專利名稱：混合型結(jié)層機(jī)具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)合零件在其上面制成的結(jié)層機(jī)具，更為具體地說，涉及一種用于制作一混合型結(jié)層機(jī)具的工藝方法，此機(jī)具具有一復(fù)合面層板片，裝在一支承結(jié)構(gòu)上，而面板的基準(zhǔn)平面基本上平行于支承結(jié)構(gòu)的基準(zhǔn)平面。
復(fù)合零件已經(jīng)由于其工藝質(zhì)量、設(shè)計(jì)靈活性和低重量而在整個(gè)工業(yè)界被普遍應(yīng)用。特別是，具有一粘合在兩片復(fù)合面層板片之間的一蜂巢狀芯體的蜂巢狀復(fù)合零件提供了極好的強(qiáng)度和剛度-重量比，使它們在航天工業(yè)中特別受重視和廣泛被應(yīng)用。不過，盡管這類零件具有公認(rèn)的一些好處和廣泛用途，它們一直是比較昂貴的，部分原因是，生產(chǎn)這些零件的制造工藝方法都很笨拙而難以應(yīng)用，從而導(dǎo)致復(fù)合零件的很高的報(bào)廢和返工率。
以前，制作復(fù)合零件的標(biāo)準(zhǔn)工藝方法包括在一稱作-“粘合組裝架”或BAI的表面上結(jié)成一機(jī)具側(cè)表皮，通常是幾個(gè)浸漬過樹脂的纖維玻璃或石墨布。如果零件必須具有一蜂巢狀芯體，就切出蜂巢狀材料并配裝到機(jī)具側(cè)表皮上，而此組件被蒙以真空囊袋，從中可用一真空源抽出空氣。蒙以囊袋的組件被塞進(jìn)一蒸壓釜，并在被加熱以固化機(jī)具側(cè)表皮層和把蜂巢材料粘合于表皮的時(shí)候重新連接于真空源。蒙以囊袋的組件隨后從蒸壓釜中取出并脫出囊袋。
在美國專利第5,746,553號中所述的另一種工藝方法中，開在面板的面層表面上的一面板槽溝填有一種犧牲材料，構(gòu)成一齊平于機(jī)具主體面層表面的頂部表面。犧牲材料是一種發(fā)泡復(fù)合物，可構(gòu)成一齊平于機(jī)具主體面層表面的光滑堅(jiān)硬表皮。零件的制作方式是，把機(jī)具側(cè)表皮或表層鋪放在面板上并把此機(jī)具側(cè)表皮粘合于周邊槽溝中犧牲材料的齊平表面。蜂巢狀芯體安放在表皮上，而此組件粘合和/或固化于機(jī)具側(cè)表皮并與機(jī)具表面相一致。固化之后，機(jī)具從蒸壓釜中取出并重新設(shè)置在一CNC機(jī)床的一床座上，在此處，蜂巢狀芯體使用一適當(dāng)?shù)牡毒呒庸さ剿栊螤?，而芯體經(jīng)過抽空以除去灰塵。用于一囊袋側(cè)表皮的各層，施用于加工過的芯體表面，而此組件予以固化。固化之后，機(jī)具精確地重新定位在CNC機(jī)床床座上，并使用一CNC機(jī)床上的刀具圍繞此零件切去一周邊邊緣。機(jī)床的控制器經(jīng)過編程以指引刀具圍繞周邊槽溝。刀具伸進(jìn)周邊槽溝并及于零件全部厚度而切去周邊邊緣。在邊緣銑削之后，完成的零件從機(jī)具上取下。此零件在整個(gè)制造過程中置放在機(jī)具上，從而消除了當(dāng)零件在用于不同制造工序的各機(jī)具之間搬移時(shí)所產(chǎn)生的通常的各種協(xié)調(diào)問題。
此發(fā)明免去使用兩部單獨(dú)的非常昂貴的機(jī)具和免去先前在從兩部機(jī)具上取下和裝設(shè)到兩部機(jī)具上的期間所需的大多數(shù)零件手工操縱。由于零件貫穿其全部制作過程置放在同一機(jī)具上，把大型撓性復(fù)合零件定位到它即將重新設(shè)置在上面的機(jī)具上去的特殊困難就被消除了。同樣，由于零件在其原來的結(jié)層位置上保持粘合于機(jī)具，一具有僅僅一層表皮的部分制成的零件不會(huì)被固化期間引起的表皮中的應(yīng)力拉拽而失形。在零件上的隨后加工或銑削作業(yè)，由于零件設(shè)置在機(jī)具上正好它應(yīng)當(dāng)位于的地方處，在指定位置處得以精確地完成。通常的質(zhì)量控制方法，諸如統(tǒng)計(jì)工藝過程控制以及類似方法，此時(shí)對于由這種工藝過程制成的零件的結(jié)構(gòu)質(zhì)量控制也是可用的。因而，在尺寸控制和制造的零件肯定處在以統(tǒng)計(jì)方式確定的公差之內(nèi)這一點(diǎn)對于能夠以對于企業(yè)在商業(yè)上的成功很為重要的速度制造產(chǎn)品來說是關(guān)鍵性的某種環(huán)境之下，上面提及的專利申請中所披露的發(fā)明“雙重用途結(jié)層機(jī)具”對于大型復(fù)合零件的生產(chǎn)效率和制造質(zhì)量作出了顯著貢獻(xiàn)。
雙重用途機(jī)具是由殷鋼36制成的，即一種鐵和鎳的合金，具有幾乎等同于石墨環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的熱脹系數(shù)。殷鋼面板被沖擊成形為或鑄成得接近網(wǎng)狀并用焊接方法裝接于一“蛋箱”狀的基底結(jié)構(gòu)。此基座結(jié)構(gòu)連同裝接上的面板一起設(shè)置在一CNC機(jī)床床座上，而面板表面經(jīng)過完全加工以提供一帶有適當(dāng)輪廓的光滑表面。機(jī)床利用一基于有待在機(jī)具上制作的零件之?dāng)?shù)字模型的反演的程序而處在一機(jī)床控制器的控制之下?；旧线B續(xù)的槽溝隨后加工制成在精制的面板上，如上面提及的申請人所述。最終的機(jī)具是耐用而可靠的，而且可反復(fù)地生產(chǎn)出完全處在零件技術(shù)規(guī)范的公差之內(nèi)的零件。
雙重用途機(jī)具上的殷鋼面板，雖然在生產(chǎn)高質(zhì)量零件方面是耐用又有效的，但卻沉重而又昂貴。殷鋼是一種致密的金屬，制成大型零件要在上面制作的機(jī)具需要很大數(shù)量。這種機(jī)具的重量可能超過一間工廠內(nèi)通?？晒┦褂玫奶嵘瓦\(yùn)輸設(shè)備的承載能力，使得購買專門的提升和運(yùn)輸設(shè)備成為必需，這樣就增加了零件的成本。
用于制成雙重用途殷鋼機(jī)具的制造時(shí)間是很長的，因?yàn)樾枰臅r(shí)的成形或鑄造工序和大量的加工。
一種殷鋼結(jié)層機(jī)具的熱質(zhì)量是很大的，并可顯著地延長蒸壓釜或烘爐用以達(dá)到結(jié)層在機(jī)層上的復(fù)合材料零件的固化溫度的時(shí)間。延長加熱時(shí)間在制造零件的能源費(fèi)用和處理時(shí)間方面都是代價(jià)很大的。
制作具有與有待制成的零件同樣熱脹系數(shù)的復(fù)合材料制結(jié)層機(jī)具是已為人知的，石墨環(huán)氧樹脂復(fù)合機(jī)具已經(jīng)制成許多年了，象環(huán)氧樹脂那樣的在固化溫度下不會(huì)劣化的較新材料已經(jīng)可供使用并由于其好處被公認(rèn)而得到比較廣泛的應(yīng)用。不過，本技術(shù)領(lǐng)域中還從來沒有一種復(fù)合結(jié)層機(jī)具，可以多件生產(chǎn)并具有生產(chǎn)一種完整地結(jié)層、固化和修邊的零件，制作時(shí)完全不需從機(jī)具上卸下零件的能力。
因而，在“雙重用途”機(jī)具上制作結(jié)層復(fù)合零件的作法可以大大地得到改進(jìn)，假如存在一種用于基于一單一的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)具而生產(chǎn)多件的雙重用途機(jī)具的工藝的話。這些復(fù)制件最好是制作快速、便宜、高度精確并具有一低熱質(zhì)量以使零件在蒸壓釜中的固化周期盡可能地短。它們的制作工藝方法可以是具有精確地復(fù)制各種精確安放參照件的能力，這些器件包括確定機(jī)器面板在一機(jī)床床座上面的高度和取向的一“A”基準(zhǔn)平面、以及諸如一“定位銷”和一“正弦鍵”這樣的定位器件。
