專利名稱：用于制造航空零件的定位、處理和組裝系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
如本描述性說(shuō)明書的題目所述，本發(fā)明涉及用于制造由復(fù)合材料制成的航空零件的定位、處理和組裝系統(tǒng)，其允許準(zhǔn)備，包括航空工業(yè)中零件制造中所使用的工具的定位和取出。
背景技術(shù)：
在近幾十年來(lái)，在航空工業(yè)中引入先進(jìn)復(fù)合材料已經(jīng)得到了很大的推動(dòng)，代替了商用飛機(jī)中的大的主要結(jié)構(gòu)(包括機(jī)翼和穩(wěn)定裝置的升力面和機(jī)身)制造中的鋁合金。這些復(fù)合材料結(jié)構(gòu)(通常稱作外皮的由二維面板成形的外皮或罩)與它們的金屬前體沒有很大不同，這些復(fù)合材料結(jié)構(gòu)通過(guò)梁式元件(縱梁)加強(qiáng)，并且繼而由結(jié)構(gòu)元件支撐，該結(jié)構(gòu)元件維持這些面板的幾何形狀并提供具有整體剛性的結(jié)構(gòu)，其在機(jī)身的情況下為環(huán)形架并且在升力面的情況下為橫梁和肋。本發(fā)明的復(fù)合材料引入已經(jīng)成為可能，這是因?yàn)樽詣?dòng)堆疊和片層切割的技術(shù)和設(shè)備的改進(jìn)，這種改進(jìn)是通過(guò)由預(yù)浸有聚合樹脂的加強(qiáng)纖維組成的帶獲得的，并且在近年來(lái)， 改進(jìn)了縱梁的自動(dòng)成形和定位技術(shù)。然而，仍存在非常高的手工操作百分比，這與縱梁結(jié)合工藝以及與其有關(guān)的工具的放置和移除相關(guān)聯(lián)。存在各種利用復(fù)合材料的制造工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)構(gòu)成加固罩的所有零件的結(jié)合。最著名的是共成化，共膠合和二次膠合。所選擇的工藝影響機(jī)械性能，制造成本和幾何特性。共成化通過(guò)以下方式利用兩個(gè)新部件完成兩個(gè)新部件有效地固化在一起從而形成單件。其具有非常好的結(jié)構(gòu)特性并在單固化周期中執(zhí)行，但是需要非常復(fù)雜的工具來(lái)使其能夠這樣。共膠合使用粘合劑來(lái)在新部件的固化周期期間將固化的部件和新部件結(jié)合。其具有非常好的結(jié)構(gòu)特性并且比上述情況具有更少的復(fù)雜工具，但是其具有需要使用兩個(gè)固化周期的缺點(diǎn)。二次膠合也使用粘合劑，但是在這種情況下結(jié)合兩個(gè)之前固化的部件。其具有非常好的結(jié)構(gòu)特性并且制造的件能夠被存儲(chǔ)而沒有任何特殊條件，但是其也需要兩個(gè)固化周期。在本情況中，所提出的解決方案在共膠合工藝中應(yīng)用，因?yàn)樵诒厩闆r中工具更簡(jiǎn)單，但是本發(fā)明的適用性取決于工具，而不是工藝的類型。復(fù)合材料部件的制造工藝的一般階段是準(zhǔn)備工具，放置纖維，切割，熱成形，真空袋的準(zhǔn)備，蒸壓釜中聚合，從模具中取出，修剪和檢查。迄今為止，工具的定位、處理和組裝工藝已經(jīng)被主要地手工執(zhí)行，因?yàn)槠渥詣?dòng)化非常復(fù)雜，這是由于碳纖維零件的制造中所使用的工具的構(gòu)造和形狀。被提倡的此處以及系統(tǒng)所使用的工具除了確保零件的正確制造以外允許這些操作自動(dòng)化。系統(tǒng)防止在工具取出時(shí)發(fā)生任何分層，其利用光學(xué)定位系統(tǒng)恰當(dāng)?shù)胤胖?或根據(jù)情況而取出)工具并且其確保工具相對(duì)于所附工具件的正確放置。

