma giratoria 316, mientras que los múltiples cabezales de suministro de material pueden soportarse independientemente de la herramienta, tal como usando la estructura de soporte mecánica 210 o la estructura de soporte mecánica 310.
35 El método también incluye proporcionar el movimiento de todos los cabezales de suministro de material en relación con la superficie de mandril mientras se proporciona el ajuste de posición individual en relación con la superficie de mandril para cada cabezal de suministro de material independientemente de los otros. Por ejemplo, la estructura de soporte mecánica 210 o 310 puede mover todos los cabezales de suministro de material juntos en relación con la
40 superficie de mandril, por ejemplo, trasladar los cabezales de material axialmente, es decir, en una dirección paralela al eje 204 de la herramienta 202. Al mismo tiempo, se proporciona un ajuste de posición circunferencial de los cabezales de suministro de material en una dirección de anilla en relación con la superficie de mandril, un ajuste de posición axial de los cabezales de suministro de material en relación con la superficie de mandril, un movimiento de los cabezales de suministro de material en una dirección normal respecto a la superficie de mandril y una rotación de
45 los cabezales de suministro de material en torno a un eje normal respecto a la superficie de mandril, por ejemplo, mediante mecanismos que conectan cada cabezal de suministro de material con la estructura de soporte mecánica, tal como mecanismos de brazo 220.
El método puede incluir además hacer rotar la herramienta en torno a un eje horizontal o vertical de rotación, tal
50 como el eje 204 de la herramienta 202, y suministrar un material compuesto en cursos 218 desde los múltiples cabezales de suministro de material 208 simultáneamente. El proceso de suministro de material, colocación y movimiento de los cabezales de suministro de material y hacer rotar la herramienta puede controlarse usando técnicas NC o CNC para proporcionar un control coordinado para los múltiples cabezales de suministro de material simultáneamente.
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