專利名稱：用于生產(chǎn)具有限定厚度的產(chǎn)品的工藝和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)具有限定厚度的產(chǎn)品的工藝。
具體地說，在不限制發(fā)明內(nèi)容的情況下，本發(fā)明涉及一種用于機械地且選擇地減少由金屬板制成的航空和航天結(jié)構(gòu)的部件的厚度。
這是為了減輕用來制作航空器部件例如機身的金屬板的重量，這些部件在使用期間不必承受非常高的應(yīng)力和應(yīng)變。
上述工藝具有幾個缺點。首先，由于航空業(yè)中通常所使用的金屬板尺寸較大，所以加工金屬板的生產(chǎn)設(shè)備必須非常大，并且因此涉及非常高的成本。這種類型的工藝的另一個缺點在于，它需要大量化學(xué)藥品，這些化學(xué)要求除了對操作人員危險之外還需要特殊的存儲和廢物處理設(shè)備，不僅對于它們的結(jié)構(gòu)而言而且根據(jù)當(dāng)前立法所要求的安全標(biāo)準(zhǔn)要使它們保持在高效工作狀態(tài)中都涉及相當(dāng)大的投資。
用來生產(chǎn)金屬產(chǎn)品的化學(xué)腐蝕工藝其另外的缺點在于會生產(chǎn)出難以回收的金屬淤泥。
發(fā)明概述因此本發(fā)明的目的在于提供一種用于生產(chǎn)具有限定厚度的產(chǎn)品的工藝，該工藝克服了上述缺點。
因此，本發(fā)明提供了一種用于生產(chǎn)用作航天飛船或航空器結(jié)構(gòu)中的部件的具有限定厚度的產(chǎn)品的工藝，該工藝的特征在于，它至少包括以下步驟，至少從產(chǎn)品的限定且分離區(qū)域中機械地除去制成產(chǎn)品的材料以便減小產(chǎn)品厚度并因此使產(chǎn)品變輕。
在下面的權(quán)利要求中清楚地描述了與上述目的相關(guān)的本發(fā)明的技術(shù)特征，并且從下面的詳細說明中并參照顯示出本發(fā)明的優(yōu)選實施方案的附圖可以了解其優(yōu)點，所示實施方案主要以示例的方式在不限制發(fā)明內(nèi)容的范圍的情況下提供。
自動加工機床3包括安裝有加工裝置6的可動橫梁5。
加工裝置6可以在三維空間中沿著笛卡兒坐標(biāo)系的三根線性軸X、Y和Z移動。在附圖中示意性地顯示出的加工裝置6還可以具有三根連續(xù)的內(nèi)插軸，或三根連續(xù)的內(nèi)插軸和兩個定位軸，或五根或更多的連續(xù)內(nèi)插軸。
如

圖1所示，該加工裝置6為普通類型的并因此沒有詳細顯示出，該裝置包括安裝有刀具夾持器頭部8的滑座7?；苫瑒拥嘏c沿著Z方向運行的支承部件9嚙合。
支承部件9可以通過沒有另外詳細顯示出的常規(guī)傳動裝置相對于橫梁5沿著Y方向移動。
橫梁5沿著與笛卡兒坐標(biāo)系的Y軸基本上平行的主方向D1延伸。
橫梁5由兩個沿著與X方向基本上平行的主方向D2延伸的縱向?qū)Ъ?0、11支承，所述導(dǎo)架10、11由多根立柱12支承。
支柱12具有與加工機床3的基座14連接的相應(yīng)下端13和與縱向?qū)Ъ?0、11連接的相應(yīng)上端15。
橫梁5可以沿著D2方向在縱向?qū)Ъ?0、11中滑動以便引導(dǎo)加工裝置6運動，而加工裝置需要運行以便在自動加工機床3中加工出產(chǎn)品2。
機床3還包括數(shù)字控制裝置16，它位于其中一根立柱12處并且設(shè)計用來控制加工裝置6以使機床3能夠進行所要求的加工操作。
如圖1所示，例如，產(chǎn)品2是一種將被用來制作航天器機身的部件17，并且其中航天器的窗戶開口貼有標(biāo)簽18。更仔細地看，部件17具有采用沒有描述的常規(guī)成形裝置預(yù)先在基本上為扁平的材料長度如金屬板上形成的規(guī)定曲面。
支承產(chǎn)品2的框架4設(shè)置在由自動加工機床3的立柱12所限定的空間內(nèi)部并位于加工裝置6的下面。