發(fā)明內(nèi)容
一般來(lái)說(shuō)，用于制造航空零件的定位、處理和組裝系統(tǒng)構(gòu)成了本發(fā)明的目的，其由減小碳纖維航空零件的制造中所用的時(shí)間量和人力資源的需要而產(chǎn)生，更具體地是在用于制造罩的工具的準(zhǔn)備、定位和組裝的手工操作中(其導(dǎo)致了高成本工藝)。系統(tǒng)包括具有六個(gè)鉸接臂的球型機(jī)械手，其具有用于處理工具的特殊頭部，可以使機(jī)械手移動(dòng)的外部軸，一些存儲(chǔ)取出的工具的容器和允許定位機(jī)械部的光學(xué)系統(tǒng)。縱梁的工具是由INVAR材料制成的角元件的“L”形截面。角元件復(fù)制其所靠在(覆蓋)的件和縱梁的整個(gè)外表面的幾何形狀。這些工具的芯上部具有一些“堆垛”以此來(lái)促進(jìn)它們的處理和取出。這樣，得到了角元件和機(jī)械手之間的接口，其集成到實(shí)際元件中，節(jié)省了 INVAR材料，確保了該對(duì)角元件的封閉并促進(jìn)真空袋在該區(qū)域的適應(yīng)性。其形狀的光滑性不損害真空袋。在“堆垛”的上部提供了一些小槽，或小突出肋，其當(dāng)被頭部保持在垂直位置時(shí)防止工具落下，因?yàn)樵擃^部具有某些互補(bǔ)固定裝置。定位角元件之后的步驟如下
1.機(jī)械手自動(dòng)撿起其控制的具有特殊頭部的相對(duì)應(yīng)工具件(INVAR角元件)。由于頭部裝有特殊存在傳感器所以系統(tǒng)始終知道夾具中是否保持著工具。2.機(jī)械手利用光學(xué)控制系統(tǒng)將工具放置于適當(dāng)位置。3. 一旦角元件已經(jīng)被放置就位，機(jī)械手收集下一件工具件并把其放置在靠近第一個(gè)或任何其對(duì)應(yīng)的位置。依照此方法連續(xù)進(jìn)行直到所有角元件的部段與已經(jīng)放置就位的縱梁的一個(gè)面相對(duì)應(yīng)。角元件的其他面然后放置就位，然后縱梁被引入角元件之間。然后陣列被定位在罩上并被引入蒸壓釜進(jìn)行固化。當(dāng)罩從蒸壓釜中暴露出來(lái)并再次定位在機(jī)械手的區(qū)域中時(shí)，之前階段中被放置的工具件然后通過(guò)以下操作進(jìn)行到被取出。4.為了執(zhí)行該操作，機(jī)械手具有的頭部被調(diào)節(jié)到角元件的堆垛。該頭部具有兩個(gè)夾具，一旦頭部已經(jīng)被正確定位，便會(huì)用堆垛抓握角元件。盡管工具的長(zhǎng)度不同，但是堆垛之間的距離趨于相同，所以機(jī)械手的頭部不必須改變夾具之間的距離。然后旋轉(zhuǎn)來(lái)將角元件從縱梁和其他角元件中分離。每個(gè)鉗子在其的一個(gè)面上具有延伸部以此來(lái)在該旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)執(zhí)行時(shí)防止角元件變形。當(dāng)角元件互相之間具有附接區(qū)域時(shí)，取出步驟必須按照正確的順序執(zhí)行。5. 一旦工具已經(jīng)被分離，其再次定位到適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)區(qū)域。6.這些操作將重復(fù)進(jìn)行直到罩被完全從模具移出。用于工具的容器也將存在于機(jī)械手的范圍內(nèi)。為了促進(jìn)對(duì)于本發(fā)明的理解并促進(jìn)形成該描述性說(shuō)明書的整體部分，附上一些附圖，其通過(guò)示出且非限制性的方式在隨后示出。


