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彈簧加載的套管楔形鎖的制作方法

文檔序號:5582991閱讀:258來源:國知局
專利名稱:彈簧加載的套管楔形鎖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及用于在鉆孔板或其他定位夾具的輔助下進行的加工和組裝的夾持件或固定件。
在很多設(shè)備,包括飛機,船,地面車輛以及試驗設(shè)備等的加工和組裝中,常常需要在結(jié)構(gòu)件上加工孔或其他結(jié)構(gòu),通過這些孔將結(jié)構(gòu)件組裝在一起。要加工的孔常常需要延伸穿過兩層或更多層結(jié)構(gòu)材料,例如穿過飛機殼體以及下面的加強筋的孔。這些孔或結(jié)構(gòu)相對與其他結(jié)構(gòu)的精確定位和這些孔或結(jié)構(gòu)的精確制造是非常重要的,由此可保證設(shè)備的結(jié)構(gòu)整體性。
通常,在設(shè)備的加工和組裝過程中,那些復雜的成組的孔及其他結(jié)構(gòu)通常在定位夾具(如鉆孔板)的輔助下進行加工。例如,如果需要組裝多個相似的組件,例如在飛機生產(chǎn)線上的機翼組件上,一個耐久的可重復使用的鉆孔板上加工了孔或其它結(jié)構(gòu)的樣本,它可被用作模板,通過該模板在每個組件上加工孔和其它結(jié)構(gòu)。使用諸如鉆孔板的定位夾具可保證組件上所有的孔彼此之間可以精確地定位。該構(gòu)件上的樣孔相對于構(gòu)件上的其他結(jié)構(gòu)的位置(即構(gòu)件上樣孔的浮點)可通過在構(gòu)件上設(shè)置定位點來進行控制,這些定位點與鉆孔板上的定位點相配合,并相對于構(gòu)件的其他部分固定了樣孔的位置。
當所要加工的孔必須穿過兩層或多層結(jié)構(gòu)材料,例如穿過飛機殼體的多層結(jié)構(gòu)時,或穿過兩層或多層結(jié)構(gòu)件,例如穿過飛機殼體及位于其下的加強筋時,在加工過程中,各層材料或構(gòu)件可能會略微地分離。例如,當使用鉆加工穿過多層的孔時,在鉆連續(xù)地穿過各層時,操作者施加在組件上的向前的壓力會強迫各層分開。當在加工過程中各層發(fā)生分離時,由加工工具產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)材料的毛邊或碎屑會存留在各層之間。層間的毛邊或碎屑會阻礙安裝固定,并引入其他結(jié)構(gòu)整體性問題。
目前,使用楔形鎖(例如Monogram Aerospace Fasteners Tool NumberTD391N1-X)解決在加工中發(fā)生的各層和各結(jié)構(gòu)件分離的問題。楔形鎖(wedgelock)通過提供兩個或多個柔性臂將定位板(tooling plate)緊緊地固定在多個疊層或結(jié)構(gòu)件上,柔性臂穿過定位板和結(jié)構(gòu)組件的各同軸孔,并通過每個臂的端部的凸肩與結(jié)構(gòu)組件的后側(cè)背面接合。楔形鎖臂的相反端部通過螺紋旋入到位于定位板前側(cè)的楔形鎖的頭部,使操作者可以通過旋擰楔形鎖的頭部而調(diào)整楔形鎖的夾持力。楔形鎖一般在定位板上間隔幾英寸地分布,以便最終將結(jié)構(gòu)組件均勻地固定到定位板上。
在穿過平直表面的孔或穿過具有一致的厚度的結(jié)構(gòu)層或結(jié)構(gòu)件加工孔時,現(xiàn)有的楔形鎖在某種程度上可以解決疊層或結(jié)構(gòu)件分離的問題,但彎曲表面或厚度變化所帶來的問題是目前的楔形鎖所無法解決的。具體說傳統(tǒng)楔形鎖將力加到結(jié)構(gòu)組件的后側(cè)面,將結(jié)構(gòu)組件向定位板方向牽拉,但是彎曲表面和厚度變化的出現(xiàn)會造成在定位板后側(cè)面和結(jié)構(gòu)組件前側(cè)面之間只在幾個點上進行接觸。而在一些區(qū)域上,結(jié)構(gòu)組件沒有因傳統(tǒng)楔形鎖牽拉而強制壓靠在定位板上,鉆孔或其他加工操作仍會引起疊層或結(jié)構(gòu)件的分離,并可能在疊層之間引入毛邊或碎屑,從而導致孔的不規(guī)則以及安裝固定問題。導致疊層分離的原因在于由于表面曲線和厚度變化,在那些結(jié)構(gòu)組件沒有強制拉靠在定位板上的區(qū)域上,傳統(tǒng)楔形鎖不能提供把各疊層或結(jié)構(gòu)件夾持在一起的力。
