專(zhuān)利名稱(chēng)：確定性翼梁裝配的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以嚴(yán)格公差裝配翼梁和翼肋的方法和裝置，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及以從未有過(guò)的高精度裝配翼梁和翼肋的方法和裝置，從而制造出與原始工程設(shè)計(jì)極其一致的機(jī)翼部件，并且顯著地降低工具成本。
背景技術(shù)：
用以將飛機(jī)的翼梁和翼肋裝配成特定形狀的傳統(tǒng)制造技術(shù)，依賴(lài)于固定的“結(jié)構(gòu)加固點(diǎn)”(“hard point”)加工技術(shù)，它采用地面裝配夾具和型板將具體結(jié)構(gòu)零件定位并臨時(shí)緊固到一起，以使各零件相互間正確定位。這種傳統(tǒng)的加工原理通常需要一些用來(lái)制造每一組件的主裝配工具，還需要兩個(gè)大型的翼梁裝配工具(左右各一個(gè))，在此將組件組裝成翼梁。
裝配工具旨在精確地反映產(chǎn)品的原始工程設(shè)計(jì)，然而，采用傳統(tǒng)的工具原理，用工具確定出最終組裝件的形狀，在產(chǎn)品的原始設(shè)計(jì)和工具最終制造之間有許多的步驟。因而通常的情況是，作為最終制造的工具生產(chǎn)出尺寸不合格的翼梁或機(jī)翼元件，對(duì)這些翼梁或機(jī)翼元件，如不進(jìn)行大量的、耗時(shí)和費(fèi)錢(qián)的手工勞動(dòng)，以校正工具帶來(lái)的誤差，它們就將超出其原始設(shè)計(jì)的尺寸公差。更為嚴(yán)重的是，由于經(jīng)受了在工廠(chǎng)中常會(huì)遇到的苛刻的使用條件，最初建立在公差范圍內(nèi)的工具會(huì)超出公差范圍。另外，工廠(chǎng)中由溫度變化而引起的尺寸的變化，也會(huì)使在工具上加工的最終產(chǎn)品產(chǎn)生尺寸變化，尤其是當(dāng)工具和翼梁的熱膨脹系數(shù)之間存在較大的差異時(shí)，例如在通常情況下設(shè)備由鋼制造而翼梁元件由鋁制造時(shí)，情況更是如此。由于飛機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸一般都控制在0.005英寸的范圍內(nèi)，因此溫度所引起的尺寸變化可能是很明顯的。
對(duì)工具上的部件進(jìn)行手工鉆孔會(huì)使孔不夠圓；或者當(dāng)鉆具相對(duì)于部件有一個(gè)與部件不夠垂直的角度時(shí)，鉆出來(lái)的孔不垂直于部件表面，以及當(dāng)鉆具抖動(dòng)地進(jìn)入部件時(shí)，鉆出來(lái)的孔不夠直。當(dāng)部件固定在不圓的孔中時(shí)，部件可能偏離其預(yù)定的位置；在不圓的孔中，孔與緊固件之間不均勻的壓配合將使圓孔的強(qiáng)度和疲勞壽命降低。在翼梁組裝時(shí)產(chǎn)生的公差，可能會(huì)造成較比原始的設(shè)計(jì)尺寸明顯增加，尤其是當(dāng)部件的一端定位在工具上，迫使部件上的所有尺寸變化都向一個(gè)方向發(fā)展，而不是將部件的中心定位在真實(shí)的預(yù)定位置上時(shí)更是如此。
通常采用高度壓配的緊固件和/或裝入到冷加工孔中的緊固件，來(lái)使翼梁部件緊固到一起。這和壓配的緊固件，例如鉚釘和鎖定螺栓，以及冷作的緊固件孔都會(huì)在孔周?chē)慕饘僦挟a(chǎn)生應(yīng)力模型，這會(huì)提高裝配連接的疲勞壽命。但是，這種長(zhǎng)的應(yīng)力模型線(xiàn)會(huì)造成組裝件尺寸的增長(zhǎng)，主要是沿著其縱向方向伸長(zhǎng)，而且伸長(zhǎng)了的部件還會(huì)引起變形，即沿其長(zhǎng)度呈香蕉狀。試圖限制組裝件防止部件發(fā)生這種變形的種種努力一般都沒(méi)有效果，因而至今為止最成功的技術(shù)是試圖預(yù)測(cè)變形發(fā)生的程度，并把它考慮在部件的原始設(shè)計(jì)中，試圖使裝配件變形后的形狀接近于設(shè)計(jì)中所預(yù)計(jì)的形狀。然而，由于在緊固件的安裝和孔的冷加工中自然會(huì)發(fā)生各種變化，這種預(yù)計(jì)只是近似的，因而在最終裝配件的形狀上通常會(huì)有某種程度的不可預(yù)見(jiàn)性。因此，長(zhǎng)久以來(lái)一直在尋求一種在把預(yù)裝件固裝到最終的裝配件上之前，消除其變形影響的方法。這種方法在翼梁的制造中，以及在飛機(jī)的其它部件的制造中，將具有極高的價(jià)值。
