JP4381812B2 - 柔軟な軌道の位置付け機 - Google Patents
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Description
この発明は、航空機の翼および胴体セクションなどの単純な外形または複雑な外形を付けられたパネル等に構成される大型の加工物に穴あけまたはその他の作業動作を行なうための機械に関する。特に、この発明は、柔軟な軌道の機械、およびドリル、マーキング装置等の作業モジュールを加工物に取付けられかつインデックスを付けられた軌道に沿って移動させることによって加工物に対して位置付ける方法に関する。
航空機の翼および胴体のパネルならびにその他の種類の構造物などの大型の加工物に正確に穴をあけるという問題は、航空業界および他の業界でも進行中の課題であり、幅広い加工物の構成に適用可能な十分に満足のいく解決策は今のところまだ実現されていない。5軸の穴あけ機など大型の固定されたモニュメント機械(monument machine)はいくつかの種類の加工物に使用可能であるが、これらの機械は調達および動作に非常に費用がかかる。これに対して、この出願の譲受人およびその他によって開発されている上述の問題に対する比較的低費用の解決策は、加工物に取付けられた軌道に自動ドリルまたはその他の作業モジュールを取付けることである。ドリルまたはモジュールは、軌道に沿って移動する運び台に担持され、軌道は加工物に取付けられた平行なレールの対によって形成される。そのような装置の例としては、この出願の譲受人に譲渡されかつここに引用により援用される米国特許第4,850,763号、および米国特許第3,575,364号を参照されたい。
距離だけ離れることはないであろう。複雑な外形を付けられた表面に取付けられたレールの対の上でドリルまたはその他の機械構成要素を移動できることが非常に望ましく、単純な外形を付けられた表面および複雑な外形を付けられた表面を含むさまざまな表面の外形で同じ装置を使用できることも望ましい。
上述の必要性および他の利点は、さまざまな構成の単純な外形または複雑な外形を付けられた表面で使用可能なドリルまたはその他の機械構成要素を正確に位置付けるための柔軟な軌道の機械を提供する、この発明によって解決され、実現される。この機械は剛性のモニュメントまたは基礎を有さず、加工物自身が機械を支持する。具体的には、レールの対が加工物に取付けられ、ドリルまたはその他の機械構成要素がレールに沿って移動される。複雑な外形を付けられた表面にレールを並べることに関する上述の困難は、レールがすべての曲げ方向で柔軟になるようすると、それらがスプラインとして作用すること、およびレールが正確に平行になるようにレールに沿って間隔を空けられた複数の近接地点に各レールの場所を固定することを忠告しているように思われる。しかしながら、この発明はこの方法を取らない。
ミングは、平坦なパターンの2つの軸で行なわれる。したがって、プログラミングは、3つ以上の軸でのプログラミングを必要とする従来の多軸機械と比較して、大きく簡略化される。
この発明の好ましい実施例が示される添付の図面を参照して、この発明を以下にさらに詳しく説明する。しかしながら、この発明は、多くのさまざまな形で実現可能であり、ここに記載される実施例に限定されるものとみなされるべきではない。これらの実施例は、この開示を完全かつ完璧なものにするためのものであり、この発明の範囲を当業者に十分に伝えるためのものである。同様の番号は全体に亘って同様の要素を示す。
はレール22、24の対を含み、そこに好ましくは真空カップアセンブリの形の複数の装着装置26が各レールの長さに沿って間隔を空けられて解除可能に留められる。レール22、24は、幅方向に延在する軸について曲げられる際よりも厚み方向に延在する軸について曲げられる際に実質的に硬くなるように、厚みよりも実質的に大きい幅を有することが好ましい。レールは互いにほぼ平行に配向されるが、レールの間の横方向の間隔は、レールが複雑な外形を付けられた加工物の表面に取付けられるときには変化してもよい。レールは、1つの端部でのみ接続部材28によって互いに剛的に留められることが好ましく、これはその端部でのレール間の間隔を固定する。レールに沿った他の場所では、レール間の間隔は上述のように変化し得る。レールの反対の端部に別の接続部材28′があってもよいが、この接続部材28′は「浮動」接続を提供し、加工物表面の外形に応じて必要なようにレール間の間隔を調整できるようにする。
