專利名稱：具有配重工具平衡系統(tǒng)的無毛刺柔性軌道鉆孔系統(tǒng)和方法
具有配重工具平衡系統(tǒng)的無毛刺柔性軌道鉆孔系統(tǒng)和方法 技術領域0001本公開涉及加工裝置和方法，并且，更具體地涉及合并配重工具平衡系統(tǒng)的無毛剌鉆孔系統(tǒng)和方法。配重工具平衡系統(tǒng)使需要被 手工放置在要加工區(qū)域之上的加工配件感覺起來幾乎無重量，從而顯 著地、人機工程學地改善操作員對系統(tǒng)的使用。
背景技術：
0002這部分的陳述僅僅提供與本公開相關的背景信息并且可以不 構成先前技術。0003無毛剌鉆孔系統(tǒng)被波音公司研發(fā)以用于在飛行器機身組件或 其它大型結構上執(zhí)行無毛刺鉆孔操作。無毛刺鉆孔系統(tǒng)一般地包括一 對柔性軌道，柔性軌道可被固定到飛行器機身部分的蒙皮板的外表面。 一般地該軌道可被吸盤固定到蒙皮板的外表面。該軌道被固定在鄰近 接合被形成的區(qū)域，例如在該區(qū)域，縱梁被放置用于將兩個相鄰蒙皮 板接合起來。柔性軌道支撐加工配件，加工配件可接收或可具有安裝 到它上的鉆或其它加工工具。同樣被固定在加工配件上的是電磁體， 電磁體可用于在鉆孔或其它形式的加工操作被執(zhí)行之前將被加工的組 件夾起來。當被通電時，電磁體將置于相反面(也就是將在機身內的 表面)上的后板拉向電磁體以便在鉆孔或其他形式加工操作開始之前 將機身組件夾起來。這樣的系統(tǒng)在美國專利號為7， 148， 776和美國專 利號為6， 905,291的專利中被公開。0004如將會理解到的，在加工配件上被攜帶的電磁體是相對重的 物件， 一般重為30-50磅(13.63千克-22.73千克)。鉆(手動或電動) 通常也被加工配件攜帶。鉆電機通常重為5-10磅(2.27千克-4.55千克)。 當進行垂直的接合時，用戶在給電磁體加電以將在加工的組件夾起來 之前必須提升或下降加工配件到所需位置。如將會理解到的，這可能6需要操作員相當大的體力。在飛行器機身建造應用中， 一般需要根據(jù) 預放置模板沿徑向(也就是垂直)接合線鉆數(shù)百個孔，預放置模板被 放置在機身蒙皮板的外表面上。因此，在整個平均工作日的過程中， 重復提升和/或下降加工配件以便在所需位置精確放置部件對于工人體 力是具有挑戰(zhàn)性的。0005首先，就在開始鉆孔和加工操作之前，優(yōu)選的是能夠僅需少量來自操作員的體力就能使用戶下降電磁體接觸蒙皮板的外表面。同 樣優(yōu)選的是， 一旦鉆孔操作被完成，不需要操作員的大量體力就能使 電磁體被提升而離開蒙皮板。發(fā)明內容0006采用配重工具平衡系統(tǒng)的無毛刺柔性鉆孔系統(tǒng)和用于實施這 樣的系統(tǒng)的方法被公開。在一個實施例中，成對的柔性軌道被可移除 地固定到板的外表面。在本文所公開的一個實例中，板是蒙皮板，所 述蒙皮板可用于形成移動平臺的機身部分，并且在一個具體的實例中， 可用于形成民用或軍用飛行器或旋翼飛行器的機身。0007在一個實施例中，所述系統(tǒng)包括配重工具平衡系統(tǒng)，所述配 重工具平衡系統(tǒng)被用于懸掛系統(tǒng)的加工配件，其中所述加工配件被支 撐以沿柔性軌道移動。所述加工配件包括電磁體，并且因此在沒有所 述配重工具平衡系統(tǒng)的情況下，將需要極大的體力以使所述加工配件 沿所述垂直軌道移動。所述配重工具平衡系統(tǒng)被調節(jié)以接近所述加工 配件的重量，從而使操作員感到所述加工配件幾乎無重量。