IT9044817A1

IT9044817A1 - METHOD FOR THE ASSEMBLY OF STRUCTURES, IN PARTICULAR AERONAUTICAL STRUCTURES.

Info

Publication number: IT9044817A1
Application number: IT044817A
Authority: IT
Inventors: Armando Corsi
Original assignee: Jobs Spa
Priority date: 1990-08-09
Filing date: 1990-08-09
Publication date: 1992-02-09
Also published as: IT1247590B; GB2246732B; ES2044759B1; JPH04231135A; FR2665656A1; DE4125946A1; ES2044759R; ES2044759A2; GB2246732A; GB9115802D0; FR2665656B1; IT9044817A0

Description

"METODO PER L’ASSEMBLAGGIO DI STRUTTURE, IN PARTICOLARE STRUTTURE AERONAUTICHE" "METHOD FOR ASSEMBLING STRUCTURES, IN PARTICULAR AERONAUTICAL STRUCTURES"

La presente invenzione propone un metodo per l’assemblaggio di strutture, in particolare strutture aeronautiche, mediante la posa automatica di rivetti o altro tipo di fasteners, a mezzo di due macchine accoppiate che lavorano in sincronia da parti opposte del pezzo. The present invention proposes a method for assembling structures, in particular aeronautical structures, by means of the automatic laying of rivets or other type of fasteners, by means of two coupled machines that work in synchrony on opposite sides of the piece.

Conformemente con il metodo secondo l’invenzione, le macchine vengono portate in asse sul punto da lavorare, si effettua il serraggio delle parti e si procede con tutte le lavorazioni necessarie senza mai rilasciare la presa e senza mai spostare gli assi principali della macchina. In accordance with the method according to the invention, the machines are brought in axis to the point to be machined, the parts are tightened and all the necessary operations are carried out without ever releasing the grip and without ever moving the main axes of the machine.

Il metodo secondo l’invenzione trova una specifica anche se non esclusiva applicazione nel settore delle costruzioni aeronautiche per l’assemblaggio delle strutture di aerei, ad esempio durante il montaggio dei pannelli, ove si incontrano notevoli difficoltà in quanto occorre eseguire diverse lavorazioni entro tolleranze minime, su pezzi difficili da posizionare e maneggiare, quali i pannelli della fusoliera. The method according to the invention finds a specific, though not exclusive, application in the aeronautical construction sector for the assembly of aircraft structures, for example during the assembly of panels, where considerable difficulties are encountered as it is necessary to perform various processes within minimum tolerances , on parts that are difficult to position and handle, such as fuselage panels.

Trattasi, infatti, di strutture di notevoli dimensioni, aventi una lunghezza ed una larghezza di vari metri, uno spessore minimo, curve, e che devono venire fissate alle centine costituenti l’ossatura del velivolo per mezzo di rivetti. In fact, these are structures of considerable size, having a length and a width of several meters, a minimum thickness, curves, and which must be fixed to the ribs constituting the skeleton of the aircraft by means of rivets.

Per fare ciò occorre, una volta posizionati i pezzi da lavorante serrarli l’uno contro l’altro e procedere con una serie di lavorazioni che comprendono la foratura,l’eventuale sbavatura,la svasatura del foro, la posa di collante, l’inserimento del rivetto e la sua ribaditura. To do this, once the pieces to be machined have been positioned, tighten them against each other and proceed with a series of processes that include drilling, possible deburring, countersinking of the hole, laying of glue, insertion rivet and its riveting.

Queste operazioni fino a pochi anni or sono venivano svolte manualmente, con l'ausilio di maschere di foratura e facendo uso di utensili in grado di eseguire lavorazioni a profondità controllata. Until a few years ago, these operations were carried out manually, with the aid of drilling jigs and using tools capable of performing controlled depth machining.