在疊層或結(jié)構(gòu)組件之間引入毛邊或碎屑是構(gòu)造和裝配操作過程中的重大問題。如果不將毛邊或碎屑移去,就會在固定安裝時在各構(gòu)件之間產(chǎn)生移動。而移去毛邊或碎屑需要將結(jié)構(gòu)組件拆散,而這樣做既昂貴又浪費時間。
而且,傳統(tǒng)楔形鎖臂的直徑一般會顯著小于位于將要固定于結(jié)構(gòu)組件上的定位板上的楔形鎖定位孔的直徑,由此會產(chǎn)生不對中。由此,需要一種工具,使具有較大楔形定位孔直徑的定位板能夠精確地對中。
在要求適當?shù)目锥ㄎ痪鹊募庸ぶ?,盡管傳統(tǒng)楔形鎖足以將定位板夾持到平直且均勻的多個疊層或多元件組件上,但仍然需要一種工具,可以實現(xiàn)更精確的定位板對中,同時在結(jié)構(gòu)組件具有彎曲表面和變化厚度時可以在加工操作中防止疊層或構(gòu)件之間的分離。
因此本發(fā)明的目的是提供一種楔形鎖,該種楔形鎖可以通過穿過定位板和多個對齊的結(jié)構(gòu)件所形成的各孔延伸而將多個對齊的結(jié)構(gòu)組件固定到定位板上并精確定位。
本發(fā)明的另一目的是提供一種楔形鎖,該種楔形鎖可以通過穿過定位板和多個對齊的結(jié)構(gòu)件所形成的各孔延伸而將多個對齊的結(jié)構(gòu)組件固定到定位板上,從而在隨后的機械加工操作過程中將結(jié)構(gòu)組件夾持在一起。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的,即提供一種楔形鎖,該楔形鎖具有加套管的隔套,以及彈簧或類似元件,所述隔套的直徑大致等于相關(guān)的加工定位板上的楔形鎖定位孔的直徑,而所述彈簧用于強制隔套上與彈簧相對的端部壓靠被夾持的結(jié)構(gòu)組件的前側(cè)表面。在操作中,操作者使用定位板精確地可重復地將鉆或其他加工工具引導到結(jié)構(gòu)組件的工件上,以在結(jié)構(gòu)組件上精確且重復地加工孔或其他結(jié)構(gòu)。楔形鎖被插入并穿過定位板的定位孔,接著又穿過結(jié)構(gòu)組件上的同軸孔,該結(jié)構(gòu)組件可以包括多個疊層或多個構(gòu)件。在定位板上均勻分布的幾個其他的楔形鎖被操作者插入并穿過定位板和結(jié)構(gòu)組件上的類似的同軸孔,以精確地將定位板相對于結(jié)構(gòu)組件的表面固定到位。當操作者旋擰楔形鎖的頭部,從而將臂向頭部旋擰時,從楔形鎖臂向外延伸的凸肩與結(jié)構(gòu)組件的后側(cè)表面接合。通過在楔形鎖頭部用手或扳手施加扭矩,操作者可以調(diào)整定位板夾持在結(jié)構(gòu)組件上時的作用力。在定位板上所有的楔形鎖被如上所述地接合,并且定位板已經(jīng)被緊緊固定在結(jié)構(gòu)組件上,并相對結(jié)構(gòu)組件精確定位時,操作者可以在結(jié)構(gòu)組件上開始進行鉆孔或其他結(jié)構(gòu)的加工操作,定位板用作加工工具導向件。
根據(jù)本發(fā)明的套管楔形鎖具有一個套管,該套管的直徑大致等于并略小于定位板定位孔的直徑,因此根據(jù)本發(fā)明的楔形鎖可以使定位板相對結(jié)構(gòu)組件更精確地定位。
當具有彎曲表面或厚度變化的多層結(jié)構(gòu)組件必須進行鉆孔或其他加工時,在一些定位板沒有與結(jié)構(gòu)組件直接接觸的區(qū)域上,根據(jù)本發(fā)明的楔形鎖中的彈簧加載的隔套被強制地與結(jié)構(gòu)組件配合,從而防止了結(jié)構(gòu)層或構(gòu)件的分離,因而也防止了在沒有夾持力時可能引發(fā)的在結(jié)構(gòu)層或構(gòu)件之間產(chǎn)生多余的毛邊或碎屑的現(xiàn)象。


圖1示出了將定位板固定到包括多層的結(jié)構(gòu)組件上的楔形鎖的使用情況;圖2是套管楔形鎖的透視圖;圖3是套管楔形鎖的局部剖視圖;圖4是彈簧加載的套管楔形鎖的透視圖;圖5是彈簧加載的套管楔形鎖的局部剖視圖;圖6A,圖6B,圖6C示出使用彈簧加載的套管楔形鎖將結(jié)構(gòu)組件的多層部分夾持在一起同時又將定位板固定到結(jié)構(gòu)組件上的情況;圖6A示出了插入楔形鎖之前的彈簧加載的套管楔形鎖,定位板和多層結(jié)構(gòu)組件的情況;圖6B示出了彈簧加載的套管楔形鎖插入定位板和多層結(jié)構(gòu)組件的情況,此時,套管楔形鎖的外伸臂的凸肩與結(jié)構(gòu)組件的后側(cè)相接合,同時結(jié)構(gòu)組件的多個疊層被彈簧加載的套管楔形鎖中的被壓縮的彈簧的彈性力夾持在一起;圖6C示出在操作者旋轉(zhuǎn)楔形鎖的頭部從而將臂旋入頭部后,結(jié)構(gòu)組件被固定到定位板上的情況。