翼梁的主要工具的制造和將它們維持在公差范圍內(nèi)是非常昂貴的，并且需要很長(zhǎng)的設(shè)計(jì)研制和制造時(shí)間。即便是空氣動(dòng)力學(xué)已經(jīng)有了新的發(fā)展，制造翼梁裝置的巨大成本和長(zhǎng)久的研制時(shí)間，仍是重新設(shè)計(jì)現(xiàn)有型號(hào)飛機(jī)機(jī)翼的極大障礙，這是因?yàn)樾碌脑O(shè)計(jì)需要重新制造翼梁工具。一種自動(dòng)鉆孔、裝入并擰緊緊固件的現(xiàn)有系統(tǒng)，公開(kāi)在由Banks等人提出的美國(guó)專(zhuān)利5,×××,×××號(hào)中，其名稱(chēng)為“翼梁的自動(dòng)裝配工具”。它能夠精確地制造出翼梁，但也是一個(gè)建造和維護(hù)都很昂貴的系統(tǒng)。
某些航空顧客有一些無(wú)法由現(xiàn)有型號(hào)飛機(jī)來(lái)滿(mǎn)足的特殊要求，能夠?yàn)檫@些客戶(hù)快速地設(shè)計(jì)和制造定制機(jī)翼的翼梁的能力，將使得飛機(jī)機(jī)架制造商們具備極富競(jìng)爭(zhēng)性的優(yōu)勢(shì)。目前，這種能力尚不具備，這是因?yàn)闄C(jī)翼和翼梁的專(zhuān)用工具，以及這些工具所需的工廠(chǎng)地面空間，使得“設(shè)計(jì)機(jī)翼”的成本過(guò)于昂貴。然而，用來(lái)制造某一特定型號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)翼梁的同一套工具，如果能夠快速和容易地轉(zhuǎn)變?yōu)橛糜谥圃鞚M(mǎn)足客戶(hù)特殊要求的定制機(jī)翼的翼梁，然后還能夠轉(zhuǎn)變回到標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)或轉(zhuǎn)到另一種定型機(jī)翼的設(shè)計(jì)，那么，提供給客戶(hù)的飛機(jī)就可以裝有專(zhuān)門(mén)優(yōu)化的機(jī)翼，以滿(mǎn)足這些客戶(hù)的特殊要求。新機(jī)翼唯一增加的成本可能是設(shè)計(jì)，或許還有某些最現(xiàn)代化的加工頭部和其它的對(duì)機(jī)翼來(lái)說(shuō)可能是專(zhuān)用的低成本工具。
使用常設(shè)工藝設(shè)備(hard tooling)進(jìn)行制造加工的缺點(diǎn)是固有的。盡管通過(guò)嚴(yán)格的質(zhì)量控制技術(shù)可以減少這些缺陷，但在使用常設(shè)工藝設(shè)備制造大型機(jī)械結(jié)構(gòu)時(shí)，在一定程度上總存在這些缺陷。目前已發(fā)明了用于機(jī)身制造的確定性裝配工藝，它通過(guò)自身定位具體零件代替結(jié)構(gòu)加固點(diǎn)設(shè)備，通過(guò)這些零件自身的尺寸，和結(jié)合在這些零件設(shè)計(jì)中的某些坐標(biāo)特征，來(lái)確定裝配件的形狀。由Micale和Strand提出的，名稱(chēng)為“翼板和機(jī)身裝配”的美國(guó)專(zhuān)利5,560,102號(hào)所述的這種新工藝已經(jīng)表明，該工藝能夠以最少的二次加工制造出更加精確的裝配件。確定性裝配工藝應(yīng)用在飛機(jī)翼梁的制造中將會(huì)是較好的工藝方法，它免除或減少了常設(shè)工藝設(shè)備的使用，通過(guò)減少部件的可變性而提高了工廠(chǎng)的生產(chǎn)能力和產(chǎn)品的質(zhì)量，并且降低了生產(chǎn)成本，以及在迅速作出設(shè)計(jì)變化方面能夠?yàn)槠淇蛻?hù)提供靈活性。這些改進(jìn)對(duì)于飛機(jī)機(jī)架制造商和它們的客戶(hù)來(lái)說(shuō)，將是極大的幸事，并且提高了制造商在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)地位。本發(fā)明是實(shí)現(xiàn)該過(guò)程的重大步驟。