Solo negli anni più recenti sono state sviluppate macchine utensili in grado di svolgere automaticamente tutta una serie di operazioni con la necessaria precisione. Only in recent years have machine tools been developed capable of automatically carrying out a whole series of operations with the necessary precision.

Macchine di questo genere comprendono una struttura mobile lungo una terna di asei cartesiani sulla quale è montata una testa porta-utensili dotata di due o più gradi di libertà, alla quale vengono applicati, di volta in volta, gli utensili o gli end effectors necessari. Machines of this type comprise a structure that is movable along a triad of Cartesian axes on which a tool-holder head equipped with two or more degrees of freedom is mounted, to which the necessary tools or end effectors are applied from time to time.

Siccome però ogniqual volta si effettua la sostituzione degli end effectore occorre riqualificare la macchina,ripristinando tutti i riferimenti,gli zeri meccanici, elettronici ecc. e l’operazione richiede tempinotevoli,con iprocedimentiautomatici attualmente noti si effettuano dapprima tutte le lavorazioni di un determinato genere su un pannello, che viene poi rimosso dal supporto e immagazzinato per procedere con la stessa lavorazioni sul pannello successivo. However, since every time the end effectors are replaced, it is necessary to requalify the machine, restoring all references, mechanical and electronic zeros, etc. and the operation requires considerable time, with currently known automatic procedures, first all the workings of a certain kind are carried out on a panel, which is then removed from the support and stored to proceed with the same work on the next panel.

Al termine si ferma la macchina, si sostituisce l’end At the end the machine stops, the end is replaced

si riposizionano i pannelli uno per volta sul supporto per procedere con le lavorazioni successive. the panels are repositioned one at a time on the support to proceed with subsequent processing.

Così, si realizzano dapprima ad esempio tutti i fori di un determinato diametro· si sostituisce poi l'end effector· si posano i rivetti ecc. Thus, for example, all holes of a certain diameter are made first, then the end effector is replaced, the rivets are placed, etc.

E' ovvio che questa soluzione comporta numerosi inconvenienti dovuti alla necessità di spostare ed immagazzinare numerosi pezzi non ancora completamente lavorati, di notevoli dimensioni e delicati da maneggiare. It is obvious that this solution entails numerous drawbacks due to the need to move and store numerous pieces not yet completely machined, of considerable size and delicate to handle.

In altri casi si effettuano prima tutti i fori, poi si procede con la posa del collante in ogni foro e infine si applicano i rivetti. Anche questo sistema comporta, però, la tempi morti per la sostituzione degli end effectors e la possibilità di errori di di riposizionamento delle macchine. In other cases all the holes are made first, then the adhesive is laid in each hole and finally the rivets are applied. However, this system also involves downtime for the replacement of the end effectors and the possibility of repositioning errors of the machines.

Sono inoltre note macchine che effettuano tutte le operazioni su un foro prima di passare al successivo, ma si tratta di macchine fisse, che comportano di conseguenza la necessità di muovere i pezzi, i quali vengono inseriti nella macchina per eseguire le lavorazioni previste, con ovvie limitazioni in quanto le dimensioni del pezzo sono limitate da quelle della macchina. Machines are also known that carry out all the operations on one hole before moving on to the next, but they are fixed machines, which consequently entail the need to move the pieces, which are inserted into the machine to perform the foreseen machining operations, with obvious limitations as the dimensions of the piece are limited by those of the machine.

Per questa ragione, è sentita l'esigenza di mezzi che consentano di effettuare in successione tutte le operazioni necessarie per la posa del faetener, senza la necessità di fermare o muovere la macchina. For this reason, the need is felt for means that allow all the operations necessary for the installation of the faetener to be carried out in succession, without the need to stop or move the machine.

A tale scopo la presente invenzione propone un metodo 1 ’assemblaggio di strutture, in particolare nel settore aeronautico, che prevede l'utilizzazione di una coppia di macchine che lavorano in sincronia, da parti opposte del pannello o del pezzo da assemblare. For this purpose, the present invention proposes a method of assembling structures, in particular in the aeronautical sector, which involves the use of a pair of machines that work in synchrony, on opposite sides of the panel or piece to be assembled.