因此，所 述操作員用非常少的體力就能沿所述垂直軌道重新放置所述加工配 件。0008在一個實施例中，所述加工配件也包括多個提升部件，所述 多個提升部件能被通電以輔助所述用戶驅使電磁體接觸被加工蒙皮板 的外表面。當所述提升部件被斷電，與每個所述提升部件相關聯(lián)的偏 置構件驅使所述電磁體離開所述蒙皮板的外表面。因此，加工操作完 成之后，對于用戶同樣需要非常少體力將所述電磁體倚靠著蒙皮板放置，或移動所述電磁體離開所述蒙皮板。0009從本文提供的描述，本發(fā)明進一步適用的領域將會變得顯而易見。應該理解的是描述和具體的實例僅僅是為了說明的目的而不是 為了限制本公開的范圍。


0010本文描述的附圖僅僅是為了說明的目的而不是為了以任何方 式限制本公開的范圍。0011圖1是部分飛行器機身的透視圖，和本公開的系統(tǒng)的一個實 施例的透視圖，本公開的系統(tǒng)的一個實施例被用于沿機身鉆孔，其中 機身的一部分被剝離以說明被系統(tǒng)使用的后板；0012圖2是圖1所示加工配件的正視圖；0013圖3是根據(jù)圖2中的指向箭頭3的系統(tǒng)的側視圖；以及0014圖4是根據(jù)圖2中剖面線4-4的局部、橫截面?zhèn)纫晥D，其描述 了用于移動電磁體靠近和離開蒙皮板的外表面的提升子系統(tǒng)中的一具體實施方式
0015下面的描述本質上僅僅是示例性的而且不是為了限制當前公 開、應用或使用。0016參考圖l，其顯示了無毛刺鉆孔系統(tǒng)10，無毛刺鉆孔系統(tǒng)IO 包括配重工具平衡子系統(tǒng)。系統(tǒng)10可用于寬范圍的多種生產應用，而 且對于裝配操作尤其有用，所述裝配操作涉及用于諸如商用飛行器的 移動平臺的機身建造。然而將會了解到系統(tǒng)10能被執(zhí)行用于建造不同 形式移動平臺的機體部分。系統(tǒng)IO本質上可被用于需要沿垂直軸執(zhí)行 的精確的加工操作的任意應用。為了方便，本公開的系統(tǒng)10的應用將 會結合商用飛行器機身的組件而被描述。0017進一步參考圖1，系統(tǒng)IO包括一對常規(guī)的、柔性的軌道組件 12和14，軌道組件12和14可被分別固定在商用飛行器機身20的蒙皮板16和18上。本例中柔性的軌道組件12和14通過吸盤19被固定 到蒙皮板16和18上。蒙皮板16和18上也被支撐在框架構件上(不 可見)，框架構件被置于接合線20下面的蒙皮板16和18的相反面上， 板16和18的邊緣在接合線20彼此相接。0018系統(tǒng)10包括配重工具平衡裝置22，配重工具平衡裝置22借 助鉤子26和吊環(huán)螺栓28被懸掛在框架構件24，雖然配重工具平衡裝 置22可能同樣輕易地從類似框架的裝置被懸掛，其中類似框架的裝置 本身沒有被附著到軌道組件12和14，但框架構件24被固定到柔性的 軌道組件12和14上。工具平衡裝置22包括可伸展和可收縮的線纜30， 線纜30借助鉤子32被固定到加工配件34的吊環(huán)螺栓36上。0019配重工具平衡裝置22，在一種形式中，包括工具平衡器，工 具平衡器可依照McMaster Carr Supply Company的工件號6644A11購 買。此組件被設計以用于支撐加工配件34的全部重量以便基本消除或 顯著地減少放置加工配件34時操作員的手、臂疲勞。配重工具平衡裝 置22使加工配件34感覺起來完全"無重量"，以至于加工配件34能 被操作員用以僅僅最小限度的體力重新放置。