下面結(jié)合附圖詳細描述本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例,但是本發(fā)明還可以有其他的實施方式,并非只限于附圖中所提出的實施例;而且,提出該優(yōu)選實施例的目的在于更為完全地公開本發(fā)明,并使本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員完全掌握本發(fā)明的范圍。附圖中,相同的元件用相同的標號表示。
飛機和其他設(shè)備中的結(jié)構(gòu)組件10可以包括多個結(jié)構(gòu)元件11,這些結(jié)構(gòu)元件一般由金屬、陶瓷、石墨/環(huán)氧樹脂的層狀材料制成。在定位板12的幫助下,結(jié)構(gòu)組件10上的孔或其他構(gòu)造可被重復地且精確地加工,定位板12上形成有模板孔14,通過這些模板孔引導鉆或其他加工工具。定位板12一般由耐久金屬制造,并可以反復使用(例如在飛機生產(chǎn)線上),以便穿過多個結(jié)構(gòu)組件10重復加工一定樣式的孔。
為了重復地且精確地加工孔或其他結(jié)構(gòu),定位板12必須被夾持或固定到結(jié)構(gòu)組件10上。該夾持或固定功能一般通過一個或多個楔形鎖完成,例如Monogram Aerospace Fasteners Tool Number TD391N1-X。楔形鎖20的臂24插入定位板的定位孔16,這些安裝孔與各個結(jié)構(gòu)件上的定位孔17同軸。臂24端部的凸肩26與結(jié)構(gòu)組件10的后側(cè)表面接合,臂24與楔形鎖20的頭部22可旋轉(zhuǎn)地接合,當操作者用扳手或直接用手旋擰頭部22時,臂24就被拉向頭部22,直到定位板緊緊地夾持或固定到結(jié)構(gòu)組件10上。沿定位板的表面均勻分布的其他楔形鎖強制地將結(jié)構(gòu)組件10夾持到定位板12上。然后,鉆孔或其他加工操作就可穿過定位板12在結(jié)構(gòu)組件10上進行。在生產(chǎn)線上或組裝線上,例如在飛機組裝線上,定位板12一般用來在備結(jié)構(gòu)組件10上重復加工大致相同的成組的孔或其他結(jié)構(gòu)。
在一個實施例中,如圖2或圖3所示,套管楔形鎖20包括套管28,其中套管28具有用于接合定位板12的前側(cè)的套管凸緣30和襯套部分34,而襯套部分34的長度不大于定位板的厚度,直徑大約等于但略小于定位板定位孔16的直徑。在臂24插過定位板定位孔16和對應結(jié)構(gòu)件定位孔17后,臂24端部的凸肩26與結(jié)構(gòu)組件10的后側(cè)表面接合。操作者通過旋擰頭部22將臂24拉向頭部22,直到套管凸緣30緊緊地被保持在結(jié)構(gòu)組件10上并且定位板12也被緊緊固定在結(jié)構(gòu)組件10上。由于襯套部分34的長度和直徑根據(jù)定位板定位孔16的尺寸選擇,定位板12可以相對于結(jié)構(gòu)組件11精確地定位。
在一個優(yōu)選實施例中,如圖4和圖5所示,彈簧加載的套管楔形鎖20包括套管28,隔套32和壓縮彈簧36。套管28具有用于與定位板12的前側(cè)表面接觸的套管凸緣30和長度不大于定位板的厚度、直徑大約等于但略小于定位板定位孔16的直徑的襯套部分34。隔套32的直徑大致等于但略小于定位板定位孔16的直徑,但大于結(jié)構(gòu)件定位孔17的直徑。較優(yōu)選的是,隔套32可伸縮地安裝在套管28中,并通過套管28的向內(nèi)延伸的凸起與隔套32向外延伸的凸起相接合而由套管所保持。