Conformemente con il metodo dell’invenzione, le macchine si portano sul punto da lavorare in asse con il foro, serrano le parti, dopo di che effettuano tutte le operazioni necessarie, sostituendo automaticamente l’utensile. In accordance with the method of the invention, the machines move to the point to be machined in axis with the hole, tighten the parts, after which they carry out all the necessary operations, automatically replacing the tool.

Macchine a sostituzione automatica dell'end effector sono descritte nella domanda di brevetto italiana n. 44815 A/89 dello stesso richiedente. Machines with automatic end effector replacement are described in the Italian patent application n. 44815 A / 89 by the same applicant.

La presente invenzione sarà ora descritta dettagliatamente, a puro titolo esemplificativo, con riferimento alle figure allegate in cui: The present invention will now be described in detail, purely by way of example, with reference to the attached figures in which:

- la figura 1 illustra, nel suo complesso, una delle macchine utilizzate per l’attuazione del metodo secondo l’invenzione; - Figure 1 illustrates, as a whole, one of the machines used for the implementation of the method according to the invention;

- la figura 2 illustra in sezione una piastra di supporto degli end effectors da applicare alla testa porta-utensili della macchina; Figure 2 is a sectional view of a support plate for the end effectors to be applied to the tool holder head of the machine;

- la figura 3 è la vista di un complesso per l'attuazione del metodo secondo l’invenzione, comprendente due macchine accoppiate che lavorano lo stesso pezzo in sincronia. - Figure 3 is the view of a complex for the implementation of the method according to the invention, comprising two coupled machines that work the same piece in synchrony.

- la figura 4 illustra schematicamente la successione delle operazioni per la posa di un rivetto con il metodo secondo l’invenzione; - Figure 4 schematically illustrates the sequence of operations for laying a rivet with the method according to the invention;

la figura 5 è uno schema a blocchi che illustra apparecchiature ed i relativi controlli; Figure 5 is a block diagram illustrating equipment and related controls;

- la figura 6 è un diagramma a blocchi che illustra le successive fasi del metodo secondo l'invenzione; Figure 6 is a block diagram illustrating the subsequent steps of the method according to the invention;

Il metodo secondo l'invenzione prevede l’utilizzazione di una coppia di macchina utensili, ad esempio del tipo di quella illustrata in figura 1, che comprende un supporto 1 che si muove lungo un basamento 2 in direzione dell'asse X, supporto sul quale è montato un cannotto 3 mobile lungo gli assi Y e 2 che, assieme all’asse X costituiscono una terna cartesiana. The method according to the invention provides for the use of a pair of machine tools, for example of the type illustrated in Figure 1, which comprises a support 1 which moves along a base 2 in the direction of the X axis, support on which a sleeve 3 is mounted which can move along the Y and 2 axes which, together with the X axis, form a Cartesian triad.

All’estremità del cannotto o braccio 3 è montata una testa portautensili 4 a due gradi di libertà, definiti dagli assi di rotazione A e C. A tool holder head 4 with two degrees of freedom, defined by the rotation axes A and C, is mounted at the end of the quill or arm 3.

La testa 4 è provvista di attacchi rapidi per la applicazione di una piastra porta end effectore, quale quella illustrata in sezione in figura 5. The head 4 is provided with quick couplings for the application of an end effector holder plate, such as the one illustrated in section in figure 5.

La piastra, applicata alla testa porta-utensili 4, è dotata di due gradi di libertà lungo una coppia di assi ortogonali V e W, il secondo dei quali è perpendicolare al piano del disegno in figura 5. The plate, applied to the tool holder head 4, has two degrees of freedom along a pair of orthogonal axes V and W, the second of which is perpendicular to the plane of the drawing in figure 5.

