用於航空器機身框架的加工工具的製作方法與工藝

2023-06-02 02:18:11

本發明涉及一種用於航空器機身框架的加工工具。

背景技術：
如圖1中所示，機身框架包括具有Z形橫截面的彎曲型材10，其中間部分稱為芯部12，形成完整的或部分的環。該彎曲型材包括第二部分，第二部分即稱為內翼的第一翼部14和稱為外翼的第二翼部16，第一翼部14布置在芯部12的內邊緣的區域內並垂直於芯部12，第二翼部16布置在芯部12的外邊緣的區域內並也垂直於芯部12。該Z形彎曲型材在包括芯部12的平面內遵循一曲率半徑。因此，兩個翼部14、16近似對應於圓柱體的一部分。如圖2中所示，根據框架在機身的結構內的位置，框架大致是長的，翼部的曲率半徑大致是明顯的。因此，在圖2中，用連續線顯示了框架的一個示例的前視圖，並還用虛線顯示了具有不同形狀的其它框架的前視圖。根據一個實施例，航空器機身框架可由複合材料製成，並可包括嵌入樹脂基體中的強化纖維。在聚合後，機身框架必須進行加工操作，包括鏤銑(routing)第一翼部14，然後將第一翼部14切成斜邊，鏤銑第二翼部16，穿孔芯部12，並最後切削框架的末端。為了要進行的這些加工操作，機身框架被固定到在加工工具單元中布置的工具上。為了要進行的這些加工操作，同時考慮到尺寸公差，該工具包括至少一個基準表面和至少一個第二基準(表面或接合面)，使芯部的一個表面緊貼著該基準表面，所述內翼支撐於第二基準表面。根據第一替換實施例，該工具包括第一基準表面和第二基準表面，第一基準表面支撐芯部並在芯部的整個長度上延伸，第二基準表面支撐內翼的一個表面並在內翼的整個長度上延伸。框架在工具上的夾持是通過「吸力」型夾具獲得的。因此，基準表面包括具有連接點的抽空區域(depressionzones)，用來維持芯部和內翼分別緊貼第一基準表面和第二基準表面。在將待加工的框架夾緊後，進行不同的加工操作。在加工操作的末期，操作者將加工的框架與工具分離並清洗加工工具單元。為了繼續加工下一個框架，如果下一個框架具有與前述框架相同的幾何尺寸，則操作者將其夾持在相同的工具上並重新開始加工階段。如果框架具有不同的幾何尺寸，則需要拆卸工具，以便於安裝適於待加工的框架的工具。因此，根據該第一替換實施例，必須提供與框架相同數目的工具。因此，為了能夠加工航空器機身的不同部分的框架，並因此用於航空器的整個範圍，需要具有大約100個不同的工具，這必然對工具的製造和存放成本具有影響。另外，大量的工具使得工具的管理複雜化。根據另一個缺點，由於難以同時在框架的整個長度上使芯部和內翼分別與第一基準表面和第二基準表面緊貼，框架和工具之間的連接是過多的，所以將框架在工具上放置就位是一個難題。根據該替換實施例，每個基準表面包括彼此相互隔離的區域，在該區域內，隨著放置就位，從而漸漸地觸發抽空現象。為了確保在整個長度上的正確設置，框架必須正確布置在第一觸發區域的範圍內。如果開始沒有正確地布置，那麼對準上的缺陷會在長度上擴大。由於與抽空區域接界的連接點和框架具有較大的摩擦係數並限制滑動，所以框架在工具上的布置非常困難。根據第二替換實施例，芯部的基準表面沒有製成一體。因此，工具包括布置在水平的加工臺上的若干塊部，每個塊部包括用於支撐芯部的一個基準表面。為了確保框架沿芯部的表面布置，芯部被固定到一個塊部上，內翼部分相抵於固定到另一塊部的至少一個接合面。為了正確布置框架，需要使用3到7個塊部，這些塊部能夠通過正確布置來重新用於不同幾何尺寸的框架。根據該替換實施例，塊部通過加工工具單元的頭部放置在加工臺上，並通過「吸力」型夾具系統固定到加工臺上。框架芯部的一個表面被連接到不同塊部的基準表面，然後框架被固定到其中一個塊部。隨後，內翼的一個表面部分地接觸固定到至少一個塊部的至少一個接合面。最後，框架通過「吸力」型夾具系統被固定到塊部上。