框架4采用工作臺的形式，并且包括相對于加工機床3的基座14基本上是固定的底座19以及與底座19連接并具有上表面21的可拆卸部件20。
還有如圖3所示，將具有規(guī)定曲面的產(chǎn)品2放置在框架4的上表面21上，所述上表面21成形為與產(chǎn)品2的曲面相匹配。
圖4顯示出基本上平坦地設(shè)置在框架4的上表面21上的產(chǎn)品2，所述上表面21也基本上是平坦的。參照圖1、3和4，框架4包括多個吸孔22，它們分布在其上表面21上并且設(shè)計用來在將產(chǎn)品2放置在用于加工的框架4上時使產(chǎn)品2保持向下靠著表面21。
吸孔22與在這些圖中大致以方框23顯示出的常規(guī)抽吸裝置連接。
吸孔22和抽吸裝置23一起構(gòu)成抽吸設(shè)備24。
框架4的上表面21由于通過抽吸設(shè)備24牢牢地保持住產(chǎn)品2所以構(gòu)成一種產(chǎn)品2的定位參考元件和用于測量加工尺寸的幾何參考。
圖2的放大詳細視圖顯示出在通過安裝在加工裝置6的刀具夾持器頭部8上的刀具25加工產(chǎn)品中的階段。在該圖面中，刀具25從航天器窗戶的其中一個開口18的框架26中除去材料。在所示的實施例中，每個框架26從產(chǎn)品2的初始厚度S2開始減小到厚度S1。厚度差S2-S1是由加工機床3除去的材料厚度。在圖2中所示的部分產(chǎn)品2還具有其厚度基本上等于產(chǎn)品的初始厚度S2的邊緣27以及由邊緣27和在圖中顯示為虛線表面的框架26所限定的中心區(qū)域28。邊緣27是將來與航空器機身的其它部分連接的部件，而中心區(qū)域28是一種沒有任何其它特定功能的簡單覆蓋部件，因此它不必同樣具有高機械強度。因此隨之進一步減小了中心區(qū)域28的厚度S2-S3。換句話說，中心區(qū)域28是刀具25從中除去最多材料的區(qū)域。
參照圖2可以更詳細地看出，刀具25是一種銑刀并且從產(chǎn)品2中除去材料的操作基本上是一種銑削操作。如上所述銑削操作或者可以等軸地即采用三根連續(xù)的插入軸進行，或者在傾斜平面中即采用三根連續(xù)的插入軸加上三根定位軸進行，或者在任意方向中取向的形狀上即采用五根或多根連續(xù)的插入軸。參照圖1、3和4，加工裝置6優(yōu)選由直線電機驅(qū)動。
橫梁5由兩個電機29、30沿著D2方向驅(qū)動。兩個直線電機29、30中的每一個包括主部件或轉(zhuǎn)子31和次部件或定子32。兩個主部件31在其兩個沿著縱向方向彼此相對的端部5a、5b處與可動橫梁5成一整體。兩個次部件32由兩條相應(yīng)的平行滑道33、34組成，每條滑道沿著導(dǎo)架10、11中的其中一個延伸。
在使用期間，如圖1所示，通過用于夾緊和抬升產(chǎn)品2的裝置(未示出)將產(chǎn)品2放置在支承架4上。
如圖3和4更詳細地顯示出的一樣，將產(chǎn)品2放置在框架4的上表面21上，并通過打開抽吸設(shè)備24使之完全貼在上表面21上。分布在上表面21上面的吸孔22的抽吸作用將產(chǎn)品2向下牢牢地保持在上表面21自身上。這個構(gòu)造使得有可能確定出一種供隨后加工步驟用的參照系。
換句話說，由于產(chǎn)品2牢牢地向下保持在框架4的上表面21上，所以通過在其上沒有產(chǎn)品2的情況下重新設(shè)定表面21的尺寸并且采用這個尺寸作為參考零尺寸，從而控制裝置16可以在產(chǎn)品2的任意位置處通過將在那個位置處的材料高度與上表面21自身的先前重新設(shè)定的參考零尺寸進行比較來連續(xù)地檢測出材料的厚度。
參照圖3，框架的可拆卸部件20的上表面21具有設(shè)計用來容納產(chǎn)品2的彎曲形狀，該產(chǎn)品在前面已經(jīng)變形從而使它具有所要求的曲面。因此使框架4的可拆卸部件20的形狀與產(chǎn)品2的所要求曲面相匹配。在這種情況中，機床3的加工裝置6進行隨后的加工操作所采用的加工尺寸基本上不會與處于其最終加工形態(tài)中的產(chǎn)品2的尺寸不同。因此上表面21的形狀與產(chǎn)品2相關(guān)地構(gòu)成框架4的匹配形狀。