圖6A,6B和6C示出彈簧加載的楔形鎖的操作。在臂24插過定位板定位孔16和對應的結(jié)構(gòu)件定位孔17后,臂24端部的凸肩與結(jié)構(gòu)組件10的后側(cè)表面接合,并且壓縮彈簧36將隔套緊緊壓靠在結(jié)構(gòu)組件10的前側(cè)表面上。結(jié)構(gòu)件11被隔套32和凸肩26的相反的作用力夾持到一起。操作者通過旋擰頭部22將臂24向頭部牽拉,直到套管凸緣30緊緊地被保持在結(jié)構(gòu)組件10上并且定位板12也被緊緊固定在結(jié)構(gòu)組件10上。即使在結(jié)構(gòu)組件具有彎曲的表面或變化的厚度時,結(jié)構(gòu)組件11仍然被凸肩26和隔套32的相反的作用力夾持在一起,從而防止在鉆孔過程中或其他加工過程中出現(xiàn)結(jié)構(gòu)件11的分離,并且可消除因這種分離可能引發(fā)的出現(xiàn)毛邊或剝離的問題。
較優(yōu)選的是,彈簧加載的套管楔形鎖20通過下述方式組裝,即將隔套32和彈簧36插入套管28,然后再將套管28壓配到標準楔形鎖中(例如Monogram Aerospace Fasteners Tool Number TD391N1-X)。用于不同的定位板厚度和定位板定位孔直徑的套管楔形鎖和彈簧加載套管楔形鎖可以通過選擇適當套管和隔套尺寸而由一系列標準的市場有售的楔形鎖構(gòu)成。
權(quán)利要求
1.一種楔形鎖,所述楔形鎖穿過定位板和多個對齊的結(jié)構(gòu)件限定的對應孔延伸從而將多個對齊的結(jié)構(gòu)件固定到定位板上,其中定位板具有預定的厚度并限定了具有第一預定直徑的孔,所述楔形鎖包括可旋轉(zhuǎn)的頭部;穿過定位板和多個對齊的結(jié)構(gòu)件限定的對應孔的一對臂,每個臂具有相對的第一和第二端部,其中第一端部與所述的頭部可旋轉(zhuǎn)地接合,第二端部包括向外延伸的凸肩,用于與所述對齊結(jié)構(gòu)件的后側(cè)表面接合;套管,可操作地與可旋轉(zhuǎn)的頭部連接,并且至少穿過所述定位板限定的孔的一部分延伸,所述套管包括用于與定位板的前側(cè)表面接觸的凸緣和在定位板限定的孔內(nèi)延伸的襯套部分,襯套部分的長度不大于定位板的預定厚度,其直徑大致等于定位板的孔的預定直徑,從而楔形鎖可以穩(wěn)固地安裝到定位板上;隔套,具有設(shè)置在所述套管內(nèi)的第一端和用于與所述對齊的結(jié)構(gòu)件的前側(cè)表面接觸的第二端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的楔形鎖,其中還包括偏壓所述隔套使其與所述對齊結(jié)構(gòu)件的前側(cè)表面接觸的偏壓元件,用以在隨后的加工過程中將所述結(jié)構(gòu)件夾緊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的楔形鎖,其中所述隔套的所述偏壓元件包括位于所述套管內(nèi)的被壓縮的彈簧,所述彈簧與所述隔套的所述第一端可操作地連接,推動所述隔套與所述對齊的結(jié)構(gòu)件第一表面保持接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的楔形鎖,其中所述套管和所述隔套相互配合,至少將所述隔套的第一端保持在所述套管中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的楔形鎖,其中所述多個對齊的結(jié)構(gòu)件限定的孔具有第二預定直徑,并且所述隔套的直徑小于所述定位板限定的孔的第一預定直徑,但大于所述多個對齊的結(jié)構(gòu)件所限定的孔的第二預定直徑。
6.一種楔形鎖,所述楔形鎖穿過定位板和多個對齊的結(jié)構(gòu)件限定的對應孔延伸,從而將多個對齊的結(jié)構(gòu)件固定到定位板上,所述楔形鎖包括頭部;從所述頭部向外延伸的接合件,該接合件穿過定位板和多個對齊的結(jié)構(gòu)件限定的對應孔并與所述對齊結(jié)構(gòu)件的后側(cè)表面接合;套管,至少穿過所述定位板限定的孔的一部分延伸,所述套管可操作地與可旋轉(zhuǎn)的頭部連接,并且至少部分地環(huán)繞所述接合件的中間部分;隔套,包括位于所述套管內(nèi)的第一端和用于與所述對齊的結(jié)構(gòu)件的前側(cè)表面接觸的第二端;和偏壓所述隔套并使其與所述對齊結(jié)構(gòu)件的前側(cè)表面接觸的偏壓元件,用以在隨后的加工過程中將所述結(jié)構(gòu)件夾緊。