在加工後，框架被拆卸。為了繼續加工另一個框架，如果下一個框架具有與前述框架相同的幾何尺寸，那麼操作者將其安裝在塊部上並重新開始加工階段。如果框架具有不同的幾何尺寸，那麼塊部必須重新布置在加工臺上。即使該替換實施例可能減少工具的數目，但是並不能令人完全滿意，原因如下：-只要塊部藉助加工工具單元的頭部來正確設置就位，它們的設置影響加工工具單元的生產率。根據該替換實施例，由於需要布置的元件的數目比第一替換實施例更多，生產率更受到影響。-由於穿孔位於塊部的外側，在穿孔的外圍上沒有支撐表面來承受穿透力，所以在芯部上的穿孔需要以減小的進給速率進行，以限制分層的風險。因此，生產率進一步受到影響。-根據另一個缺點，使用水平的加工臺並沿水平面布置芯部的表面使得加工表面被加工產生的切削液或餘渣汙染。-對於第一替換實施例，將框架放置在塊部上是困難的。-除了放置就位的困難以外，如果操作者施力使待校正的對準上發生偏離，那麼要加工的框架可能通過特別是塊部之間的彎曲應力等應力來固定到塊部上。但是，如果框架在受壓時加工，那麼框架會在沒有固定時略微變形來釋放應力。由於這些變形，可不再考慮一些尺寸公差。因此，根據第二替換實施例，斜切操作必須在另一個單元中進行，這妨礙了生產率。

技術實現要素：
因此，本發明旨在克服現有技術的缺點，同時改進生產率。為此，本發明提供一種工具，其用於加工根據旋轉軸線的彎曲型材，所述彎曲型材包括沿垂直於所述旋轉軸線的平面的至少一個第一部分以及平行於所述旋轉軸線的至少一個第二部分，所述工具包括多個塊部，每個塊部具有支撐所述彎曲型材的夾緊表面，所述塊部包括支撐所述彎曲型材的第一部分和第二部分的定位裝置和用來固定所述彎曲型材的固定裝置，所述固定裝置適於處於它們固定所述彎曲型材的第一觸發狀態和它們沒有固定所述彎曲型材的第二停用狀態，其中，所述工具包括手動按壓件，用於允許所述彎曲型材保持與所述定位裝置緊貼著，直到用於固定所述彎曲型材的固定裝置處於所述觸發狀態。優選地，每個所述手動按壓件包括具有與所述塊部接觸的第一端的本體和處於第二端的接觸點，阻尼裝置夾設在所述接觸點和所述本體之間。優選地，所述接觸點支撐在連接所述第一部分和所述第二部分的連接區域內。優選地，所述塊部包括適於容納手動按壓件的第一端的凹口。優選地，每個所述塊部一方面包括用於定位所述彎曲型材的定位裝置，所述裝置為圓柱體的形式，其相對於所述夾緊表面突出，並具有垂直於所述夾緊表面的軸線，另一方面包括沿基準平面的指示裝置，所述指示裝置具有圓柱形，以使各個所述塊部相對於垂直於所述基準平面並與所述定位裝置的圓柱體的軸線同軸的軸線樞轉。優選地，所述指示裝置包括用於各個塊部的突起結構，所述突起結構位於所述塊部的區域內，其與位於基準表面的區域內的中空結構相配合。優選地，所述基準表面包括若干系列的中空結構，相同系列的所述中空結構沿直線布置，屬於不同系列的這些直線相互平行。優選地，所述工具包括若干基準表面。優選地，所述基準表面每個都沿垂直平面布置。優選地，所述工具包括至少一個反向支撐件，所述反向支撐件能夠支撐與在工具穿透區域內的表面相對的所述第一部分的表面。優選地，所述工具包括穿透釘，所述穿透釘包括以可拆卸的方式連接的兩部分，其中，第一部分接觸所述基準表面，第二部分接觸所述彎曲型材並能夠變化。根據一優點，使用手動按壓件使得毛坯件在工具上的定位更簡單，這趨向於提高生產率。附圖說明本發明的其它特徵和優點將通過結合附圖的本發明的描述變得清楚，該描述僅作為示例給出，其中：圖1是航空器機身框架的部分的立體圖；圖2是前視圖，用實線顯示了航空器框架並用虛線顯示了框架的不同替換實施例；圖3是設有根據本發明的工具的加工工具單元的示意圖；圖4A是根據本發明的工具空閒時的立體示意圖；圖4B是根據本發明的工具的立體示意圖，其中框架被夾緊；圖5是根據第一替換實施例包含在根據本發明的工具中的塊部的側視圖；圖6是根據第二替換實施例包含在根據本發明的工具中的塊部的側視圖；圖7是能夠配備根據本發明的工具的配件的示意圖；以及圖8是能夠配備加工頭的配件的示意圖，該加工頭用來對夾緊在根據本發明的工具上的框架進行穿孔。