發(fā)明目的因此，本發(fā)明的目的在于提供一種由柔性或半柔性的零件和預(yù)裝件，根據(jù)原始的工程設(shè)計(jì)而不是根據(jù)工具來(lái)制造長(zhǎng)的、大的和重型的裝配件，例如飛機(jī)翼梁和翼肋的制造方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種制造飛機(jī)翼梁和翼肋的方法，它利用零部件內(nèi)在的特征，使它們能夠自身定位和確定出裝配件的尺寸和形狀，而不是使用傳統(tǒng)的工具來(lái)確定部件之間的相對(duì)位置和裝配件的形狀。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種制造飛機(jī)翼梁的系統(tǒng)，它比現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)具有更高的內(nèi)在精度，在它制造出的構(gòu)件中，各個(gè)組成零件更為精確地定位在該結(jié)構(gòu)中，其制造公差與工程設(shè)計(jì)所規(guī)定的公差更為一致。
本發(fā)明進(jìn)一步的目的在于提供一種制造飛機(jī)翼梁的系統(tǒng)，與現(xiàn)有技術(shù)的傳統(tǒng)技術(shù)相比，它更快、更靈活、成本更低、以及要求較小的工廠(chǎng)空間和較少依賴(lài)于工人的技術(shù)，就能制造出在工程設(shè)計(jì)規(guī)定的公差范圍內(nèi)的產(chǎn)品。
本發(fā)明另外進(jìn)一步的目的在于提供一種方法和裝置，它有助于提高飛機(jī)翼梁制造的精度和一致性，進(jìn)而能夠使將要建造的飛機(jī)機(jī)翼滿(mǎn)足原始工程設(shè)計(jì)的公差規(guī)定。
本發(fā)明更進(jìn)一步的目的在于提供一種制造飛機(jī)翼梁的方法，它包括一系列的操作步驟，用于當(dāng)翼梁或翼梁元件由于操作而產(chǎn)生變形之后，例如在裝入了壓配緊固件而使翼梁或翼梁元件變形之后，將一些關(guān)鍵的特征加到具體的零件上。
本發(fā)明的這些和其它的目的通過(guò)這樣的一個(gè)系統(tǒng)而實(shí)現(xiàn)，它由柔性或半柔性的零件裝配出翼梁和其它長(zhǎng)的、大的和重型的裝配件，其裝配方法利用了具體零件的關(guān)鍵特征之間的空間關(guān)系，這些關(guān)鍵的特征表示為坐標(biāo)特征，例如由精密的數(shù)控機(jī)床利用來(lái)自于產(chǎn)品原始工程設(shè)計(jì)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，而在零件上鉆出的或加工出的孔和加工面。因而使得這些零件和預(yù)裝件以其自身的內(nèi)在因素確定出翼梁的尺寸和形狀。


在結(jié)合附圖閱讀了下面關(guān)于最佳實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明之后，本發(fā)明以及它的目的和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。其中圖1～圖6是順序示意圖，按順序表示本發(fā)明裝配飛機(jī)翼梁的過(guò)程中，在翼梁腹板和其它元件上進(jìn)行的主要的裝配步驟，這些元件被支承在圖8所示的一排立柱上；圖7A是按照本發(fā)明的方法和設(shè)備制造的翼梁的立體圖；圖7B是圖7A所示翼梁內(nèi)側(cè)端放大的立體圖；圖8是按照本發(fā)明的翼梁裝配構(gòu)架的示意性立體圖；圖9是圖8的翼梁裝配構(gòu)架的俯視圖；圖10是圖8所示的在折點(diǎn)區(qū)翼梁裝配構(gòu)架一側(cè)的俯視圖；圖11是圖8所示的翼梁裝配構(gòu)架的局部立體圖；圖12是圖11中的一個(gè)立柱的立體圖；圖13是圖11中所示的帶有翼梁腹板支承臂的一個(gè)立柱的立體圖；圖14是略微變型的翼梁支承立柱的立體圖，表示翼弦臨時(shí)定位器上的夾具；圖15是類(lèi)似于圖14的視圖，但為了表示清楚圖中去掉了翼梁腹板；圖16是圖15的局部放大視圖；圖17是圖14所示結(jié)構(gòu)右后側(cè)的立體圖；