圖1是將以形成本發(fā)明目的的系統(tǒng)構(gòu)造的機(jī)翼的罩和縱梁的部分透視圖。圖2是由兩個(gè)角元件限定的工具件的透視圖，縱梁在兩個(gè)角元件之間將被放置以用于結(jié)合到罩。圖3是類似于圖1的視圖，就示出了工具的一個(gè)角元件。圖4是圖2中的相同工具的立透視截面圖，其包括縱梁并具有布置在罩上的組件。圖5是機(jī)械手動(dòng)作的兩個(gè)位置a)和b)的示意圖，該機(jī)械手使用其頭部的夾具抓握工具的一個(gè)角元件。圖6是機(jī)械手的透視圖，該機(jī)械手具有連接到工具件的頭部用于其在蒸壓釜中固化之后的組裝。圖7是四個(gè)位置a)，b)，c)和d)中的示意圖，其分別示出了定位頭部，抓握角元件，頭部旋轉(zhuǎn)和取出角元件的階段。
具體實(shí)施例方式參照附圖中采用附圖標(biāo)記，我們能夠看到用于制造航空零件的定位、處理和組裝系統(tǒng)(其為本發(fā)明的目的)是如何實(shí)現(xiàn)尋找制造此類高度精密零件的目的，如機(jī)翼2的罩1 (見圖1)，其中罩1的下表面具有縱梁3的排列，其具有由交叉構(gòu)件固定的“T”形截面。在圖2中，我們看到根據(jù)本發(fā)明使用的且由兩個(gè)角元件5和6形成的工具件4的幾何形狀，工具件4的一個(gè)翼(該對(duì)水平的一個(gè))靠在罩1，完美地使自身適應(yīng)其表面并且另一個(gè)翼與其面對(duì)并平行，該距離對(duì)應(yīng)于縱梁3的芯的厚度(見圖4)。角元件5和6包括在其頂部上的一對(duì)堆垛7，在實(shí)施例的本例子中其具有小的縱向肋8用于由機(jī)械手11的頭部10的夾具9抓握(見圖6)以用于角元件5和6的安全處理， 如能夠在圖5和7中看到。包括工具件4的角元件5或6的任一個(gè)的堆垛7具有突出零件，其覆蓋面對(duì)或成對(duì)角元件的厚度并且被保持在其中，如能夠在圖3和4中看到。堆垛7還相互線性接觸，不同的工具件4相互聯(lián)接直到縱梁3完全被覆蓋(見圖6)。角元件5和6的不同截面與聯(lián)接件12線性結(jié)合在一起，并且一些封閉罩13也位于縱梁端部，其面向端部的相應(yīng)工具件4應(yīng)用(見圖6)。返回圖4，由INVAR (不脹鋼)材料制成的角元件5和6通過(guò)裝配到縱向槽15中的封閉條14靠罩1應(yīng)用。在一個(gè)角元件5的橫向殼體17中也具有封閉條16(圖7的位置d) 從而將縱梁3與真空隔離，該真空將在基部以后產(chǎn)生，其將覆蓋組件以用于其的固定。在圖5中，利用夾具9抓握角元件5能夠看到其傳遞到罩1上的正確位置。打開夾具9 (位置a)被安全地封閉在小的肋8以下(位置b)。最終，在圖7中，具有四個(gè)連續(xù)位置用于組裝工具件4，其從圖6的位置開始，直到其已經(jīng)從蒸壓釜退出并且工具必須被取出(圖6的開始位置)。在本圖7的位置a)，頭部10 的打開的兩個(gè)夾具9面對(duì)角元件5的堆垛7并且被封閉(位置b)，抓握角元件5。在位置 c)，頭部10的旋轉(zhuǎn)發(fā)生從而將一個(gè)角元件與工具分離(分開)，特別是角元件5。然后該角元件5能夠被容易地取出(位置d)。相同操作在該側(cè)上的所有角元件5上執(zhí)行并且然后相對(duì)側(cè)上的角元件被取出。為了改變機(jī)械手11的頭部10的夾具9的位置，取決于工具件4能夠具有的不同長(zhǎng)度，已經(jīng)提供了將被固定的所述夾具9之間的距離并且其對(duì)應(yīng)于角元件5或6的任一個(gè)的堆垛7之間的現(xiàn)有距離。為了在角元件5傾斜(通過(guò)頭部9的旋轉(zhuǎn))時(shí)促進(jìn)組裝，構(gòu)成鉗子9的鉗口 18中的一個(gè)具有更大的長(zhǎng)度從而提供用于該角元件5的最佳支撐。