因此，本發(fā)明的一項(xiàng)目的是，提供一種經(jīng)過改進(jìn)的制作混合型機(jī)具的工藝方法，這種機(jī)具用于從諸如面層表皮或表層、蜂巢狀芯體和預(yù)浸過樹脂的織物這樣的構(gòu)成元件制出粘合的或固化的零件，此工藝方法可生產(chǎn)出在符合尺寸要求方面具有重大改進(jìn)的零件。本發(fā)明的另一項(xiàng)目的是，提供一種混合型機(jī)具和一種用于制作這種混合型機(jī)具的工藝方法，在機(jī)具上，粘合的或固化的零件的各構(gòu)成元件可以以很大的精度組裝、粘合和/或固化，而后加工，亦即雕琢、修邊和/或鉆削，始終在零件首先組裝所在的混合型機(jī)具上的原先位置上，直到機(jī)加工工序之后才從機(jī)具上卸下。本發(fā)明還有另一項(xiàng)目的是，提供一種經(jīng)過改進(jìn)的零件，由在一混合型機(jī)具上粘合或固化的各構(gòu)成元件組裝而成，并在零件粘合和固化所在的原先位置上、在同一機(jī)具上作機(jī)加工，直到最終機(jī)加工工序之后才從機(jī)具上卸下。
本發(fā)明的這些和其他目的可以在一種混合型機(jī)具上達(dá)到，這種機(jī)具既用作一種模具，在它上面施用各種構(gòu)成材料以便粘合或固化成為一具有所需形態(tài)的零件，也用于在結(jié)層機(jī)具設(shè)置在機(jī)床床座上的同時(shí)、由一CNC機(jī)床隨后從事機(jī)加工零件的一周邊邊緣期間，把經(jīng)過粘合或固化的各種材料卡持在原先所施用的位置上。由復(fù)合材料制成的一面板具有一面層表面，設(shè)計(jì)成有待在機(jī)具上制作的一零件的一個(gè)表面的所需形狀，此面板具有一參照平面，其在機(jī)床床座之上的取向和高度規(guī)定在零件程序之中。一混合型機(jī)具面板上的基本上連續(xù)的槽溝開在面層表面上。一基座結(jié)構(gòu)支承著面板以保持面層表面的所需形狀?；Y(jié)構(gòu)具有一些地面接觸底座，各自具有一接觸表面，一起形成一“A”基準(zhǔn)平面，借此平面，支承結(jié)構(gòu)接觸機(jī)床床座并由此床座支承。面板上的裝接裝置把面板支承在支承結(jié)構(gòu)上，以面板的參照平面平行于“A”基準(zhǔn)平面。用于零件的各種材料施加在面板上，始終在面板上原先施加的位置上被粘合或固化以及修邊。邊緣修整是由一CNC機(jī)床遵循一零件程序以移動(dòng)一伸進(jìn)槽溝的刀具來觸及零件的全部厚度而完成的。由于面板參照平面與“A”基準(zhǔn)平面的精確關(guān)系，槽溝在空間上對應(yīng)于零件程序中刀具行走路徑所代表的位置。
本發(fā)明及其許多附帶的目的和優(yōu)點(diǎn)，在閱讀以下結(jié)合以下圖紙所作的優(yōu)選實(shí)施例的說明之后，將變得更為明顯，圖紙中

圖1是符合本發(fā)明的一種混合型雙重用途結(jié)層機(jī)具的一透視圖；圖2是定位于一龍門式安裝的機(jī)床基座的一種混合型結(jié)層機(jī)具的一透視圖；圖3是示于圖1中的機(jī)具頂板的機(jī)具面層的一剖視立面圖，連同裝有的一零件的各元件并表明在零件仍然安裝在機(jī)具上原先位置上時(shí)在修邊和其他機(jī)加工作業(yè)中刀具行程的輪廓。
圖4是一部分示于圖1中的機(jī)具頂板的一剖視立面圖，表明在槽溝中的犧牲材料固化時(shí)槽溝上面的一均壓蓋板；圖5是一分解透視圖，表明在一符合本發(fā)明的機(jī)具上方的一電熱拋光板片；圖6是符合本發(fā)明的一種機(jī)具的另一形式，表明機(jī)具頂板上用于多種切斷的各凹槽；圖7是一用于象圖1中所示機(jī)具那樣的一種機(jī)具的支承結(jié)構(gòu)的一側(cè)視立面圖；圖8是一示于圖7中的機(jī)具支承結(jié)構(gòu)的平面視圖；圖9是一方框圖，示出從一數(shù)字零件模型把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎蓹C(jī)床控制器使用的一種形式的過程；圖10是一真空器具的透視圖，此器具用于從圖1中所示的機(jī)具上作機(jī)加工的各蜂巢狀芯體元件的小室中清除灰塵；圖11是一用于制作示于圖1中的混合型機(jī)具的工藝過程簡略流程圖；圖12是一基座結(jié)構(gòu)的透視圖，此結(jié)構(gòu)用于一設(shè)置在一機(jī)床床座上以便銑削各地面底座的表面的一種混合型機(jī)具；圖13是一示于圖12中的基座結(jié)構(gòu)的端視立面圖，此結(jié)構(gòu)被安裝到一制成在并仍然裝接于一主模具的面板上去；圖13A是一套管的剖視立面圖，此套管通過精確定位在主模具上一套管中的一銷釘上面而裝入混合型機(jī)具面板；圖14是一裝接裝置的一側(cè)視立面圖，在示于圖13中的主模具上制成的面板由此裝置裝接于基座結(jié)構(gòu)；圖15是一示于圖14中的裝接裝置上的、裝接板件的平面視圖；圖16是一示于圖15中的裝接板件的側(cè)視立面圖；以及圖17和18是一主模具的透視圖，而一基座結(jié)構(gòu)支承在各地面接觸腿柱上的主模具上方。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向附圖，其中同樣的參照數(shù)字標(biāo)明等同的或相應(yīng)的零件，并更為具體地轉(zhuǎn)向其中的圖1，圖1表明一雙重用途結(jié)層機(jī)具30，具有一機(jī)具主體，諸如一面板32，由一基座結(jié)構(gòu)34予以支承。面板32是由一種在化學(xué)和物理性質(zhì)方面適應(yīng)于零件構(gòu)成材料的復(fù)合材料制成的。比如，面板32最好是應(yīng)當(dāng)具有一匹配于零件構(gòu)成材料，特別是接觸于頂板的層(通常稱作“機(jī)具側(cè)表皮”)的熱脹系數(shù)的熱脹系數(shù)。如果機(jī)具側(cè)表皮是預(yù)先浸有環(huán)氧樹脂的碳素纖維織物，即一種常用的材料，則面板32本身可以是碳素纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，或者最好是一種碳素纖維/二順丁烯二酰亞胺材料，諸如以品名“Dura Tool 450”由加利福尼亞，阿納海姆，賽泰克工程材料公司(CytecEngineered Materials Anaheim，California)出售的那種材料。碳素纖維/二順丁烯二酰亞胺具有的熱脹系數(shù)密切地匹配于各種零件一般由之制成的碳素纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。
支承結(jié)構(gòu)34可以是任何適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，盡管優(yōu)選實(shí)施例是示于圖1中的通常的“蛋箱”式結(jié)構(gòu)。它是由一些平面殷鋼板件制成的，這些板件帶有槽孔，并在示于圖1中的多孔排列中與各橫向構(gòu)件37滑動(dòng)配合在一起，然后在各板件35和各橫向構(gòu)件37的交接處焊接起來。另一種適當(dāng)?shù)闹С薪Y(jié)構(gòu)是美國專利第5,100,255號所說明的、由各連接件裝接在一起的許多復(fù)合管材制成的一種，此專利的內(nèi)容在此引入作為參照?！暗跋洹笔浇Y(jié)構(gòu)的可取之處是因?yàn)樗梢砸愿呔_度很快地予以組裝，便宜，并且不會(huì)象環(huán)氧樹脂那樣遭受因熱劣化。
支承結(jié)構(gòu)34具有運(yùn)輸附件以便于機(jī)具30在廠內(nèi)的搬移。在圖1中所示優(yōu)先實(shí)施例中的運(yùn)輸附件包括各提升環(huán)36，在支承結(jié)構(gòu)34前和后側(cè)上每側(cè)固緊兩只，用于裝接各提升纜繩，后者與一架空吊車的大鉤勾合，以便在廠內(nèi)到處提升和運(yùn)移機(jī)具30。另一可以替代各提升環(huán)36或者最好是補(bǔ)充于它們的運(yùn)輸附件是各叉車提升管筒40，如圖1中所示嵌裝在支承結(jié)構(gòu)34里面。各叉車提升管筒40套住一叉車的間隔開來的各叉齒，這樣機(jī)具30可以被舉升起來在廠內(nèi)到處搬移。