具體實施方式圖1示出了機身框架，其為具有Z形橫截面的彎曲型材形式，其中間部分被稱作芯部12，形成完整的或部分的環。該彎曲型材包括稱作內翼的第一翼部14和稱作外翼的第二翼部16，第一翼部14布置在芯部12的內邊緣的區域內並垂直於芯部12，第二翼部16布置在芯部12的外邊緣的區域內並也垂直於芯部12。為了給出數量級，芯部具有80mm的高度，大約4到6mm的厚度。所述翼部具有大約30mm的寬度。本發明並不限於該橫截面形狀和該應用。因此，本發明可能獲得具有J、Z、L、Ω(Omega)等形狀截面的數種彎曲型材。根據本發明，彎曲型材10沿著旋轉軸線X和曲率半徑R彎曲。因此，彎曲型材10包括至少一個第一部分和至少一個第二部分，該第一部分特別是芯部12，其位於垂直於旋轉軸線X的平面內，該第二部分特別是翼部14，其平行於軸線X。彎曲型材的不同部分通過彎曲部分連接在一起。因此，第一部分的第一表面與其它部分的第一表面是連續的。這些第一表面形成下面稱作外表面的表面。相似地，第一部分的第二表面與其它部分的第二表面是連續的。這些第二表面形成下面稱作內表面的表面。內表面包括朝向旋轉軸線X定向的部分。根據一個實施例，該框架由複合材料形成。但是，本發明並不限於該材料。該框架由毛坯件18獲得，其中，在加工工具單元20的區域內進行至少一個加工。根據一種操作模式，加工操作包括鏤銑第一翼部14，然後將第一翼部14切成斜邊，鏤銑第二翼部16，穿孔芯部12，並最後切削框架的末端。加工工具單元20包括設有至少一個工具24的至少一個加工頭22。該加工頭、工具以及用來控制加工頭移位的裝置不再進一步描述，因為這些與用於現有技術的第一替換實施例的相同。為了保持並定位毛坯件18，加工工具單元20包括至少一個工具26。該工具包括至少一個基準表面28，多個塊部30.1或30.2連接到該基準表面28，每個塊部包括兩個平行的表面，即與基準表面28緊貼著的第一接觸表面32和支撐毛坯件18的第二夾緊表面34。根據第一優選方式，基準表面28是垂直的。該解決方案可能避免加工表面被來自加工的切削液或餘渣汙染。另外，該解決方案允許加工頭更好地接合。優選地，由於芯部12提供更平坦的表面，所以芯部12的一個表面緊靠著不同塊部30.1或30.2的夾緊表面34。另外，該布置可能避免製造穿孔的區域內的表面被切削液或餘渣汙染。根據另一優點，該結構允許加工頭更好地接合。根據一個實施例，塊部30.1或30.2通過磁化由夾緊系統固定到工作檯上。根據一個實施例，基準表面28是金屬的，每個塊部30.1或30.2包括在接觸表面32區域內齊平的非永久磁體36，其由控制器(未示出)觸發。可設想其它裝置來將塊部30.1或30.2固定在基準表面28上，例如，藉助吸力的夾緊系統。在說明書的剩餘部分中，基準表面應被理解為平行於基準表面28的平面。如果該平面不是完全平坦的，那麼由與塊部30.1和30.2緊貼的平坦區域所限定的平均表面構成基準平面。根據本發明的重要一點，每個塊部30.1或30.2包括用於將其布置在基準平面內的指示裝置。這些指示裝置允許不使用現有技術中的加工頭來放置塊部。該解決方案還可能更容易將塊部放置在基準表面28上。優選地，對於每個塊部，這些指示裝置包括突起結構38(或中空)，其與中空結構40(或突起)配合，以將塊部固定在基準平面內。即使基準平面布置成垂直的，該解決方案也可能將塊部保持在基準表面內。有利地，突起結構38和中空結構40是圓柱形的，以使塊部圍繞垂直於基準表面的軸線樞轉。