用于放置工具件4 (角元件5和6)的一些適合容器位于機(jī)械手11附近。
權(quán)利要求
1.一種用于制造航空零件的定位、處理和組裝系統(tǒng)，該航空零件尤其是機(jī)翼，該航空零件基本上由橫梁和各個(gè)加強(qiáng)肋以及相對(duì)應(yīng)的碳纖維罩和縱梁的結(jié)構(gòu)所限定，其中所述縱梁通過(guò)共膠合結(jié)合到所述罩，其利用一些位于其中的定位工具和真空袋在蒸壓釜中的聚合期間固定組件，其中該系統(tǒng)包括具有六軸鉸接臂的球型機(jī)械手(11)，該機(jī)械手具有適于處理工具的頭部(10)，用于機(jī)械手移位的外部軸，一些用于存儲(chǔ)取出工具的容器，縱梁(3)的所述工具由INVAR材料的角部段(5、6)或“L”形輪廓限定，當(dāng)該角部段或“L”形輪廓成對(duì)定位在它們的一側(cè)和另一側(cè)上，聯(lián)接在一起并位于罩(1)上的特殊位置時(shí)，該角部段或“L”形輪廓復(fù)制所述縱梁(3 )的幾何形狀，所述工具件(4 )在它們中每個(gè)的上部具有一些堆垛(7 ) 以用于在組裝和拆裝操作中連接所述機(jī)械手(11)的頭部(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造航空零件的定位、處理和組裝系統(tǒng)，其中所述角部段(5、6)或“L”形輪廓的水平翼在罩(1)上的其應(yīng)用表面上包括殼體或通道(15)，以用于密封條(14)的定位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造航空零件的定位、處理和組裝系統(tǒng)，其中所述機(jī)械手(11)的頭部(10)具有兩個(gè)夾具(9)，該夾具同時(shí)抓握所述工具件(4)的相同角部段(5、 6)的兩個(gè)堆垛(7)，形成每個(gè)鉗子(9)的鉗口(18)對(duì)的一個(gè)具有下降延伸部，角元件(5、6) 在其拆開期間通過(guò)旋轉(zhuǎn)靠在該下降延伸部上，以此來(lái)在其從模具取出期間穩(wěn)定該角元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造航空零件的定位、處理和組裝系統(tǒng)，其中所述工具件(4)的堆垛(7)具有一些小縱向肋(8)，其在通過(guò)所述頭部(10)固定所述鉗子(9)時(shí)作為安全裝置。
全文摘要
該系統(tǒng)在機(jī)翼罩(1)的制造中具有特殊應(yīng)用，該機(jī)翼罩(1)由碳纖維和縱梁(3)制成，其在蒸壓釜中的聚合期間與機(jī)翼罩結(jié)合地固化。使用的工具件(4)由角元件(5、6)限定，該角元件復(fù)制縱梁(3)的幾何形狀。這些縱梁的形狀對(duì)應(yīng)于“T”形截面。角元件(5、6)在其上部包括一對(duì)堆垛(7)，以此來(lái)被聯(lián)接到球型機(jī)械手(11)的頭部(10)的夾具(9)部分抓住，該機(jī)械手具有六軸鉸接臂。角元件(5、6)由INVAR材料制成，并且它們用于在蒸壓釜中的固化周期期間保持縱梁就位。
文檔編號(hào)B25J15/08GK102264521SQ200980151977
公開日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2009年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月22日
發(fā)明者加西亞加西亞 A., 杜蘭奎羅加 A., M. 桑托斯戈梅斯 J., M. 梅南德斯馬丁 J., 桑切斯弗南德斯 J. 申請(qǐng)人:空中客車西班牙運(yùn)營(yíng)有限責(zé)任公司