各定位和裝接裝置設(shè)置在支承結(jié)構(gòu)34上，以便精確地把機(jī)具30定位和設(shè)置在一諸如一種示意性地示于圖2之中的5軸線龍門型機(jī)床44的機(jī)床床座42上，以及以便把支承結(jié)構(gòu)34在所需位置上固緊于機(jī)床床座42。機(jī)床44，在一機(jī)床控制器46的控制之下，在零件固化之后，在結(jié)層在機(jī)具30上的零件上從事機(jī)加工作業(yè)，并且還在制作混合型機(jī)具30方面起重要作用。定位和裝接裝置便于把混合型機(jī)具30精確地定位在底座42的一已知位置上，以致機(jī)床控制器46可以驅(qū)動(dòng)機(jī)床中的切削刀具達(dá)到正確位置以便精確地加工零件。定位裝置包括各控制點(diǎn)(也稱作“定位銷”)、正弦鍵以及機(jī)具球頭，其用法下面將詳細(xì)說明。使用這些裝置使得可能以極大精度把混合型機(jī)具30定位在機(jī)床底座42上并檢驗(yàn)該位置和調(diào)節(jié)機(jī)器程序以符合于機(jī)具30面板34的真實(shí)位置，從而由于機(jī)具30的和結(jié)層在它上面的零件的位置得以精確地了解而促進(jìn)了隨后各項(xiàng)機(jī)加工作業(yè)的精確度。
機(jī)具30借以固定于機(jī)床底座42的裝接裝置可以是本技術(shù)領(lǐng)域中已知的用于把一零件固緊于一機(jī)床床座的常用裝置。在此實(shí)施例中，裝接裝置是常用的趾夾具，其結(jié)構(gòu)為本技術(shù)領(lǐng)域中熟練人員所熟知。通常，不需要定位稍和正弦鍵以外的裝接裝置，由于機(jī)具和定位裝置的重量就足以使它保持就位在機(jī)床床座上。
面板32具有一面向上的上部面層表面60，在它上面結(jié)層零件的各組成元件。上部表面60按照下面詳述的一種過程構(gòu)成有待在機(jī)具上制成的零件的一個(gè)表面的所需形狀。一些向上開通的凹槽，在對應(yīng)于隨后在制造過程中需要各項(xiàng)機(jī)加工作業(yè)的零件各部位的位置上，機(jī)加工制成在面板32的上部表面60上。這些凹槽包括一周邊槽溝62，位于面板32上零件的周邊邊緣將要切去的地方，以及各圓柱形凹坑63(示于圖3中)，位于面板32上將穿過零件鉆出孔眼的地方。另外一些連續(xù)槽溝位于由槽溝62界定的區(qū)域之內(nèi)應(yīng)當(dāng)從零件中切出一些孔口的地方。某些多種形狀的凹槽示于圖5和6之中。這些凹槽容納一種下面予以說明的犧牲材料64，在它上面，可以把各種零件的構(gòu)成材料結(jié)層在齊平于上部表面60的面板32上面。
槽溝62最好是截面作成鴿尾狀的，如圖3和4中所示，可有助于把犧牲泡沫材料卡持在槽溝之內(nèi)，直至除去為止。在固化之后，泡沫材料具有的強(qiáng)度是大約500psl，足夠強(qiáng)固以提供一支承表面，在正常情況下托持齊平于機(jī)具面板32表面的機(jī)具側(cè)各層。不過，如果需要較高的強(qiáng)度，一或多層石墨/環(huán)氧樹脂預(yù)浸處理膠帶可以添加在槽溝62之中而蓋住泡沫材料64以形成一比較剛硬的表面，固化之后能夠把載荷分布在一較大的表面上并從而承托一較大的載荷。為了在卸掉零件之后容易從槽溝62中除去泡沫材料64，單獨(dú)一條浸漬過樹脂的織物可以在施用泡沫材料于槽溝之前嵌入其中。
槽溝62完全圍繞零件各構(gòu)成元件有待于結(jié)層在上的面板32面層表面60中心部分而伸展在有效邊修整所在處表面的一區(qū)域之中。其他一些凹槽位于機(jī)具上有待穿過零件鉆出各孔眼處或需要穿過零件從事其他機(jī)加工處的各區(qū)域之中。外部周邊槽溝在以下意義下是一“連續(xù)的”槽溝，即完全圍住零件被結(jié)層于其上的區(qū)域。不過，可能有一些特殊的零件結(jié)構(gòu)，要求在槽溝上有一中斷或一間隙，因此要求采用“基本上連續(xù)的”槽溝這一用語。最好是，槽溝只是深到足以使一銑刀68能夠在銑刀銑削通行期間伸到面層表面60以下以致它的周邊切削牙齒可以接觸和切割零件周邊邊緣的全部厚度。在此實(shí)施例中，槽溝62的深度D，示于圖4之中，大約是0.050英寸，盡管如果銑刀68安裝所在的機(jī)床不能予以編程而以必需的精度跟隨面板32的輪廓時(shí)，它可以做得較深一點(diǎn)。
槽溝62的寬度W選定得適應(yīng)銑刀68的直徑加上機(jī)床44中銑刀68行走路徑中必需的允差。一附加的槽溝62寬度也設(shè)定在由銑刀68切割出來的切縫兩側(cè)，用于托持接合于犧牲材料64的各種結(jié)層材料的機(jī)具側(cè)表面，以確保零件在切削作業(yè)期間不會(huì)移位而依舊牢固地在面板32上固定就位，直至切削作業(yè)完成和零件準(zhǔn)備從機(jī)具30上卸下為止。
犧牲材料64可以是任何適當(dāng)?shù)牟牧?，能夠方便地施用以填充槽?2，并具有充分的強(qiáng)度、耐熱和其他性質(zhì)以便在接合/固化作業(yè)期間支承各種構(gòu)成材料。在此實(shí)施例中新使用的優(yōu)選材料是可熱脹的自結(jié)皮泡沫材料B.F.Goodrich#PL657。這種材料用作槽溝62中的一種壓條或一種切成的狹條并由一種模制成的光滑均壓板片70覆蓋，如圖4中所示。均壓板片70最好是一種石墨/環(huán)氧樹脂構(gòu)件，直接模制在面板32的頂部表面上，而后在面板上加工出槽溝62和其他各凹槽，并在面板上面通過在罩以一抽空的真空囊袋71的同時(shí)加熱到固化過程的固化溫度而予以固化。各真空軌道73，可以通過沿著槽溝62將要在面板表面60上加工出來的路徑兩側(cè)設(shè)置一條通常用以把真空囊袋71的各邊沿密封于機(jī)具的密封膠帶，而模制到均壓板片70的底面上去。均壓板片賴以制成的各石墨/樹脂板片鋪放在機(jī)具表面60上而蓋住各條膠帶并固化成該形狀以形成各真空軌道73。犧牲材料64，通過用均壓板片70和一真空囊袋覆蓋槽溝62并用為此用途而在本技術(shù)領(lǐng)域中為人熟知的油灰狀密封膠帶75把真空囊袋的各邊沿密封于面板32的面層表面60，而在槽溝中予以膨脹和固化。真空囊袋抽空到一大約10英寸真空的真空度，并在各真空軌道73中施加真空以幫助把均壓板片向下壓貼于機(jī)具的頂部表面60而蓋住槽溝62，同時(shí)泡沫材料膨脹而貼靠蓋住槽溝62的均壓板片的底面，并隨后在已膨脹的情況下固化。為了使泡沫材料膨脹和固化，機(jī)具30被放置在一烘爐或蒸壓釜里面，并被加熱到一由泡沫材料供應(yīng)商所規(guī)定的溫度，對于B.F.Goodrich#PL657來說，大約在260°下持續(xù)大約90分鐘。
一種用于固化泡沫材料64的優(yōu)選技術(shù)采用一種電熱均壓板片72，示于圖5之中。均壓板片72具有一電熱帶74，在槽溝62上方的區(qū)域內(nèi)固緊于均壓板片72的頂部表面76，或者當(dāng)制作均壓板片72時(shí)埋置在其中。一絕緣覆蓋層77，用虛線部分地示于圖5之中，可以鋪蓋在均壓蓋板72的頂部以減少向環(huán)境大氣的熱損失并降低為保持泡沫材料64固化時(shí)的某一高溫而需要的電力。靠近加熱帶的各溫度傳感器78產(chǎn)生各種信號，經(jīng)過各導(dǎo)線79傳送給一控制器80，此控制器可監(jiān)測均壓板片72的溫度，并可調(diào)節(jié)從電源82發(fā)送給加熱膠帶74以便把溫度維持在槽溝62中泡沫材料64所需的固化溫度上的電力。電熱均壓板片72可免除在泡沫材料固化過程期間占用昂貴的烘爐或蒸壓釜的需要，從而可降低制造過程的成本。