Queste macchine sono di per sè già note e descritte, ad esempio, nella domanda di brevetto italiano 44804 A/88 pubblicata il 09/09/89 alla quale si rimanda per eventuali altri dettagli. Per una buona comprensione dell’idea di soluzione qui esposta, è sufficiente sapere che sulla piastra sono montati una serie di effectorei ciascuno provvisto di un utensile con l'asse parallelo all’asse W: These machines are per se already known and described, for example, in the Italian patent application 44804 A / 88 published on 09/09/89 to which reference should be made for any other details. For a good understanding of the solution idea presented here, it is sufficient to know that a series of effectors are mounted on the plate, each equipped with a tool with the axis parallel to the W axis:

Gli end effettore vengono portati ciascuno sul punto da lavorare facendo scorrere la piastra lungo l’asse V, dopo di che i singoli end effectors sono fatti avanzare lungo l’asse W, con spostamento controllato dal CNC della macchina, per effettuare la lavorazione. Il metodo secondo l’invenzione prevede l'utilizzazione di una coppia di queste macchine, che lavorano in sincronia di parti opposte del pezzo. The effector ends are each brought to the point to be machined by sliding the plate along the V axis, after which the individual end effectors are advanced along the W axis, with movement controlled by the CNC of the machine, to carry out the machining. The method according to the invention provides for the use of a pair of these machines, which work in synchrony on opposite parts of the piece.

Ciascuna di esse è equipaggiata con una piastra sulla quale sono montati più end effectors, che possono essere gli stessi per entrambi le macchine oppure differenti, a seconda del tipo di lavorazione. Each of them is equipped with a plate on which more end effectors are mounted, which can be the same for both machines or different, depending on the type of processing.

Nel caso particolare delle operazioni di rivettatura, su una delle macchine saranno montati end effectors con utensili in grado di premere contro il pezzo da lavorare per bloccarlo in posizione, utensili in grado di effettuare foro e svasatura, utensili per la poea del collante e per la posa e la ribattitura del rivetto. In the particular case of riveting operations, end effectors will be mounted on one of the machines with tools capable of pressing against the workpiece to lock it in position, tools capable of drilling and countersinking, tools for the glue poea and for the installation and riveting of the rivet.

Sulla seconda macchina, oltre ad un pressore in grado di cooperare con quello della prima macchina, saranno presenti dispositivi per la pulizia del foro, per le operazioni di sbavatura, per l’eventuale controllo della presenza del rivetto ed un incudine. In figura 4 è schematizzata la successione delle operazioni in un ciclo di rivettatura, con il metodo secondo l’invenzione. On the second machine, in addition to a presser capable of cooperating with that of the first machine, there will be devices for cleaning the hole, for deburring operations, for the possible control of the presence of the rivet and an anvil. Figure 4 schematically illustrates the sequence of operations in a riveting cycle, with the method according to the invention.

In questa figura il pezzo da lavorare è indicato con 5, i numeri da 6 a 10 indicano i diversi end effectors montati sulle macchine mentre con P e P’ si indicano i pressori. In this figure the workpiece is indicated with 5, the numbers from 6 to 10 indicate the different end effectors mounted on the machines while with P and P 'the pressers are indicated.

La prima fase del metodo secondo l’invenzione prevede di portare, in asse con il punto da lavorare (faee a), entrambe le macchine, equipaggiate con i pressori P e P* che vengono fatti avanzare fino a serrare le parti da sottoporre a lavorazione (b), ad esempio un pannello ed il relativo supporto al quale deve essere applicato. I pressori attualmente noti da applicare a questo tipo di macchina sono provvisti di dispositivi di tipo noto che permettono di regolare la pressione esercitata, per evitare di danneggiare il pezzo. The first phase of the method according to the invention foresees to bring, in axis with the point to be machined (faee a), both machines, equipped with the pressers P and P * which are advanced until the parts to be processed are tightened. (b), for example a panel and the relative support to which it must be applied. The currently known pressers to be applied to this type of machine are provided with devices of the known type which allow to regulate the pressure exerted, in order to avoid damaging the piece.