另一方面，如圖4所示，框架4的可拆卸部件20的上表面21基本上是平的以便容納還沒有變形成所要求的彎曲形狀但是將在隨后未示出的工藝期間將要變形的產(chǎn)品2。在該情況中，機床3的加工裝置6進行隨后的加工操作所采用的加工尺寸基本上與處于其最終加工形態(tài)中的產(chǎn)品2的尺寸不同。支承產(chǎn)品2的框架4具有可拆卸部件20這個事實使得設(shè)備1非常通用，因為它使得設(shè)備能夠通過簡單地改變可拆卸部件20來迅速地設(shè)定好來加工不同的產(chǎn)品2。
如圖2所示，優(yōu)選的是，從產(chǎn)品2的不同區(qū)域26、27、28中除去的材料其數(shù)量與這些部分在安裝產(chǎn)品2時需要承受的應(yīng)力大小成反比。
因此，使中心區(qū)域28輕于必須與機身的另一塊面板形成部分的相應(yīng)邊緣連接的邊緣27，并且還輕于用來固定航天器窗戶的框架26。
因此，顯然該設(shè)備1使得能夠在生產(chǎn)航空業(yè)用的部件中迅速且經(jīng)濟地實現(xiàn)在重量輕的要求方面和高機械強度方面之間的最優(yōu)平衡。
優(yōu)選的是，在相同的控制裝置6的控制下，加工裝置6不僅用來選擇地從產(chǎn)品2中除去材料，而且用來在該產(chǎn)品上進行精整操作例如鉆孔、錐形擴孔和壓制而不必將該產(chǎn)品2轉(zhuǎn)到其它機床。
優(yōu)選的是，根據(jù)在這里既沒有顯示也沒有描述的已知方法，滑架7相對于支承部件9的運動和支承部件9相對于橫梁5的運動由線性電機驅(qū)動。
與存在如上所述會產(chǎn)生出難以回收的金屬淤泥的缺點的化學(xué)腐蝕工藝不一樣，機械銑削工藝產(chǎn)生出金屬屑，這些金屬屑能夠快速地且容易地在鑄造廠中進行回收以制作其它金屬產(chǎn)品2。
在不脫離發(fā)明內(nèi)容的范圍的情況下可以對所述發(fā)明作出各種改進和改變。而且，本發(fā)明的所有部件可以由在技術(shù)上等同的部件代替。
權(quán)利要求
1.一種用于生產(chǎn)用作航空航天結(jié)構(gòu)中的部件(17)的具有限定厚度的產(chǎn)品(2)的工藝，所述工藝的特征在于，它至少包括以下步驟，至少從產(chǎn)品的限定且分離的區(qū)域(26，27，28)中機械地除去制成該產(chǎn)品(2)的材料以便減小產(chǎn)品厚度并因此使產(chǎn)品(2)變輕。
2.一種如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，在每個限定區(qū)域中除去不同程度的材料。
3.一種如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所要除去的材料其數(shù)量基本上與產(chǎn)品(2)的不同區(qū)域(26、27、28)所需要承受的應(yīng)力大小成反比。
4.一種如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，與從產(chǎn)品(2)中除去材料的步驟結(jié)合，該工藝包括還包括以下步驟機械地精整產(chǎn)品的區(qū)域(27)，該區(qū)域?qū)⒃诋a(chǎn)品(2)自身中形成用來連接該結(jié)構(gòu)的其它部件和/或用來連接多個產(chǎn)品的部分。
5.一種如前面權(quán)利要求1-4任一所述的工藝，其特征在于，通過銑削機械地除去材料。
6.一種前面權(quán)利要求1-5任一所述的工藝，其特征在于，除去材料的步驟在最初基本上是平坦的產(chǎn)品(2)上進行，并且還包括以下步驟使產(chǎn)品(2)塑性地變形以便使它具有制作該結(jié)構(gòu)的部件(17)所需要的形狀。
7.一種如權(quán)利要求1-5任一所述的工藝，其特征在于，除去材料步驟在已經(jīng)塑性地變形成制作該結(jié)構(gòu)的部件(17)所需要的形狀的產(chǎn)品(2)上進行。