在犧牲材料64已經(jīng)固化之后，真空囊袋71和均壓板片70或72被拿掉，而一解脫涂層被施用于機(jī)具面層60、槽溝62的兩側(cè)，但不施加于槽溝62之中的犧牲泡沫材料64。脫解涂層可確保零件在到了從機(jī)具30上取下它的時(shí)候不會(huì)粘接于機(jī)具面層。零件的機(jī)具側(cè)表85的各層施用于機(jī)具面層60，疊置在槽溝62上面，并如圖3中所示，超出槽溝伸展一小段距離而形成一余量或邊緣。如果零件是一種蜂巢芯體夾芯零件，各蜂巢芯體元件84則在各元件84之間具有一種粘接用膨脹性泡沫材料的情況下，配裝就位在機(jī)具側(cè)各層的頂部。方便的是，用在槽溝62之中的同樣的膨脹性泡沫材料64可以用來把各蜂巢狀元件84接合在一起。
另一用于以犧牲材料填充槽溝62的優(yōu)選技術(shù)是，施用一種脫解涂層于槽溝62并逕直以石墨或纖維玻璃環(huán)氧樹脂予以填充。零件的各層然后鋪放在槽溝62之中環(huán)氧樹脂的頂部上。一條纖維玻璃可以鋪放得蓋住槽溝以有助于需要時(shí)在固化和邊沿修整之后的分離。槽溝62之中的環(huán)氧樹脂與零件一起固化并接合于零件，但在經(jīng)過槽溝62而從事邊沿修整之后，余留的環(huán)氧樹脂細(xì)小邊沿在零件被提起而離開機(jī)具時(shí)，是容易除去的。
如圖3中所示，一通氣帶條87鋪放在機(jī)具側(cè)各層85附近，而真空囊袋71鋪放在機(jī)具側(cè)表皮各層85和其他各部件上面，諸如各蜂巢芯體元件84。真空囊袋71的周邊邊沿，如本技術(shù)領(lǐng)域中所知的那樣，用密封膠帶75或類似物圍繞槽溝62的外部密封于機(jī)具面層。真空囊袋71下面和密封油灰周邊里面的空間由一真空泵86予以抽空，此泵通過一條真空管線88連通于靠近槽溝62的機(jī)具面板32底面上的一真空孔口90。方便的是，在真空孔口中的一單向閥(未示出)，在機(jī)具30被傳送到一蒸壓釜(未示出)中去時(shí)，可保持真空。在蒸壓釜中，真空孔口90被重新連接于真空源86而蒸壓釜被加壓和加熱，使各層中的已浸漬樹脂流動(dòng)而后固化，而出自正在固化的樹脂的任何逸出物通過真空管線88被抽取出來。
在各層和各部件中的樹脂固化之后，蒸壓釜中的溫度和壓力降低到室內(nèi)溫度和壓力，而機(jī)具30被運(yùn)送到機(jī)床床座42。機(jī)具30支承結(jié)構(gòu)34上的各可縮進(jìn)腳柱94被縮進(jìn)以使基座結(jié)構(gòu)34底面上的一“A”基準(zhǔn)表面96嚙合于機(jī)床床座42。這樣就確定了機(jī)具30的面層表面60相對于機(jī)床床座42的垂直位置和取向，這是控制龍門安裝式機(jī)床44運(yùn)動(dòng)的機(jī)器程序所“已知”的一段距離?？煽s進(jìn)的各腳柱94在所有其他時(shí)間，即在機(jī)具30貯放和挪動(dòng)期間和把各種表皮材料和各種構(gòu)成材料結(jié)層在機(jī)具30上期間，保持是伸出的，以防止精確磨制的“A”基準(zhǔn)表面96出現(xiàn)刻痕或其他會(huì)影響“A”基準(zhǔn)面96與面板32頂部表面60之間距離的損傷。
機(jī)具30在機(jī)床床座42上的位置和取向是由一些定位裝置確定的，包括一控制點(diǎn)98和一正弦鍵100，示于圖7和8之中。控制點(diǎn)98包括一板件102，通過焊接或類似方式剛性地固定于機(jī)具30支承結(jié)構(gòu)34的底面，以及在板件102上的一經(jīng)過精確鉆削和研磨的垂直孔眼104。一精磨成的銷釘106，一般直徑為2英寸，以一種緊密滑動(dòng)配合配裝在孔眼104之中，并配入機(jī)床底座42上許多等同大小的孔眼108之中所選定的一個(gè)，示于圖2之中。正弦鍵100，同樣示于圖7和8之中，包括象板件102一樣地固定于支承結(jié)構(gòu)34底面的一板件110。一較小的垂直孔眼112精確地鉆削和研磨在板件110上并同樣以一種緊密滑動(dòng)配合裝放一精磨成的銷釘114，一般直徑為13/16英寸，向下伸展超出板件110，并配入孔眼108中心所在的、機(jī)床床座42之中的同一T形槽孔116。當(dāng)各銷釘106和114就位在板件102和110之中時(shí)，向下伸進(jìn)孔眼108和槽孔116，機(jī)具30的位置就被唯一地確定在機(jī)床床座42上。其位置可以通過識別各銷釘位置所在的槽孔116和孔眼108而被輸入到機(jī)床控制程序。該信息，連同輸入機(jī)床控制器46的機(jī)具結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)組和零件結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)組，提供了充分的信息，使得機(jī)床控制器可能導(dǎo)引機(jī)床以實(shí)現(xiàn)所需的各種切削作業(yè)。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖9，它簡略地表明一種過程，用于把數(shù)字零件數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成能夠?yàn)闄C(jī)床44控制器所了解和使用的各機(jī)器指令，以便使控制器能夠在零件上實(shí)現(xiàn)所需的各種機(jī)加工作業(yè)，諸如邊緣銑削和孔眼鉆削。一駐在一主計(jì)算機(jī)122上的數(shù)字零件模型120被提供給一NC機(jī)器編程員，他可利用零件模型120編出一程序124。此程序包含諸如刀具類型、主軸速度、刀具給進(jìn)速度、切口深度、行刀次數(shù)和刀具有待經(jīng)過的路徑等信息。NC機(jī)器程序經(jīng)過一后處理器126的處理以由一種能由機(jī)床控制器46讀出的格式和媒體生成一部程序。此程序被存入一數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，用于貯存和在需要時(shí)提取。此程序由機(jī)床操作者在他準(zhǔn)備制作零件時(shí)予以提取。他將其裝載到機(jī)床控制器里面并運(yùn)行程序，以便在零件適當(dāng)?shù)匮b在機(jī)床床座42之上并經(jīng)測試以核實(shí)其位置之后，在零件上實(shí)現(xiàn)各種切削作業(yè)。
一些零件則要求與機(jī)具側(cè)表皮分開制成各單獨(dú)的芯體組件，而后在一項(xiàng)作業(yè)中配接于機(jī)具側(cè)表皮和囊袋側(cè)表皮并一起共同固化。對于這些零件來說，單一的石墨環(huán)氧樹脂層鋪放在機(jī)具表面60上，而各蜂巢芯體元件鋪放在機(jī)具側(cè)層的頂上。諸如B.F.Goodrich#PL657這樣的泡沫材料的各帶條被嵌置在各泡沫芯體元件之間。一真空囊袋鋪設(shè)在此組件的上面，并用真空泵86予以抽空。機(jī)具被放進(jìn)一蒸壓釜，溫度和壓力予以提高以供固化過程之用。在這一工藝方案中，可以不必使用一均壓板片來分別地固化槽溝62之中的泡沫材料，如果各蜂巢狀芯體元件鋪設(shè)在槽溝上面并跨越槽溝，形成支承以防止真空囊袋在泡沫材料可以固化之前使槽溝62之中的泡沫材料形成凹痕。在芯體元件已經(jīng)固化之后，機(jī)具被送到機(jī)床44并安裝在機(jī)床床座42上和對準(zhǔn)就位。芯體元件經(jīng)過機(jī)加工以產(chǎn)生為它使用所在的零件所需的雕琢形狀，而芯體元件的周邊跟隨周邊的槽溝62予以切割以便從機(jī)具上脫除下來。經(jīng)過雕琢和加工的芯體元件被取下來而裝在同或另一機(jī)具中的一機(jī)具側(cè)表皮上。一囊袋側(cè)表皮施用在芯體元件上面，而一真空囊袋鋪放在機(jī)具上面并密封于它。真空囊袋被抽空，而機(jī)具被放進(jìn)一蒸壓釜，用于同時(shí)共同固化兩個(gè)表皮。