Una volta serrate le parti, mentre le macchine mantengono la loro posizione, la prima di questa, che definiremo come macchina principale o master, porta in posizione sull’asse l’utensile a forare (c) e successivamente ne comanda l’avanzamento lungo l’asse W, per effettuare il foro e la svasatura (d). Once the parts have been tightened, while the machines maintain their position, the first of this, which we will define as the main or master machine, brings the boring tool (c) into position on the axis and then controls its feed along the axis. 'W axis, to make the hole and countersink (d).

L'utensile viene quindi ritratto, sempre mantenendo serrato il pezzo e la seconda macchina, asservita alla prima, fa avanzare un end effector per soffiare via la polvere o per operazioni di sbavatura (e). The tool is then retracted, always keeping the piece tightened and the second machine, enslaved to the first, advances an end effector to blow away the dust or for deburring operations (e).

La macchina principale porta ora in asse il eecondo end effector (f) e ne comanda l’avanzamento, per la posa dell’eventuale collante (g). The main machine now brings the second end effector (f) to the axis and controls its advancement, for the installation of any glue (g).

Al termine anche questo end effector viene ritratto (h) e la macchina principale porta in asse il terzo utensile (i) per posa del rivetto. At the end, this end effector is also retracted (h) and the main machine brings the third tool (i) on axis to place the rivet.

Viene quindi alimentato il rivetto, la cui presenza è controllata da un end effector montato sulla seconda macchina, dopo di che avviene la ribaditura del rivetto (1). The rivet is then fed, the presence of which is controlled by an end effector mounted on the second machine, after which the rivet (1) is riveted.

Infine, viene ritratto l'utensile che ha effettuato la ribattitura del rivetto (m) e si rilascia quindi il pezzo essendo terminato il ciclo di posa del fastener. Finally, the tool that has carried out the riveting of the rivet (m) is retracted and the piece is then released having finished the fastener laying cycle.

Le macchine possono ora muoversi per portarsi in asse sul secondo punto da lavorare e ricominciare il ciclo. The machines can now move to align themselves on the second point to be machined and restart the cycle.

Caratteristica vantaggiosa del metodo secondo l’invenzione è data dal fatto che tutte le operazioni necessarie al completamento di un ciclo di lavorazione vengono effettuate mantenendo premuti i pezzi e senza muovere gli assi macchina, con evidenti vantaggi sia dal punto di vista del risparmio di tempo che della maggior precisione ottenibile. An advantageous feature of the method according to the invention is given by the fact that all the operations necessary to complete a machining cycle are carried out by keeping the pieces pressed and without moving the machine axes, with obvious advantages both from the point of view of saving time and of the highest achievable accuracy.

Lo schema del sistema di controllo delle macchine è illustrato in figura 5. The machine control system diagram is shown in figure 5.

L’attività di entrambe le macchine è controllata da un computer principale 10, al quale fanno capo un terminale dell’operatore 11, una stampante 12, un eistema a dischi 13 per la memorizzazione dei programmi ed un sistema a nastro di Backup. The activity of both machines is controlled by a main computer 10, which is headed by an operator terminal 11, a printer 12, a disk system 13 for storing programs and a backup tape system.

Questo computer principale è collegato tramite una rete Ethernet con protocollo di comunicazione ISO/OS1 alle due macchine o robot 15 e 16 e ad un controller preposto alla gestione delle attrezzature e.dei pezzi da lavorare e dei relativi meccanismi automatici o semi automatici di posizionamento e bloccaggio in posizione di lavoro. This main computer is connected via an Ethernet network with ISO / OS1 communication protocol to the two machines or robots 15 and 16 and to a controller responsible for managing the equipment and workpieces and the relative automatic or semi-automatic positioning and positioning mechanisms. locking in working position.