れを通ってレール24上でラック38に係合する。したがって、ピニオンギア44の回転は、レールに沿ってX軸運び台30を駆動する。ラック38を有するレール24は基準レールを含み、それに関してX軸運び台のX軸の位置付けが行なわれることが理解されるであろう。他方のレール22に関して運び台のX軸の位置付けの決定または制御は行なわれない。
められる。ピストン104はシリンダ108に規定される環状の空間に受入れられ、これはY軸運び台のクランプリングアセンブリ70を囲み、それに留められる。圧力脚102は、ドリルの本体にも留められる。ピストン104およびシリンダ108は、作業チャンバがピストン−シリンダユニットに規定されるように図示のようにシールを含み、これは入口ポート110を介して圧力を与えてピストン104を図6の下方に押しやり、ドリルを下方に押しやり、圧力脚102を加工物の表面に押しつけることができる。加工物に対して圧力脚によって作用される予備負荷は、穴あけ中にドリルの推力によって起こると予想される最大の反力よりも大きいことが好ましい。ドリルの推力の反力は圧力脚と加工物との間の予備負荷を低減するように作用し、表現を変えると、すべてのドリルの推力は圧力脚を通じて反作用される。予想される最大のドリルの推力よりも大きい力で予備負荷をかけることによって、穴あけ中の望ましくないスピンドルの動きを最低限にすることができる。
び垂直の軸についての相対的な硬さを実現する。しかしながら、この特性を実現するには他に多くの方法があることが理解されるであろう。たとえば、レールは複合材料などのさまざまな方向でさまざまな弾性率を有する材料から作ってもよいし、またはレールの断面の形状は差異に基づく柔軟性を与えるように設計してもよい。さらに、ローラ32はレールに係合するものとして示されるが、スライドブロック等の他の種類の部材をローラの代わりに使用してレールに係合させ、運び台30をそれに沿ってスライドさせることができる。したがって、この発明はここに開示される具体的な実施例に限定されるのではなく、変形および他の実施例が請求の範囲内に含まれることが意図される。ここでは具体的な用語を用いたが、それらは一般的かつ説明的な意味でのみ用いられるものであり、限定のためのものではない。
Claims (25)
- 加工物の表面に関して機械構成要素を案内かつ位置付けるための装置であって、
第1および第2の細長い柔軟なレールを含み、前記レールは間隔を空けられかつ互いにほぼ平行であり、前記装置はさらに、
真空によって各レールを前記加工物の表面に解除可能に装着するために各レールに接続されかつそれに沿って間隔を空けられる複数の真空装着装置を含み、前記レールの幅は前記加工物の表面に実質的に平行に延在し、各レールは前記加工物の表面に実質的に追従するために必要に応じて曲がりかつ捩れ、前記装置はさらに、
前記機械構成要素を支持するように構成されかつ配置されるX軸運び台を含み、前記X軸運び台は、前記機械構成要素を前記加工物に関して位置付けるためにスライド可能に前記レールに係合し、かつ前記レールに沿って移動可能であり、
前記装置はさらに、レールに沿った場所でレール間に接続され、前記場所でのレール間の間隔の距離を実質的に固定するための接続部材をさらに含み、前記レールは、前記場所から離れた他の場所では互いに向かっておよび互いから離れるように動く自由を有する、装置。 - 各レールは、第1の曲げ軸について曲げられる際に比較的硬く、かつ前記第1の曲げ軸に直交する第2の曲げ軸について曲げられる際に比較的柔軟であり、各レールは、前記第1の曲げ軸が前記加工物表面に実質的に垂直で、かつ前記第2の曲げ軸が前記加工物表面に実質的に平行であるように前記加工物に取付けられる、請求項1に記載の装置。
- 前記装着装置は真空カップを含む、請求項1に記載の装置。
- 前記X軸運び台は柔軟な取付け台によって前記レールに接続される、請求項1に記載の装置。
- 前記柔軟な取付け台は、プレート型のばねを含む、請求項4に記載の装置。
- 前記レールに沿って前記X軸運び台を駆動するためのX軸駆動装置をさらに含み、前記X軸駆動装置は前記プレート型のばねの1つに取付けられる、請求項5に記載の装置。
- 前記X軸駆動装置は、前記レールの1つにある協働部材に係合する駆動部材を含む、請求項6に記載の装置。
- 前記駆動部材は、前記プレート型のばねの開口部を通って延在する、請求項7に記載の装置。
- 前記X軸運び台は、前記レールと回転係合する回転部材によって前記レールにスライド可能に接続される、請求項1に記載の装置。
- 前記回転部材は、前記レールのさまざまな曲げおよび捩れを受入れるために前記X軸運び台に留められかつ前記X軸運び台に関して屈曲することのできる柔軟な取付け台に取付けられる、請求項9に記載の装置。
- 前記X軸運び台に取付けられるドリルをさらに含む、請求項1に記載の装置。