機(jī)加工芯體元件84以制成為零件所需的雕琢外廓，是一種用于制成芯體元件所需形狀的有效和精確方法。不過，在機(jī)加工之后從各芯體小室中清除灰塵和碎屑已經(jīng)證實(shí)是很困難的，尤其是當(dāng)零件依然貼在機(jī)具上直到囊袋機(jī)表皮固化為止的時(shí)候。為使從各芯體小室中容易清除灰塵和碎屑，一真空器具130，示于圖10之中，滑移在芯體元件頂面表面的上方。此真空器具具有一框罩132，帶有一配件134，一真空軟管136裝接于此配件。一根管子138裝在框罩132的對置兩側(cè)上，橫過框罩的開孔。管子具有一排小孔140，方向朝著框罩的開孔，并在其端部具有一快速解開聯(lián)接器142，用于裝接于一氣壓軟管144。
在操作時(shí)，真空器具連接于從一真空源諸如一車間真空除塵器來的一真空軟管136，而一氣壓軟管144連接于聯(lián)接器142?？蛘忠云溟_孔安放在蜂巢狀芯體表面上，通過一排孔眼140噴出的空氣會(huì)把灰塵從各蜂巢小室中吹出來，而帶灰塵的空氣則通過真空軟管136依靠真空從框罩132處抽走。通過各孔眼140吹出的空氣速度小于由真空源從真空框罩132吸出的空氣速度，所以沒有灰塵從框罩132處吹出。一組沿著框罩132前沿的淺度缺口146可使空氣被吸進(jìn)框罩并防止在框罩內(nèi)部形成一種真空狀態(tài)，這種狀態(tài)會(huì)使得難以在芯體元件84表面的上方挪動(dòng)框罩。
上述的混合型機(jī)具30是依靠一種工藝過程制成的，此工藝過程設(shè)計(jì)得可造成一復(fù)合面板32，具有正確的外形并在相對于“A”級基準(zhǔn)面96的正確取向上裝接于基座結(jié)構(gòu)34。復(fù)合面板32是與基座結(jié)構(gòu)34分開制成的，并在其外形確定之后裝接于基座結(jié)構(gòu)的，所以此工藝過程必須使平行于基座結(jié)構(gòu)34“A”級基準(zhǔn)平面的面板32參照平面的精確對準(zhǔn)是可能的。
優(yōu)選的工藝方法，概述在圖11的工藝流程圖之中，包括在并列的各工序中制作基座結(jié)構(gòu)34和面板32。示于圖7、8和12中的各基座結(jié)構(gòu)是由殷鋼板料制成的，這種板料用激光或水射流予以切割以形成間隔開來的一組平行板件35，由各橫向件37保持就位，后者滑動(dòng)配合到各板件35的槽孔里面并焊接就位以形成一具有高強(qiáng)度和耐久性的剛硬的、開式結(jié)構(gòu)。一系列在各橫向件37上的“堞垛”150，如圖7和8中所示，或者在各板件35上的，如圖1、6和12中所示，可提供有托腳的裝接支柱，借助于它們，面板32可以裝接于基座結(jié)構(gòu)34，這將在下面詳細(xì)說明。相鄰堞垛150之間的間距，對于一種大約.25″-.30″厚的石墨/二順丁烯二酰亞胺面板來說，是大約18英寸。
面板32制成一主模具155-也稱作一“DFT”-上面，示于圖13之中。主模具155最好是由一殷鋼“蛋箱”型基座結(jié)構(gòu)157制成，帶有一些精密機(jī)加工而成的支承底座160以形成一“A”基準(zhǔn)平面。一殷鋼頂板162裝接于主模具155基座結(jié)構(gòu)上的各堞垛164，并加工和拋光到有待模制零件的表面準(zhǔn)確外廓。加工是由在機(jī)床床座190上具有“A”基準(zhǔn)面的一CNC機(jī)床予以完成的，所以，主模具面板162的參照平面是由加工作業(yè)確定的。同時(shí)，各參照器件都經(jīng)過機(jī)加工而納入主模具面板162，這些細(xì)節(jié)確定了參照平面，并提供了參照平面借以被轉(zhuǎn)移到混合型機(jī)具30的面板32的手段。各參照細(xì)節(jié)最好是鉆出在主模具頂板162上的三個(gè)或更多的孔眼，在其中裝有各淬硬的套管163，如圖13A中所示。這些孔眼以后可以用作鉆頭導(dǎo)管以鉆出混合型機(jī)具30面板上的各相應(yīng)孔眼，機(jī)具各球頭或各激光靶可以裝設(shè)在其中，以便把面板32正確地對準(zhǔn)在基座結(jié)構(gòu)34上。另外，而且最好是，各定位銷165裝在各套管163之中，而各套管167則裝在各定位銷165上，并在面板32展放在主模具155上時(shí)連同一加強(qiáng)鋪墊一起裝入混合型機(jī)具面板32。各套管167此時(shí)為混合型機(jī)具面板上用于確立參照平面的諸如各機(jī)具球頭或各銷釘這樣的參照器件提供了安裝插座。
一種用于制作主模具155的另外方法是，采用一種現(xiàn)有的雙重用途生產(chǎn)機(jī)具，最好是以高精度由殷鋼制成的那種。各參照器件可以經(jīng)過機(jī)加工而納入現(xiàn)有的生產(chǎn)機(jī)具，用于以后轉(zhuǎn)移到主模具155。一主模具面板被結(jié)層、消脹和固化在生產(chǎn)機(jī)具上，而各參照器件被以與上述相同的方式轉(zhuǎn)移到主模具面板。一主模具基座結(jié)構(gòu)隨后以與下述用于制作混合型機(jī)具的相同方式裝接于主模具面板。這一用于制作主模具用的工藝方法是很方便而且便宜的，因?yàn)榇松a(chǎn)機(jī)具是業(yè)已可供使用的，但它并不是最佳的，因?yàn)橛锌赡茉诮Y(jié)層主模具面板期間把一些微小的尺寸誤差引入主模具。
在主模具155上制作混合型機(jī)具面板32遵循Cytec，即機(jī)具Dura 450石墨/二順丁烯二酰亞胺預(yù)浸材料的供應(yīng)商所規(guī)定的各項(xiàng)結(jié)層程序。主模具頂板162的表面用脫模劑予以清洗和涂敷。各預(yù)浸的層結(jié)層、依次取向在各遞增的45。位置上。每4-6個(gè)層，即這疊層，被置于真空囊袋之中并通過在一加壓至90PSI的蒸壓釜中抽空松垂的各層而予以消脹。大約20個(gè)層會(huì)產(chǎn)生一大約0.30＂英寸的固化層板。
在所有的層都已結(jié)層之后，裝接零件固緊于面板32的向上面層表面。此向上面層表面，當(dāng)它在裝接于基座結(jié)構(gòu)34之后，被翻轉(zhuǎn)過來時(shí)，將實(shí)際上是面板32的底面。裝接零件，如圖14-16中所示，包括一裝接板件164，直徑大約3＂，開有幾個(gè)排孔166，樹脂可以通過它們流動(dòng)，而各相鄰層在固化之后鼓脹起來而把板件164牢固地保持就位。一螺帽166焊接于裝接板件164的中心并通過一直角支架170水平支腿上一孔眼套住一帶螺紋直桿168。直桿168由對置的兩個(gè)頂靠支架頂側(cè)和底側(cè)上兩個(gè)自對中墊圈174的螺帽172在一所需的軸向位置上固定在支架上。支架170具有一垂直支腿，由一螺栓175固緊于基底結(jié)構(gòu)34的堞垛150，用于把面板32支承在堞垛150上。
裝接板件164鋪放在面板32的已消脹但仍然未固化的各層上的兩片另外的石墨-二順丁烯二酰亞胺預(yù)浸材料制的層上面，而10片另外的層鋪放在裝接板件164上面，同時(shí)直桿168穿過這些層上的各孔眼。在固化期間，直桿168很方便地用一帶螺紋栓塞代替并密封起來以便于置于真空囊袋之中和防止樹脂流進(jìn)螺帽166的螺紋。
固化過程包括在大約90PSI的壓力下和大約350°溫度下延續(xù)大約6小時(shí)的初步凝固和固化，隨之以冷卻和減壓，以及在大約440°下另外6小時(shí)的最終面板自由靜置固化。
在面板32固化在主模具155上之后，在面板32和主模具頂部板件162的界面處，通過連接于一真空源180的各管線178，抽成真空，以牢固地把面板32保持就位?；Y(jié)構(gòu)34由吊車吊起并由四個(gè)或更多的外伸腿柱183定位在焊接于主模具155兩側(cè)的支架185。各腿柱183把基座結(jié)構(gòu)支承在各支架185上，并允許作出調(diào)節(jié)以大略地找平基座結(jié)構(gòu)上平行于對應(yīng)主模具155座放所在的表面190的“A”基準(zhǔn)面的、各底座187的各頂部表面(亦即，在混合型機(jī)具30翻轉(zhuǎn)之后各底部接觸表面)。