線纜30 (圖1)允許加 工配件34垂直行程的預定限度， 一般至少大約6-7英尺(182.88cm-213.36cm)。0020加工配件34包括一對框架構件38和40，構件38和40在它們每一個的端都具有多組四個引導輪42，四個引導輪42的每一個子組 接合軌道組件12和14之一的一部分的相對的邊緣表面。因此，整個 加工配件34被在柔性的軌道組件12和14上的四個子組的引導輪42 支撐并且能沿柔性軌道組件12和14被滾動。0021框架構件38和40分別被固定在導軌44和46上。導軌44和46 —般垂直于柔性軌道組件12和14延伸。導軌44使支撐電磁鐵50 的框架板48垂直于軌道組件12和14的縱軸而被線性地移動。圖1中 后板52也是可見的，在加工操作執(zhí)行之前，后板52可與電磁體50 — 起被用于夾緊蒙皮板16和18到諸如縱梁和補強板(doubler)的框架構件。0022參考圖l和2，加工配件34也包括位于框架板48四個角的多 個提升部件54。提升部件54都包括壓縮氣缸56，壓縮氣缸56借助與9充氣源(pneumatic source) 60 (圖1)相關聯(lián)的壓力調節(jié)器58容納壓 縮空氣?？蚣馨?8也用于安裝真空抽吸系統(tǒng)62，真空抽吸系統(tǒng)62具 有連接到真空源66的軟管64。真空抽吸系統(tǒng)62被用于借助由真空源 66產生的真空抽吸在鉆孔過程中產生的碎片和鉆孔切屑。本特征在 2007年2月15日的己公開的美國專利申請US-2007-0036618-Al中被 進一步描述和說明。0023
一對把手68被固定在框架板48以輔助操作員沿軌道組件12 和14垂直移動以及沿導軌44和46縱向移動加工配件34?？諝饧铀倨?69被用來產生壓縮空氣的噴射以輔助冷卻電磁體50?？諝饧铀倨?9 也可以從McMaster Carr Supply Company買到，并且借助合適的導管都(未示出)被附加到壓縮空氣源上。0024進一步參考圖1-3，安裝板70被用于安裝鉆到框架板48，其 中鉆在圖2中用短劃示出。鉆72可以是手動進給鉆或可以是"電動進 給"樣式，"電動進給"樣式鉆在鉆孔期間以預定進給速率被自動給進。 然而，將會了解到實際上除了鉆之外其它類型的加工工具能從安裝板 70被同樣輕易地支撐。0025在圖3中，后板52也是可見的并且可以看出包括至少一個把 手52a，并優(yōu)選地包含一對把手。在給電磁體50通電之前，把手52a 使工人能夠放置后板52到所需位置，從而使后板52和電磁體50將蒙 皮板18和框架部件86夾在一起。0026參考圖3和4，框架板48被與每一個提升部件54相關聯(lián)的延 長螺柱74支撐。螺旋彈簧76環(huán)繞每個延長螺柱74并且被放置在框架 板48和相關的安裝板78a和78b之間。每個安裝板78a、 78b —般垂 直于柔性軌道組件12和14延伸，這使得當圖2中下部的兩個提升部 件54被安裝板78b支撐時，圖2中的上部兩個提升部件54被固定到 安裝板78a。安裝板78a、 78b的每一個都被一對帶螺紋的肩螺栓80固 定到框架板48，帶螺紋的肩螺栓80與延長螺柱74內帶螺紋的盲孔74a(圖4)嚙合。因此，螺旋彈簧76被夾持在安裝板78a、 78b和框架板 48之間。每個螺旋彈簧76的長度和剛度被選定以便能支撐加工配件 34的整個重量，并且當氣缸56沒有被用于收縮延長螺柱74時，以與 機身板16和18的表面相距預定距離來放置電磁體50。