Il controllo numerico di ciascun robot gestisce il controller 19 degli end effectors, e il controller 20 dell’apparecchiatura di alimentazione dei rivetti) che a sua volta riceve i rivetti da una stazione di alimentazione 21. The numerical control of each robot manages the end effectors controller 19, and the rivet feeding equipment controller 20) which in turn receives the rivets from a feeding station 21.

Ciascun robot è poi interfacciato con un sensore 18. Each robot is then interfaced with a sensor 18.

Prima di far partire i cicli operativi, non appena il controller 17 conferma l’avvenuto posizionamento del pezzo da lavorare, il robot fa avanzare il tastatore 18 e, in base al rilevamento effettuato la macchina si riconfigura in funzione della posizione effettiva del pezzo. Before starting the operating cycles, as soon as the controller 17 confirms the positioning of the piece to be machined, the robot advances the probe 18 and, based on the detection carried out, the machine reconfigures itself according to the actual position of the piece.

La rete che collega i robot ai controller 19 e 20 è una rete di tipo BITBUS (marchio della INTEL). The network connecting the robots to controllers 19 and 20 is a BITBUS network (brand of INTEL).

In figura 6 è riportato uno schema a blocchi che illustra il coordinamento e la successione delle diverse fasi operative del metodo secondo l’invenzione, schema a blocchi il cui significato è ben chiaro agli esperti del settore. Figure 6 shows a block diagram that illustrates the coordination and succession of the different operational phases of the method according to the invention, a block diagram whose meaning is clear to experts in the field.

Dalla descrizione fornita appariranno chiari i vantaggi del metodo secondo l’invenzione, che consente, una volta serrate le parti da assemblare, di eseguire tutta le operazioni previste per la posa del fastener senza rilasciare le parti e senza spostare gli assi macchina, con maggiore rapidità e precisione. From the description provided, the advantages of the method according to the invention will appear clear, which allows, once the parts to be assembled have been tightened, to perform all the operations envisaged for the installation of the fastener without releasing the parts and without moving the machine axes, more quickly. and precision.

Un esperto del ramo potrà poi prevedere numerose modifiche e varianti, che dovranno però ritenersi tutte comprese nell'ambito del presente trovato. A person skilled in the art can then foresee numerous modifications and variations, which must however be considered all included within the scope of the present invention.

Claims

CLAIMS 1). Method for the assembly of structures through the automatic laying of rivets, characterized by the fact that: - a pair of machine tools placed on opposite sides with respect to the piece are brought in axis to the point to be machined; - pressing means mounted on said machines are advanced to clamp the piece; - the different tools are brought on axis, in succession, to carry out the various processes without loosening the grip; - at the end of the working cycle the piece is released and the machines are moved to the next point. 2). according to claim 1, characterized in that all the operations foreseen in the machining cycle are carried out without moving the machine axes. 3). Method for assembling structures through the automatic laying of rivets, characterized by the fact that: - a pair of numerically controlled machine tools are brought in axis to the point to be machined, opposite each other, arranged on opposite sides with respect to the piece to be machined; - the workpiece is pressed, on both sides, by means of pressers mounted on said machines, to tighten the sheets with a controlled clamping force; - the end effectors of the first machine are moved to bring a tool to be drilled in axis with the hole; said tool is advanced to obtain the hole and the countersink; - said tool is retracted and an end effector mounted on the second machine is brought in axis to carry out the deburring; - a second end effector mounted on the first machine for the application of glue is brought into axis on the hole; - a third end effector is placed in axis on the hole, always mounted on the first machine for feeding a rivet; - said rivet is repeated; - the piece is released and the machines are moved to the next point to be machined. 4). Method for assembling structures by automatically laying fasteners as described and illustrated.