如果主模具155不是已經(jīng)在一機(jī)床床座上，就運(yùn)移到那里并使用定位銷和正弦鍵在一已知的取向和位置處定位在它上面。機(jī)加工作業(yè)包括把各底座187銑平并使之平行于主模具155的“A”基準(zhǔn)面，以便為混合型機(jī)具30確立一“A”基準(zhǔn)面，以及為混合型機(jī)具的定位銷和正弦鍵鉆出孔眼。
混合型機(jī)具30此時(shí)可以通過從各支架185中解脫各外伸腿柱183和從真空源180上斷開真空管線178而從主模具155上卸掉?；旌闲蜋C(jī)具30被提起而離開主模具155、倒轉(zhuǎn)過來和固定在與示于圖1中的那些同樣的其各底座或可伸出的腿柱94上，以防止貯存和運(yùn)輸期間損傷各底座187的表面。如果各外伸腿柱183會(huì)妨礙使用混合型機(jī)具30，可以卸掉它們，因?yàn)樗鼈儧]有任何其他作用了。
本發(fā)明的一第二實(shí)施例，示于圖17和18，具有同樣的步驟順序，安排得在各地面支承底座187的機(jī)加工之前把基座結(jié)構(gòu)34裝接于面板32。在此實(shí)施例中，長度大到足以觸及底面的各外伸腿柱193裝接于基座結(jié)構(gòu)34的兩側(cè)，而此結(jié)構(gòu)設(shè)置在主模具155的上方并調(diào)節(jié)得大略地找平基座結(jié)構(gòu)34的頂部而平行于“A”基準(zhǔn)面。如果各地面支承底座187還未裝接好，則它們此時(shí)可以焊接在基座結(jié)構(gòu)34上。面板32以與上述相同的方式裝接于各堞垛650。各腿柱193此時(shí)為混合型機(jī)具30確立了一個(gè)暫時(shí)的“A”基準(zhǔn)平面，以致當(dāng)它連同其面板32一起從主模具155上卸掉時(shí)，可以被傳送到一機(jī)床床座并將相對于機(jī)床床座以正確的取向豎立在床座上。使用機(jī)床把各地面支承底座187銑平并平行于機(jī)床床座，從而為混合型機(jī)具30確立“A”基準(zhǔn)平面。各參照器件，象在第一實(shí)施中那樣，裝入面板，而這些參照器件，在機(jī)具被翻轉(zhuǎn)過來而立于其各底座187時(shí)，可以用以設(shè)定混合型機(jī)具在機(jī)床床座上的位置并精確地加工定位銷和正弦鍵上的各孔眼。
本發(fā)明的第三和第四實(shí)施例重新安排了步驟順序，即加工各底座187以便為混合型機(jī)具基座結(jié)構(gòu)確立“A”基準(zhǔn)平面，然后把基座結(jié)構(gòu)34裝接于面板32。圖12中表明，基座結(jié)構(gòu)支承在設(shè)計(jì)得把基座結(jié)構(gòu)34保持在大致正確取向上的各臨時(shí)腿柱195上。各底座187經(jīng)過機(jī)加工整平并平行于機(jī)床床座，而基座結(jié)構(gòu)被運(yùn)送到主模具155處。各臨時(shí)腿柱195被卸掉，而象圖18中所示那些的外伸腿柱被裝接上去?；Y(jié)構(gòu)34安放在支承在自身各腿柱上的主模具155，而一激光追蹤器或經(jīng)緯儀裝設(shè)起來以測定各地面底座187頂部表面的取向。各腿柱在長度上予以調(diào)節(jié)，直至各地面底座表面齊平并平行于主模具的“A”基準(zhǔn)平面為止，此平面也就是主模具置放所在的表面。各裝接裝置此時(shí)被固緊于基座結(jié)構(gòu)43的各堞垛150，而混合型機(jī)具即準(zhǔn)備好被從主模具155上卸掉。
第四實(shí)施例以與第三實(shí)施例同樣的方式確立了基座結(jié)構(gòu)34的“A”基準(zhǔn)平面，但代之以裝接象圖17和18中所示的那樣一些接觸地面的外伸腿柱而裝接一些象圖13中各腿柱183那樣的短小腿柱。在銑削機(jī)床床座上各地面底座187的表面之后，基座結(jié)構(gòu)被運(yùn)送到主模具155處，而各短小的外伸腿柱被裝接于主模具上的、象圖13中所示的各支架185那樣的支架。短小外伸腿柱的調(diào)節(jié)螺帽予以調(diào)節(jié)以找平各地面底座表面而平行于主模具155座放所在的表面，或者平行于支架185的頂部表面，如果各支架已經(jīng)裝接以致它們平行于主模具155的“A”基準(zhǔn)面。在調(diào)節(jié)基座結(jié)構(gòu)34的取向以致各地面底座表面平行于主模具155的“A”基準(zhǔn)平面之后，面板上的各裝接裝置連接于混合型機(jī)具基座結(jié)構(gòu)34的各堞垛150，而混合型機(jī)具可以從主模具上卸掉。象以前那樣，各定位銷和正弦鍵孔眼可以通過探測從主模具155轉(zhuǎn)移來的各參照器件而予以加工并裝入面板32以確立混合型機(jī)具30在機(jī)床床座上的位置。
因而，本發(fā)明通過提供了一種用于在一結(jié)層機(jī)具上結(jié)層和固化/結(jié)合零件的方法和設(shè)備，并提供了用于當(dāng)零件仍然在原來機(jī)具上和仍然在原來位置上時(shí)雕琢蜂巢狀芯體以及修整和鉆削零件的手段達(dá)到了前所提及的各項(xiàng)目的。所有的在先前技術(shù)的方法和設(shè)備之中的配準(zhǔn)問題都由本發(fā)明排除了，從而導(dǎo)致從本質(zhì)上改進(jìn)了對于規(guī)定制造公差的適應(yīng)性，而且建造、維護(hù)和貯存機(jī)具的費(fèi)用也大大降低了。提高了的小公差制造性能首次使之可能在這些大型結(jié)層零件上利用現(xiàn)代制造工藝技術(shù)，諸如統(tǒng)計(jì)性的設(shè)定公差和確定性的從事組裝，從而零件使用所在的總成得以進(jìn)一步地提高質(zhì)量和降低成本。
顯然，由于這一披露，本技術(shù)領(lǐng)域中的熟練人員會(huì)想到本優(yōu)先實(shí)施例的許多改進(jìn)變更。因此，顯然可以理解，這些改進(jìn)和變更，以及其等同作法，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是在以下各項(xiàng)權(quán)利要求中所確定的、本發(fā)明的精神和范疇之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種混合型結(jié)層機(jī)具，既用作一種模具，在它上面施用各種構(gòu)成材料以便粘合或固化成為一具有所需形態(tài)的零件，也用于在所述結(jié)層機(jī)具設(shè)置在一CNC機(jī)床床座的同時(shí)、由所述機(jī)床隨后從事機(jī)加工所述零件的一周邊邊緣期間，把所述各種材料夾持在原來所施用的位置上，所述CNC機(jī)床則按照由一CNC機(jī)床控制器讀出的一零件程序來工作，所述混合型結(jié)層機(jī)具包括一機(jī)具主體，由復(fù)合材料制成，具有一面層表面，構(gòu)造成有待在所述機(jī)具上制作的一零件的一個(gè)表面的所需形狀，所述機(jī)具主體具有一參照平面，其在所述機(jī)床床座之上的取向和高度規(guī)定在所述零件程序之中；一基本上連續(xù)的槽溝，在所述機(jī)床主體上開在所述面層表面上；一支承結(jié)構(gòu)，支承所述機(jī)具主體以保持面層表面的所需形狀；所述支承結(jié)構(gòu)具有一些接觸地面的底座，各自具有一接觸表面，借此表面，所述支承結(jié)構(gòu)接觸所述機(jī)床床座并由此床座支承，所述各接觸表面形成一“A”基準(zhǔn)平面；各裝接裝置，在所述機(jī)具主體上，用于把所述機(jī)具主體支承在所述支承結(jié)構(gòu)上，以所述機(jī)具主體的參照平面平行于所述“A”基準(zhǔn)平面；借此，所述零件的所述各種材料施加在所述機(jī)具主體上，始終在所述機(jī)具主體上所述原先施加的位置上被粘合或固化以及修邊，所述邊緣修整是由所述CNC機(jī)床遵循所述零件程序以移動(dòng)一伸進(jìn)所述槽溝的刀具來觸及所述零件的全部厚度而完成的，由于所述機(jī)具主體參照平面與所述“A”基準(zhǔn)平面的精確關(guān)系，所述槽溝在空間上對應(yīng)于所述零件程序中所述刀具行走路徑所代表的位置。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種混合型結(jié)層機(jī)具，其中所述槽溝在一垂直于所述槽溝一縱向軸線的平面上的橫截面是鴿尾狀的，所述槽溝具有的底部寬度大于在所述面層表面處的寬度。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種混合型結(jié)層機(jī)具，還包括一種犧牲材料，填充所述槽溝并構(gòu)成齊平于所述機(jī)具主體的所述面層表面的一頂部表面。