- 前記X軸運び台に接続されるアクチュエータ、および前記アクチュエータに結合される圧力脚を含み、前記アクチュエータは、前記圧力脚を前記加工物の表面に対して一般に垂直に押圧して、前記加工物と前記X軸運び台との間に予備負荷力を作用させるように動作可能である、請求項11に記載の装置。
- 前記圧力脚は、前記加工物の穴あけ中にドリルの推力によって引き起こされる反力が前記圧力脚を通じて反作用されて、前記圧力脚と前記加工物との間の前記予備負荷力が低減されるように前記ドリルに接続される、請求項12に記載の装置。
- 前記ドリルは、Y軸に沿って前記X軸運び台上でスライド可能なY軸運び台に取付けられ、前記アクチュエータは、前記Y軸運び台と前記ドリルとの間に接続される、請求項13に記載の装置。
- 前記アクチュエータは、流体で動作される複数のシリンダを含む、請求項14に記載の装置。
- 加工物に穴をあけるための装置であって、
レールの対を含み、その各々は各レールの幅を横切る方向に延在する軸について曲げられる際に比較的柔軟で、各レールの厚みの方向に延在する軸について曲げられる際に比較的硬く、前記装置はさらに、
各レールの前記厚みの方向が前記加工物の表面に実質的に垂直であるように、前記レールを前記加工物の表面に装着するために各レールに沿って間隔を空けられた場所で各レールに装着される複数の装着装置と、
その運び台に接続される複数のレール係合部材を介してスライド可能に前記レールに取付けられる運び台を含み、前記レール係合部材は前記運び台に装着される支持部に取付けられ、前記支持部およびレール係合部材は、前記レールのさまざまな曲げおよび捩れを受入れるために前記運び台とレールとの間の相対的な動きが可能になるように構成および配置され、前記装置はさらに、
前記運び台に担持されるドリルを含む、装置。 - 前記支持部は、ばねプレートを含む、請求項16に記載の装置。
- 前記レール係合部材は、ローラを含む、請求項17に記載の装置。
- 前記支持部は、球面軸受で前記運び台に装着される軸受車を含む、請求項16に記載の装置。
- 前記レール係合部材は、ローラを含む、請求項19に記載の装置。
- 前記支持部の1つに取付けられ、かつ前記レールの1つに沿って延在する協働する駆動される要素に係合する駆動要素に駆動接続する駆動モータをさらに含む、請求項16に記載の装置。
- 前記駆動要素は回転ギア要素であり、前記駆動される要素は線形のギア要素であり、前記支持部は間にレールの各々を受入れ、間隔を空けられたローラの弾性的な支持対であり、前記回転ギア要素はその回転軸が前記駆動モータを支持する前記支持部に取付けられた前記ローラの対の1つの回転軸と同一平面上にあるように配置される、請求項21に記載の装置。
- 加工物の複雑な外形を付けられた表面に関して機械構成要素を位置付けて、前記機械構成要素の機械の軸が前記加工物の表面に実質的に垂直になるようにする方法であって、
第1の曲げ軸について曲げられる際に比較的柔軟であり、かつ第2の曲げ軸について曲げられる際に比較的柔軟でない間隔を空けられた柔軟なレールの対に第1の運び台をスライド可能に取付けるステップと、
前記第1の曲げ軸が前記加工物表面に実質的に平行で、かつ前記第2の曲げ軸が前記加工物表面に実質的に垂直になるように前記レールを前記加工物の表面に留めるステップとを含み、
前記第1の運び台は板状部材を含み、前記レールは、前記板状部材の表面に対して垂直な軸である前記第1の運び台の基準軸がレールに沿ったどの位置でも前記加工物の表面に実質的に垂直になるように、前記加工物の表面に実質的に沿うように必要に応じて曲がりかつ捩れ、前記方法はさらに、
前記機械構成要素の前記機械の軸が前記第1の運び台の前記基準軸に沿って整列されるように、前記機械構成要素を前記第1の運び台に固定するステップとを含み、前記機械の軸は前記加工物表面に実質的に垂直に位置付けられる、方法。 - 前記第1の運び台に取付けられた第2の運び台を設けて、前記第2の運び台が前記加工物表面に平行なY軸によって規定される方向に沿って前記第1の運び台上でスライド可能になるようにするステップをさらに含み、前記第1の運び台は、前記Y軸に垂直なX軸によって規定される方向に前記レールに沿ってスライド可能であり、前記機械構成要素は前記第2の運び台に留められる、請求項23に記載の方法。
- 複雑な外形を付けられた加工物表面の、二次元の平坦なパターンへの数学的な変換を決定するステップ、および前記平坦なパターンに基づいて前記第1および第2の運び台の位置付けを制御するステップをさらに含む、請求項24に記載の方法。
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