8.一種如權(quán)利要求6或7所述的工藝，其特征在于，該工藝還包括以下步驟將產(chǎn)品(2)放置在其形狀與之相配的支承架(4)上。
9.一種如權(quán)利要求8所述的工藝，其特征在于，該工藝包括以下步驟使產(chǎn)品(2)在框架(4)上保持不動地與框架(4)的表面(21)接觸，并且形成該框架的相配形狀，所述表面(21)構(gòu)成用于除去材料步驟的參照系。
10.一種如權(quán)利要求9所述的工藝，其特征在于，保持不動步驟是通過抽吸設(shè)備(24)在抽吸作用下進行的。
11.一種如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，除去材料的步驟是通過安裝在刀具夾持器頭部(8)上的刀具(25)來進行的，所述頭部可以在空間中至少沿著相互垂直的三個方向(X，Y，Z)移動。
12.一種如權(quán)利要求11所述的工藝，其特征在于，刀具夾持器頭部(8)沿著所述三個垂直方向(X，Y，Z)中的至少一個由直線電機(29，30)驅(qū)動。
13.一種用于生產(chǎn)用作航空航天結(jié)構(gòu)中的部件(17)的具有限定厚度的產(chǎn)品(2)的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括至少一個安裝在刀具夾持器頭部(8)上的刀具(25)，所述頭部可以在空間中至少沿著相互垂直的三個方向(X，Y，Z)移動，所述刀具(25)以這樣的方式與產(chǎn)品(2)嚙合，從而至少從產(chǎn)品的限定且分離的區(qū)域(26，27，28)中機械地除去制成該產(chǎn)品(2)的材料，以便減小產(chǎn)品厚度并使產(chǎn)品(2)變輕。
14.一種如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括框架(4)，該框架支承著產(chǎn)品(2)并且其形狀與產(chǎn)品(2)相配，從而在產(chǎn)品(2)與刀具(25)嚙合時將產(chǎn)品(2)保持在固定的位置中。
15.一種如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，支承架(4)至少在其與產(chǎn)品(2)嚙合的上表面(21)處的形狀與產(chǎn)品(2)相配。
16.一種如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其特征在于，框架(4)的上表面(21)限定了用于驅(qū)動刀具(25)的參照系。
17.一種如前面權(quán)利要求14-16任一所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括抽吸設(shè)備(24)，它與支承架(4)連接并且設(shè)計用來使產(chǎn)品(2)相對于框架(4)本身保持在固定位置。
18.一種如前面權(quán)利要求13-17任一所述的設(shè)備，其特征在于，刀具夾持器頭部(8)沿著所述三個垂直方向(X，Y，Z)中的至少一個由線性電機(29，30)驅(qū)動。
全文摘要
用于生產(chǎn)用作航空航天結(jié)構(gòu)中的部件(17)的具有限定厚度的產(chǎn)品(2)的設(shè)備(1)包括一種自動加工機床(3)和用于支承所要加工的產(chǎn)品(2)的框架(4)。加工機床(3)包括裝配有頭部(8)的加工裝置(6),所述頭部安裝有設(shè)計用于從產(chǎn)品(2)的限定區(qū)域(26,27,28)中除去材料以便選擇地減小其厚度的刀具(25)。
文檔編號B64F5/00GK1377810SQ02108048
公開日2002年11月6日 申請日期2002年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月27日
發(fā)明者布魯諾·斯基亞維, 卡洛·馬薩里 申請人:Jobs股份公司