根據一個實施例，突起結構38是圓柱體形式，其具有直徑D和垂直於接觸表面32的軸線。另外，中空結構40是圓柱形孔的形式，其具有等於D的直徑，允許有小樞轉遊隙，具有能夠完全容納突起結構38的深度和垂直於基準表面28的軸線。有利地，突起結構38設置在塊部30.1或30.2的區域內，而中空結構40設置在基準表面28的區域內。該工具包括用來夾緊毛坯件18的至少兩個塊部。根據一個實施例，該工具包括3到7個用來夾緊毛坯件的塊部。為了使工具能夠被調整，對於每個塊部，該基準表面包括若干中空結構40，使得該工具能夠適於框架的曲率。根據圖4A所示的實施例，為了夾緊最長的框架，該工具包括6個塊部。對於每個塊部，基準表面28包括一系列42的中空結構40，相同系列的中空結構沿直線布置，不同系列的直線互相平行並垂直定向。優選地，系列42關於基準表面的垂直中軸線對稱地設置。該結構使其可能平衡力調整。根據一個實施例，基準表面28包括6個系列42，每個系列具有3個中空結構40。某個塊部30.1或30.2並優選所有塊部都包括用於定位待加工的毛坯件的裝置。根據本發明的特徵，每個用於定位毛坯件的裝置為圓柱體46.1或46.2的形式，其固定到塊部30.1或30.2，相對於夾緊表面突出，具有垂直於夾緊表面34的軸線，並與用於指示基準表面28上的塊部30.1或30.2的突起結構38同軸。該布置使其可能不需要塊部的定向，這便於將塊部布置在基準表面28上並限制操作者的實際操作時間。根據圖6所示的實施例，塊部30.1包括能夠將其容納到設置在毛坯件區域內的開口48中的圓柱體46.1，開口48具有與圓柱體46.1的直徑基本相同的直徑。根據圖5所示的實施例，另一塊部30.2分別包括用作接合面的圓柱體46.2，其能夠支撐第一翼部14。這些另外的接合面使其可能定向毛坯件並正確地定位內翼。每個塊部30.1或30.2包括用來固定毛坯件的固定裝置，該固定裝置適於處於它們固定毛坯件的第一觸發位置和它們沒有固定毛坯件的第二停用位置。根據一個實施例，每個塊部30.1或30.2包括「吸力」型夾緊系統50。但是，本發明並不限於這種固定裝置。根據本發明的特徵，這些塊部30.2每個都包括至少一個手動按壓件52，用於保持毛坯件18緊貼著定位裝置，特別是保持芯部12緊貼著夾緊表面34和/或第一翼部14緊貼著圓柱體46.2相齊平，直到固定裝置被啟動。根據一個優點，使用手動按壓件有利於將毛坯件定位到工具上，這趨向於改進生產率。根據重要的一點，手動按壓件52包括阻尼裝置54，其為能夠提供預載力的彈簧的形式。因此，根據本發明，在使用不同的「吸力」型夾緊系統50固定之前，使用不同的手動按壓件52將毛坯件18預先布置在所有的塊部上，根據一個優點，與「吸力」型夾緊系統50不同，手動按壓件52允許毛坯件18的部分在塊部30.1或30.2上略微滑動。另外，通過平衡所有塊部上的夾緊力，手動按壓件52的阻尼裝置54允許毛坯件18固定到基準表面上。因此，手動按壓件52使其可能限制框架不需要的偏斜彎曲，這就可考慮到尺寸公差。根據一個實施例，每個手動按壓件52包括至少一個接觸點56，接觸點56具有能夠支撐在將芯部12連接到第一翼部14的曲率半徑的區域內的圓形形狀。該布置允許芯部和內翼與單個接觸點緊貼。根據一個實施例，每個手動按壓件包括C形本體58、與塊部30.2接觸的第一端60和支撐接觸點56的另一端62，阻尼裝置54夾設在接觸點56和本體58之間。根據一個實施例，第一端60能夠容納於設置在塊部30.2的側表面區域內的凹口中。根據其它可替換的實施例，第一端可鉸接到塊部30.2。有利地，工具包括穿透釘64，圖7中示出了穿透釘64的一個示例。每個穿透釘64包括兩個平行的表面，即與基準表面28緊貼的第一接觸表面66和毛坯件18能夠緊靠著得以支撐的第二接觸表面68。