4.按照權(quán)利要求3所述的一種混合型結(jié)層機(jī)具，其中所述犧牲材料包括一種自結(jié)皮發(fā)泡復(fù)合物，可構(gòu)成齊平于所述機(jī)具主體的所述面層表面的一致密堅(jiān)硬表皮。
5.按照權(quán)利要求1所述的一種混合型結(jié)層機(jī)具，其中所述犧牲材料已經(jīng)在其中粘合一纖維帶條，以協(xié)助在所述周邊邊緣圍繞所述零件被切去之后從所述槽溝中除去所述犧牲材料。
6.按照權(quán)利要求3所述的一種混合型結(jié)層機(jī)具，其中所述犧牲材料包括一種環(huán)氧樹脂材料，施用在所述槽溝之中并與用于所述零件的所述各種材料共同固化。
7.按照權(quán)利要求1所述的一種混合型結(jié)層機(jī)具，還包括各定位裝置，在所述機(jī)具上用于把所述基座結(jié)構(gòu)和所述面板精確地設(shè)置在一機(jī)床床座上，借此，所述機(jī)床可以用關(guān)于所述槽溝的形態(tài)數(shù)據(jù)和用關(guān)于所述支承結(jié)構(gòu)與機(jī)具位置的位置數(shù)值予以編程，用于用所述機(jī)床自動(dòng)切削所述周邊邊緣。
8.按照權(quán)利要求7所述的一種混合型結(jié)層機(jī)具，其中所述各定位裝置包括一定位點(diǎn)和一正弦鍵，各自具有精確定位的各銷釘，用于把所述支承結(jié)構(gòu)精確地設(shè)置在所述機(jī)床床座上。
9.按照權(quán)利要求8所述的一種混合型結(jié)層機(jī)具，其中所述各定位裝置包括在所述面板上的一機(jī)具球頭窩座，用于容放一機(jī)具球頭，所述機(jī)具球頭具有一表面，用于接觸一由所述機(jī)床操縱以尋找所述機(jī)具上各參照表面的實(shí)際位置的探頭。
10.按照權(quán)利要求1所述的一種混合型結(jié)層機(jī)具，其中所述基座結(jié)構(gòu)是由殷鋼制成的。
11.按照權(quán)利要求1所述的一種混合型結(jié)層機(jī)具，其中所述板面是由石墨/二順丁烯二酰亞胺材料制成的。
12.一種用于制造一種混合型結(jié)層機(jī)具的方法，此機(jī)具用于制作一種粘合和固化的復(fù)合零件，此方法包括制作一主模具，具有一成形和尺寸定得如同所述零件的一模具表面，所述模具具有一“A”基準(zhǔn)平面，與所述模具表面具有一已知關(guān)系；裝設(shè)各參照器件在所述模具表面上所述各參照器件發(fā)揮作用以確立所述模具表面的取向和位置；結(jié)層許多預(yù)浸過樹脂的布在所述主模具的所述面層表面上，所述樹脂基底具有在高溫下的粘合/固化特性以生成用于所述混合型結(jié)層機(jī)具的一個(gè)剛硬的混合型機(jī)具面板；轉(zhuǎn)移所述模具表面各參照器件到所述混合型機(jī)具面板；施用一真空囊袋在所述各層上面并圍繞所述結(jié)層的表皮和各部件密封所述真空囊袋的各周邊區(qū)域；從所述真空囊袋下抽空空氣，以使所述真空囊袋外面的空氣壓力把所述真空囊袋壓緊所述各層；粘合/固化所述粘接劑/樹脂基體以轉(zhuǎn)變所述各層成為所述剛硬的混合型機(jī)具面板；從所述主模具的所述面層表面上卸掉所述真空囊袋，露出所述剛硬的面板；裝接所述混合型機(jī)具面板于一基座結(jié)構(gòu)；在所述基座結(jié)構(gòu)加工一第二“A”基準(zhǔn)表面；以及從所述機(jī)床床座上卸下所述混合型機(jī)具。
13.按照權(quán)利要求12所述的一種制造方法，還包括使用各定位裝置把所述混合型機(jī)具設(shè)置在一CNC機(jī)床床座上一已知位置上從而把所述機(jī)具的所述面層表面設(shè)置在一已知位置上，用于由一機(jī)床表面銑削所述基座結(jié)構(gòu)上的各地面底座，以及平行于所述機(jī)床床座銑削所述各地面底座以確立所述混合型機(jī)具“A”基準(zhǔn)平面；裝加一數(shù)據(jù)組-具有所述結(jié)層機(jī)具的數(shù)字定義-到一控制器之中，用于控制所述機(jī)床的操作；以及在所述控制器操作一裝有所述數(shù)據(jù)組的機(jī)器控制程序的情況下在圍繞所述混合型機(jī)具的所述面板的一預(yù)定路徑上導(dǎo)引所述機(jī)床的一刀具，而所述刀具則圍繞所述面板切削去一基本上連續(xù)的周邊槽溝。
14.按照權(quán)利要求12所述的一種制造方法，還包括轉(zhuǎn)移所述模具表面上的所述各參照器件到所述面板以確立用于所述面板的一參照平面。
15.按照權(quán)利要求12所述的一種制造方法，還包括探查所述面板上的所述各參照器件以確立所述面板的位置和取向，并執(zhí)行一標(biāo)準(zhǔn)化程序以轉(zhuǎn)換用以控制所述機(jī)床的一CNC磁帶上的各機(jī)器指令從而對應(yīng)于所述面板的具體位置和取向。
16.按照權(quán)利要求12所述的一種制造方法，還包括以一裝在所述CNC機(jī)床上的探頭探查所述面板上的所述各參照器件以確立所述面板上至少三個(gè)參照位置的各真實(shí)位置；以及以所述各參照點(diǎn)的所述真實(shí)位置使所述機(jī)器控制程序標(biāo)準(zhǔn)化以根據(jù)所述控制器中基于所述各定位裝置的坐標(biāo)的位置數(shù)據(jù)來更新所述機(jī)器控制程序中關(guān)于所述機(jī)具在所述機(jī)床上所述位置的數(shù)據(jù)。
17.一種在一混合機(jī)具上制造一復(fù)合零件的方法，包括以一種脫模劑涂敷一混合型機(jī)具的一面板，所述面板根據(jù)一標(biāo)準(zhǔn)機(jī)具制成，此機(jī)具具有一模具表面，形狀和尺寸與所述零件的一表面相同；把由浸漬過樹脂的織物材料制成的各層結(jié)層在所述面板上而達(dá)到一所需厚度；以氣壓使一真空囊袋中的所述各層消脹，以及固化所述樹脂以在所述面板上制成所述零件；利用各定位裝置在一指定在一機(jī)床程序之中的位置處把所述混合型機(jī)具安放在一機(jī)床床座上；探查所述混合型機(jī)具上的各參照器件以相對于機(jī)床的一原點(diǎn)位置精確地確立所述面板的位置，所述各參照器件已經(jīng)從所述標(biāo)準(zhǔn)機(jī)具上的相應(yīng)各參照器件轉(zhuǎn)移；使所述機(jī)床零件程序標(biāo)準(zhǔn)化以對應(yīng)于由所述探查所述混合型機(jī)具各參照器件而確定出的，混合型機(jī)具在機(jī)床床座上的真實(shí)位置；在跟隨沿著所述面板上的一槽溝并在槽溝之內(nèi)的一切削路徑的同時(shí)，操作機(jī)床以轉(zhuǎn)動(dòng)一切削刀具，以致所述切削刀具伸進(jìn)所述槽溝并觸及所述混合型機(jī)具面板上所述被結(jié)層零件的整個(gè)厚度。
18.按照權(quán)利要求17所述的一種在一混合型機(jī)具上制造一復(fù)合零件的方法，其中所述混合型機(jī)具的所述面板是由石墨/二順丁烯二酰亞胺材料制成的。