0027氣缸56可包括各種不同設計的氣壓缸，而在一種優(yōu)選的形式 中，使用了來自McMaster Carr Supply Company提供的的產品號為 1691T13的薄餅拉桿氣缸。這種"薄餅"型氣缸提供拉桿氣缸的動力和 沖程而一般需要少于常規(guī)拉桿氣缸的一半空間。這種氣缸具有通氣口 ， 當受壓時，通氣口將與它相關聯(lián)的延長螺柱74向內收縮進氣缸56的 殼56a。如果雙作用薄餅式氣缸被使用，第一個口將被提供且被標為"推"口，而第二個口將被包括且被標為"拉"口。增壓"拉"口將 會收縮氣缸56的延長螺柱74，而增壓"推"口將會輔助螺旋彈簧76 延伸延長螺柱74。0028當壓縮氣體被施加到氣缸56時，導致每個延長螺柱74的一 部分長度被縮進每個氣缸的殼56a內。這壓縮每個螺旋彈簧76并且移 動電磁體50接觸到蒙皮板16和18中一個或兩個的外表面。 一旦氣壓 被移除，彈簧76偏置電磁體50以遠離蒙皮板16和18外表面。如上 所述，雙作用薄餅式氣缸被使用，那么"推"口可被加壓以輔助螺旋 彈簧76抬起電磁體50。因此，在給電磁體50通電之前不需要操作員 用力推動把手68以手動強制電磁體50接觸蒙皮板16和18。由于操作 員在移動電磁體接觸蒙皮板16或18時不需要克服螺旋彈簧76的偏置 力，這將顯著減少操作員的疲勞。將會理解到，沒有提升部件54，在 給電磁體50通電之前將會需要操作員借助把手68重復向下驅使加工 配件接觸蒙皮板16或18。在飛行器制造應用中，可能需要沿單個垂直 接合線鉆數(shù)以百計的孔，這種電磁體背離彈簧76偏置力的手動運動會 導致操作員的明顯疲勞。提升部件54實際上完全消除了這種疲勞。合 適的操作員控制92可緊鄰鉆72 (圖2)被放置以使操作員輕易控制壓 縮空氣到每個氣缸56的應用，從而使預加載力被施加以平衡電磁體50 的重量，并且使電磁體50以幾乎零體力付出被移向和移離機身板16 和18。實際上，當電磁體50被移向和移離機身板16和18時，氣壓被 調整以便使電磁體50對于操作員而言幾乎感覺不到重量。0029進一步參考圖3，安裝板78a、 78b分別被帶螺紋的緊固構件 83固定到引導構件82a、 82b。每個引導構件82a、 82b包括通道85， 通道85與相關聯(lián)的導軌42或44的一個接合。從而，引導構件82a、 82b允許框架板48沿導軌44和46的縱向滑動。ii0030參考圖4，每個提升部件54也包括可買到的球形軸承88，球 形軸承88被放置在與它相關聯(lián)的肩螺栓80的部分的周圍。球形軸承 88，本質上形成"球窩式"軸承布置，也可從McMaster Carr Supply Company買到。球形軸承88實現(xiàn)依照箭頭方向90的一定程度的弓形 運動以適應蒙皮板16和18的彎曲，蒙皮板16和18形成飛行器機身 的一部分。0031在操作中，操作員首先在所需區(qū)域上垂直放置加工配件34， 在所需區(qū)域孔被鉆?？卓杀汇@孔模板(未顯示)劃界，鉆孔模板被放 置在機身板16和18的外表面上。操作員隨后縱向移動框架板48 (圖 2中左或右)以精確對齊要鉆孔區(qū)域上鉆72的鉆頭。操作員隨后移動 電磁體50接觸機身板16和18，并且隨后驅動電磁體50。鉆孔操作可 隨后被操作員執(zhí)行。在鉆孔操作執(zhí)行過程中材料碎片和切屑可被真空 源66借助真空抽吸子系統(tǒng)62抽出。當鉆孔操作完成時，操作員隨后 停用電磁體50。螺旋彈簧76隨后輔助延伸螺柱74從各自的氣缸殼56a 向外偏置延伸螺柱74，這就有助于操作員抬起電磁體50離開機身板 16和18。