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的楔形鎖,其中所述隔套的所述偏壓元件包括位于所述套管內(nèi)的被壓縮的彈簧,所述彈簧與所述隔套的第一端可操作地連接,推動所述隔套與所述對齊的結(jié)構(gòu)件的第一表面保持接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的楔形鎖,其中所述隔套的安裝使隔套相對所述套管伸縮運動。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的楔形鎖,其中所述套管和所述隔套相互配合,至少將所述隔套的第一端保持在所述套管中。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的楔形鎖,其中所述定位板限定的孔具有第一預定直徑,所述多個對齊的結(jié)構(gòu)件限定的孔具有第二預定直徑,并且所述隔套的直徑小于所述定位板限定的孔的第一預定直徑,但大于所述多個對齊的結(jié)構(gòu)件所限定的孔的第二預定直徑。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的楔形鎖,其中所述套管包括用于與定位板的前側(cè)表面接觸的凸緣和在定位板限定的孔內(nèi)延伸的襯套部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的楔形鎖,其中所述定位板具有預定的厚度,并限定了具有預定直徑的孔,其中所述套管的襯套部分的長度不大于定位板的預定厚度,其直徑大致等于定位板的孔的預定直徑。
13.一種楔形鎖,所述楔形鎖穿過定位板和多個對齊的結(jié)構(gòu)件限定的對應孔延伸,從而將多個對齊的結(jié)構(gòu)件固定到定位板上,所述楔形鎖包括頭部;從所述頭部向外延伸的接合件,接合件穿過定位板和多個對齊的結(jié)構(gòu)件限定的對應孔并與所述對齊結(jié)構(gòu)件的后側(cè)表面接合;套管,至少穿過所述定位板限定的孔的一部分延伸;隔套,包括位于所述套管內(nèi)的第一端和用于與所述對齊的結(jié)構(gòu)件的前側(cè)表面接觸的第二端,其中所述隔套被偏壓而與對齊的結(jié)構(gòu)件的前側(cè)表面接觸,由此將多個對齊的結(jié)構(gòu)件夾持到一起形成結(jié)構(gòu)組件,該結(jié)構(gòu)組件相對于對齊的結(jié)構(gòu)件和定位板之間的接觸是獨立的,所述接合件的回縮將整個結(jié)構(gòu)組件向定位板的后側(cè)表面牽拉。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的楔形鎖,其中還包括被壓縮的彈簧,該彈簧用于偏壓所述隔套使其與對齊的結(jié)構(gòu)件的前側(cè)表面接觸。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的楔形鎖,其中所述套管和所述隔套相互配合,從而至少將所述隔套的第一端保持在所述套管中。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的楔形鎖,其中所述定位板限定的孔具有第一預定直徑,所述多個對齊的結(jié)構(gòu)件限定的孔具有第二預定直徑,并且所述隔套的直徑小于所述定位板限定的孔的第一預定直徑,但大于所述多個對齊的結(jié)構(gòu)件所限定的孔的第二預定直徑。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的楔形鎖可在對具有曲面或有厚度變化的結(jié)構(gòu)組件進行鉆孔或其他加工時防止結(jié)構(gòu)件分離,并可消除因這種分離而可能導致出現(xiàn)的毛刺和剝離。彈簧加載的套管楔形鎖包括通過附加套管而改裝的標準的市場有售的楔形鎖,在套管中可伸縮地固定有被彈簧偏壓的隔套。彈簧加載的套管楔形鎖穿入鉆孔板或其他夾具和結(jié)構(gòu)組件上的同軸孔中,以將組件固定到夾具上。
文檔編號F16B19/10GK1231377SQ9910364
公開日1999年10月13日 申請日期1999年3月9日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月9日
發(fā)明者托馬斯·O·布萊克恩希普, 詹姆斯·L·莫里森, 羅伯特·O·貝克爾 申請人:麥克唐奈·道格拉斯公司
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