19.一種制作一具有槽溝用于周邊邊緣修整的混合型機(jī)具的工藝方法；制作一具有一模具表面和一“A”基準(zhǔn)平面的主模具；在所述模具表面上確立各參照位置；在所述模具表面上使一復(fù)合面板結(jié)層；在所述模具表面上固化此復(fù)合面板；轉(zhuǎn)移所述各參照位置到此面板；裝接一基座結(jié)構(gòu)于此面板；在此基座結(jié)構(gòu)上加工一“A”基準(zhǔn)平面；從此主模具上卸掉混合型機(jī)具；把基座結(jié)構(gòu)定位在一機(jī)床床座上，并探查面板的各參照器件以相對于機(jī)床的一原點(diǎn)位置精確地尋找面板的位置；加工一開在頂部表面上的槽溝，用于容納一用于對一結(jié)層在機(jī)具表面上的零件作邊緣修整的刀具。
20.按照權(quán)利要求19所述的一種制作一混合型機(jī)具的工藝方法，其中所述面板是由石墨-二順丁烯二酰亞胺材料制成的。
21.按照權(quán)利要求19所述的一種制作一混合型機(jī)具的工藝方法，其中所述基座結(jié)構(gòu)是由殷鋼材料制成的。
22.按照權(quán)利要求19所述的一種制作一混合型機(jī)具的工藝方法，其中所述基座結(jié)構(gòu)是由平面殷鋼零件制成的，這些零件用水射流或激光從板材上精確切出并滑動(dòng)配合在一起，然后焊接成所需的形態(tài)。
23.按照權(quán)利要求19所述的一種制作一混合型機(jī)具的工藝方法，其中所述在所述基座結(jié)構(gòu)上加工所述“A”基準(zhǔn)平面是使用一CNC機(jī)床實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)把混合型機(jī)具支承在機(jī)床床座上，以“A”基準(zhǔn)表面的平面平行于床座的頂部平面。
24.按照權(quán)利要求19所述的一種制作一混合型機(jī)具的工藝方法，其中所述在所述基座結(jié)構(gòu)上加工所述“A”基準(zhǔn)平面是在面板仍然裝接于主模具的同時(shí)完成的。
25.按照權(quán)利要求19所述的一種制作一混合型機(jī)具的工藝方法，其中所述加工所述“A”基準(zhǔn)平面是在從所述主模具上卸掉混合型機(jī)具之后完成的，同時(shí)把基座結(jié)構(gòu)支承在機(jī)床床座上的各補(bǔ)充腿柱上，其中混合型機(jī)具在機(jī)床床座上的正確取向是通過混合型機(jī)具仍然裝接于DFT的同時(shí)調(diào)定各腿柱的長度而確立的。
26.按照權(quán)利要求19所述的一種制作一混合型機(jī)具的工藝方法，其中所述在所述基座結(jié)構(gòu)上加工所述“A”基準(zhǔn)平面是在把基座結(jié)構(gòu)裝接于面板之前完成的，此工藝方法包括通過使用一種測量裝置，諸如一激光追蹤器、經(jīng)緯儀、坐標(biāo)測定機(jī)，來調(diào)節(jié)基座結(jié)構(gòu)在面板上方的位置而使基座結(jié)構(gòu)的“A”基準(zhǔn)平面的取向平行于面板的參照平面，同時(shí)把混合型機(jī)具支承在機(jī)床床座上，以“A”基準(zhǔn)表面的平面平行于床座的頂部平面；在一控制一零件程序運(yùn)行的機(jī)器控制下操作一CNC機(jī)床，以平行于機(jī)床床座加工基座結(jié)構(gòu)上的“A”基準(zhǔn)平面。
27.按照權(quán)利要求19所述的一種制作一混合型機(jī)具的工藝方法，還包括把各參照支承結(jié)構(gòu)裝接在主模具上，此參照支承結(jié)構(gòu)具有各表面，限定一平行于DFT的“A”基準(zhǔn)平面的一參照平面；把各機(jī)具參照支承結(jié)構(gòu)裝接到所述機(jī)具基座結(jié)構(gòu)，所述機(jī)具參照支承結(jié)構(gòu)具有限定一基本上平行于一預(yù)期的機(jī)具“A”基準(zhǔn)平面的機(jī)具參照平面的各表面；把所述機(jī)具基座結(jié)構(gòu)支承在一機(jī)床床座上，在被定位于所述機(jī)具參照支承結(jié)構(gòu)的各腿柱上。
28.一種在一混合型機(jī)具上制作一復(fù)合零件的方法用一種脫模劑涂敷一混合型機(jī)具的一面板，面板根據(jù)一標(biāo)準(zhǔn)機(jī)具制成，此機(jī)具具有一模具表面，形狀和尺寸與零件的一表面相同；把由浸漬過樹脂的織物材料制成的各層結(jié)層在面板上而達(dá)到一定的厚度；以氣壓使一真空囊袋中的各層消脹，以及固化樹脂以在面板上制成零件；利用定位銷和正弦鍵在一指定在一機(jī)床程序之中的位置處把混合型機(jī)具安放在一機(jī)床床座上；探查混合型機(jī)具上的各參照器件以相對于機(jī)床的一原點(diǎn)位置精確地確立面板的位置，各參照器件已經(jīng)從標(biāo)準(zhǔn)機(jī)具上的相應(yīng)各參照器件轉(zhuǎn)移；使機(jī)床零件程序標(biāo)準(zhǔn)化以對應(yīng)于機(jī)床床座上混合型機(jī)具的真實(shí)位置；以跟隨沿著原先切進(jìn)所述面板中的一槽溝并在槽溝之內(nèi)的一切削路徑的同時(shí)，操作機(jī)床以轉(zhuǎn)動(dòng)一切削刀具，以致所述切削刀具伸進(jìn)所述槽溝并觸及機(jī)具面板上被結(jié)層零件的整個(gè)厚度。
29.一按照權(quán)利要求25所確定的工藝方法制成的結(jié)層零件。
30.一種制作一具有用于周邊邊緣修整的槽溝的混合型結(jié)層機(jī)具的工藝方法，包括建造一標(biāo)準(zhǔn)機(jī)具，具有一如同有待在所述混合型機(jī)具上制作的零件一表面的模具表面，所述標(biāo)準(zhǔn)機(jī)具具有一“A”基準(zhǔn)平面；建造一用于混合型機(jī)具的基座結(jié)構(gòu)，基座結(jié)構(gòu)具有各定位器件，基座結(jié)構(gòu)借以可以在一精確已知的位置處被精確地定位于一機(jī)床床座；在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)具表面上結(jié)層和固化一面板；把一基座結(jié)構(gòu)裝接于面板，同時(shí)面板始終留在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)具上其被結(jié)層和固化的位置上；平行于標(biāo)準(zhǔn)機(jī)具“A”基準(zhǔn)平面，在混合型機(jī)具基座結(jié)構(gòu)上確立一“A”基準(zhǔn)平面；從標(biāo)準(zhǔn)機(jī)具上解離面板和裝接的基座結(jié)構(gòu)；把基座結(jié)構(gòu)定位于一機(jī)床床座；以及使用一所述機(jī)床中的刀具加工所述面板上的所述槽溝，機(jī)床在一機(jī)床控制器的控制之下工作，控制器運(yùn)行一零件程序以沿著一條如同由同一或另一機(jī)床來為一有待在所述面板上結(jié)層的零件作邊緣修整所用的路徑一樣的行走路徑導(dǎo)引所述刀具。
31.一種按照權(quán)利要求30中所確定工藝方法制成的混合型結(jié)層機(jī)具。
全文摘要
一種制造一種混合型機(jī)具的方法,這種機(jī)具既用作一種模具,在它上面施用各種構(gòu)成材料以便粘合或固化成為一具有所需形態(tài)的零件,也用于在由一CNC機(jī)床隨后從事機(jī)加工此零件的周邊邊緣期間,把經(jīng)過粘合或固化的各種材料卡持在原先所施用的位置上。
文檔編號B23Q3/08GK1255076SQ98804846
公開日2000年5月31日 申請日期1998年5月4日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月6日
發(fā)明者德懷特·L·恩格沃爾, 克里斯托弗·J·莫羅, 凱文·J·斯蒂恩, 羅杰·A·約翰遜 申請人:波音公司