整個加工配件34可隨后被重新放置以便鉆下一個孔。0032通過使整個加工配件34對于操作員而言基本無重量，系統(tǒng)10 因此顯著減少了操作員疲勞。配重工具平衡裝置22使加工配件34在 垂直方向上基本無重量而氣缸56和螺旋彈簧76使其沿鉆頭的軸線方 向基本無重量。當使用基于夾緊系統(tǒng)的電磁體時，操作員疲勞的顯著 減少也能提高操作員生產率以及潛在地增強鉆孔操作的準確度。0033雖然己經描述了不同實施例，熟悉本領域技術的人將會識別 出不偏離本公開情況下做出的各種修改或變更。本例描述了不同實施 例并且不是為了限制當前公開。因此，本公開的說明書和權利要求應 被公正地理解為僅帶有僅基于之前相關技術必須的限制。
權利要求
1.一種用于通過在非平坦表面上的一對相鄰放置的組件人機工程學地執(zhí)行無毛刺鉆孔的方法，所述方法包括將至少一個軌道固定到鄰近加工操作將被執(zhí)行的區(qū)域的所述組件中的一個；將加工配件固定到所述軌道，所述軌道允許所述加工配件沿所述軌道移動；使用配重子系統(tǒng)支撐所述加工配件以在至少接近零重量條件下保持所述加工配件，進而使所述加工配件被個人以很低程度體力沿所述軌道移動；以及在開始所述加工操作之前，使用所述加工配件將所述組件夾在一起。
2. 根據(jù)權利要求1的方法，進一步包括從所述加工配件支撐電動工具并且使用所述電動工具執(zhí)行所述加 工操作。
3. 根據(jù)權利要求1所述的方法，進一步包括在開始所述加工操作 之前，使用電磁體組件將所述組件夾在一起。
4. 根據(jù)權利要求1所述的方法，進一步包括支撐所述加工配件沿與所述軌道垂直的軸線性運動。
5. 根據(jù)權利要求1所述的方法，進一步包括在將所述組件夾在一起之前，使用帶有所述加工配件的多個提升部件支撐所述加工配件的 電磁體與所述組件中相鄰的一個離開一定距離。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中使用多個提升部件包括使用多 個螺旋彈簧支撐所述加工配件的部分重量。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，進一步包括使用與所述加工配件 相關聯(lián)的多個氣缸施加將所述電磁體部件置于平衡狀態(tài)的預加載力， 從而當所述電磁體組件被移向和移離所述組件中的一個時使個人感到 所述電磁體部件幾乎無重量。
8. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中使用所述加工配件包括使用鄰近所述組件中的一個放置且可移動以響應由所述加工配件產生的磁場 的后板與所述加工配件的一部分配合，以便在開始所述加工操作之前 將所述組件夾在一起。
9. 一種通過用于形成移動平臺機身部分的一對相鄰放置的組件人機工程學地執(zhí)行無毛刺鉆孔的方法，所述方法包括將至少一個軌道以垂直取向固定到所述組件中的一個，所述組件 鄰近加工操作將被執(zhí)行的區(qū)域；將具有電磁體的加工配件固定到所述軌道以允許所述加工配件被個人沿所述軌道移動；使用配重子系統(tǒng)支撐所述加工配件以在至少接近零重量條件下保 持所述加工配件，使所述加工配件被個人以很低程度體力沿所述軌道 移動；以及放置后板，所述后板鄰近所述組件中的一個的表面移動，所述表 面反向面對所述軌道被固定的表面；將所述加工組件放置到所需位置；給所述電磁體通電以使所述后板和所述電磁體將所述組件夾在一 起；以及使用被所述加工配件支撐的鉆以在所述組件內鉆無毛刺的孔。