塊部和釘具有相同的高度，使得毛坯件的芯部與夾緊表面34和接觸表面68接觸。穿透釘64沿著沒有與塊部接觸的區域內的每個穿孔的延伸軸線布置，並構成用於避免毛坯件分層的反向支撐件。這種布置有利於改進生產率。根據一個實施例，穿透釘64可以是圓柱形的。有利地，它們分別提供能夠圍繞穿孔支撐毛坯件的接觸表面68。每個穿透釘64包括通過磁化將其固定到基準表面28的夾緊系統。根據一個實施例，基準表面28是金屬的，並且每個穿透釘64包括在接觸表面66的區域內齊平的非永久磁體69，其通過控制器(未示出)來觸發。還可設想其它裝置來將穿透釘64固定到基準表面28，例如，藉助吸力的夾緊系統。優選地，每個穿透釘包括以可拆卸的方式連接的兩部分；第一部分接觸基準表面並形成穿透釘64的本體70，第二部分能夠接觸毛坯件，並形成能夠改變的稱作「犧牲品(martyr)」的端部件72。如圖8中所示，作為替換或互補於穿透釘64，穿透工具可具有設置在芯部兩側上的支撐件74和反向支撐件76。根據所有替換實施例，該工具包括至少一個反向支撐件，其能夠支撐與在穿透過程中工具穿透區域內的表面相對的框架表面，該反向支撐件是固定的或可移動的，並在穿透過程中沿著工具的延伸部分布置，以吸收切割力並限制分層的風險。根據本發明的另一個特徵，加工工具單元包括若干基準表面28，特別是兩個基準表面，即允許操作者在第一基準表面上鬆開已加工的框架並夾緊待加工的毛坯件，同時在第二基準表面上加工毛坯件。根據圖3、4A和4B中所示的實施例，加工工具單元包括圍繞水平軸線的樞轉臺78，所述樞轉臺包括兩個相對的表面，第一基準表面28和第二基準表面28』分別設置於這兩個表面上。根據該實施例，當操作者卸載已加工的框架並將待加工的毛坯件安裝到第一基準表面28上時，在朝向工具的第二基準表面28』上夾緊的毛坯件上進行不同的加工操作。一旦完成不同的加工操作，樞轉臺78樞轉，使得第一基準表面28朝向工具。操作者能夠拆卸在第二基準表面上夾緊的已加工的框架，以在其上安裝待加工的毛坯件。替換地，加工工具單元可包括兩個固定臺，每個具有基準表面。在這種情形下，加工工具可布置在與第一固定臺相對的區域內，以加工夾緊到第一固定臺上的毛坯件。在加工期間，操作者能夠拆卸第二固定臺上的已加工的框架，並在其上安裝待加工的毛坯件。一旦已經完成對夾緊到第一固定臺上的框架的加工操作，加工工具和第二固定臺平移移動，使得加工工具或第二固定臺彼此相對布置。夾緊到第二固定臺上的毛坯件被加工，而操作者能夠拆卸在第一固定臺上加工的框架並在其上安裝待加工的毛坯件。根據本發明的工具的操作如下：首先，操作者將不同的塊部安裝到基準表面上。雷射指針能夠根據待加工的框架的幾何尺寸(曲率半徑、長度)來幫助確定各系列42上的孔，塊部必須布置在該系列內。然後，操作者觸發各個塊部的電磁體。根據本發明，塊部不需要有角度地定向，這將縮短並簡化了塊部的設置就位，並因此改進了生產率。然後，操作者將待加工的毛坯件預先布置在不同的塊部上。為此，操作者將塊部30.1的圓柱體46.1布置於在毛坯件的區域中設置的開口48中。然後，對於每個塊部30.2，操作者使芯部和內翼與塊部的夾緊表面和圓柱體46.2緊貼，然後將手動按壓件52設置就位。一旦不同塊部30.2的所有手動按壓件設置就位，操作者能夠啟動「吸力」型的夾緊系統50。因此，待加工的毛坯件理想地夾緊到工具上。操作者能夠移除手動按壓件並開始加工。該工具允許內部約束是有限的。因此，由於使用了手動按壓件，夾緊不會引起不必要的變形，所以能夠在考慮到尺寸公差時進行加工操作。由於已加工的框架能夠被拆卸，並且新的毛坯件能夠在掩膜期間被安裝，所以具有兩個基準表面能夠改進生產率。最後，使用反向支撐件能夠限制分層風險並提前增加速率，這有利於改進生產率。