10. 根據(jù)權利要求9所述的方法，其中使用配重系統(tǒng)包括使用被配 置以逆重力懸掛所述加工配件的，鄰近所述組件的配重系統(tǒng)。
11. 根據(jù)權利要求9所述的方法，進一步包括支撐所述加工子系 統(tǒng)沿垂直于所述軌道的軸線線性運動。
12. 根據(jù)權利要求9所述的方法，進一步包括固定可移除的一對軌道到所述組件中的一個，并且所述軌道相互平行；以及使用所述一對軌道支撐所述加工配件。
13. 根據(jù)權利要求9所述的方法，進一步包括使用所述加工配件支撐所述加工配件上的鉆。
14. 根據(jù)權利要求9所述的方法，進一步包括使用所述加工配件支撐所述加工配件上的自動進給鉆。
15. 根據(jù)權利要求9所述的方法，進一步包括使用多個偏置構件支撐所述加工配件的所述電磁體與所述組件中的一個相距一定距離， 所述加工配件被放置在所述組件中的一個上。
16. 根據(jù)權利要求15所述的方法，進一步包括將多個氣缸放置在所述加工配件上；以及在使用所述鉆開始鉆孔操作之前，使用所述氣缸支撐所述電磁體 的重量且逆重力移動所述電磁體到緊鄰所述組件中的一個的位置。
17. 根據(jù)權利要求9所述的方法，進一步包括在所述加工配件上提供至少一個把手以使個人能放置所述加工配件到所需位置。
18. 根據(jù)權利要求9所述的方法，進一步包括在支撐構件和所述加工配件之間借助線纜放置所述配重系統(tǒng)。
19. 根據(jù)權利要求9所述的方法，進一步包括固定相互平行且垂 直于所述軌道的一對導軌，并且從所述導軌支撐所述加工配件沿垂直 于所述軌道的軸線移動。
20. —種通過用于形成移動平臺機身部分的一對相鄰放置的組件人機工程學地執(zhí)行無毛刺鉆孔的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括以垂直取向布置在所述組件中的一個上的至少一個軌道，所述組 件鄰近加工操作要執(zhí)行的區(qū)域；具有電磁體的加工配件，所述電磁體被支撐在所述軌道上以允許所述加工配件被個人沿所述軌道移動；配重工具平衡子系統(tǒng)，所述配重工具平衡子系統(tǒng)在至少接近零重 量條件下支撐和保持所述加工配件，從而使所述加工配件被個人用很 低程度的體力沿所述軌道移動；相鄰所述組件中的一個的表面放置的后板，該表面反向面對所述 軌道被固定的表面；在開始鉆孔操作之前，所述電磁體可被操作以使用所述后板將所 述組件磁性地夾在一起；以及被置于所述加工配件上的鉆，所述鉆用于在所述組件上執(zhí)行鉆孔 操作。
全文摘要
采用配重工具平衡子系統(tǒng)的無毛刺柔性軌道鉆孔系統(tǒng)。配重工具平衡子系統(tǒng)為該系統(tǒng)的加工配件提供幾乎“無重量”感，該系統(tǒng)的加工配件攜帶鉆和電磁體。這使操作員僅以所需體力的最小限度垂直移動加工配件。加工配件也包括多個提升部件，提升部件輔助用戶提升和下降電磁體從而離開和靠近一對板，在該對板上鉆孔操作被執(zhí)行。這同樣顯著地降低了操作員疲勞并促成了高度人機工程學的系統(tǒng)。
文檔編號B23Q9/00GK101578157SQ200780049600
公開日2009年11月11日 申請日期2007年11月6日 優(yōu)先權日2007年1月25日
發(fā)明者C·J·埃里克松, J·J·希門尼斯, R·S·賴特 申請人:波音公司