圖18是圖17局部放大的視圖；圖19是圖18所示結(jié)構(gòu)左后側(cè)的放大立體圖；圖20是將翼弦?jiàn)A持在翼梁腹板頂、底邊緣的內(nèi)側(cè)位置上的翼弦定位工具立體圖；圖21是圖20所示的翼弦定位工具略微變型形式的側(cè)視圖；圖22是類(lèi)似圖21所示的一個(gè)翼弦定位工具的頂部放大側(cè)視圖，但它具有設(shè)置成不同角度的翼弦基準(zhǔn)面，該角度對(duì)應(yīng)于翼弦沿其長(zhǎng)度在不同位置處的角度；圖23是翼弦定位工具頂端的側(cè)視圖，在其樞軸安裝的墊塊上具有翼弦的定位基準(zhǔn)面；圖24是圖22所示結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，其中的夾具處在打開(kāi)狀態(tài)；圖25是翼弦定位工具底端的放大側(cè)視圖；圖26是圖25所示翼弦定位工具底端的放大立體圖；圖27是用于將翼弦在X方向定位的定位工具的側(cè)視圖；圖28是圖27所示的翼弦X向工具端部的立體圖；圖29是圖8所示的，用來(lái)進(jìn)行夾緊、鉆孔和裝入緊固件操作的端部操縱裝置的立體圖，它裝在立式銑床上并完成緊固工作；圖30是把來(lái)自于產(chǎn)品數(shù)字設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成用以完成一些裝配工作的機(jī)床控制器指令的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和方法的示意圖；圖31是圖8-11中所示的樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)底板從頂部觀(guān)察的立體圖；圖32是圖31的樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)底板從底部觀(guān)察的立體圖；圖33是圖10、11和13所示支承臂的立體圖；圖34是裝在圖33支承臂遠(yuǎn)端上的定位組件的立體圖；圖35和36是圖34的定位組件在不同裝配階段時(shí)的立體圖。
最佳實(shí)施例描述現(xiàn)在參照附圖，相同的參考標(biāo)號(hào)表示相同的或相應(yīng)的元件。本發(fā)明用其最佳實(shí)施例即裝配飛機(jī)翼梁的方法加以描述。然而可以預(yù)料，本發(fā)明可以應(yīng)用于將一些元件裝配成大型的組件，裝配時(shí)通常需要遵循一套所要求的尺寸公差、最終產(chǎn)品的形狀和尺寸的技術(shù)規(guī)范。本發(fā)明尤其涉及到一些或全部的元件或預(yù)裝件都是撓性的或半撓性的裝配方法。
本發(fā)明早期實(shí)施例描述于1996年3月22日提交的臨時(shí)申請(qǐng)60/013986中，名稱(chēng)為“確定性機(jī)翼裝配”。這里所述的本發(fā)明的實(shí)施例是最佳實(shí)施例，而且我們確信它是實(shí)施本發(fā)明方法的最佳形式。但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的范圍包含了這些實(shí)施例以及它們的其它的變型和改變形式。這些變型和改變是本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)這兩個(gè)實(shí)施例進(jìn)行的。
首先，結(jié)合附圖1-6簡(jiǎn)要地概述本發(fā)明的裝配方法在翼梁裝配構(gòu)架中的應(yīng)用，圖中表示了本發(fā)明的確定性翼梁裝配方法的主要步驟。在這一簡(jiǎn)要概述之后，對(duì)該方法以及實(shí)現(xiàn)該方法的翼梁裝配構(gòu)架將作詳細(xì)的描述。
為了對(duì)下面所要描述的本發(fā)明的方法和設(shè)備提供說(shuō)明，首先對(duì)典型的飛機(jī)翼梁加以描述。一般來(lái)說(shuō)，飛機(jī)的機(jī)翼包括兩個(gè)沿著機(jī)翼的縱向，或者說(shuō)“翼展”方向(“Spanwise”)延伸的翼梁30，它們?cè)凇耙硐摇狈较?“Chordwise”)相互間隔開(kāi)。其中的一個(gè)翼梁稱(chēng)作“前”翼梁，位于機(jī)翼的前緣附近；另一個(gè)稱(chēng)作“后”翼梁，位于機(jī)翼的后緣附近。翼肋沿著翼弦方向在兩個(gè)翼梁30之間延伸，并被固定到圖7A和7B所示的垂直的肋柱35上，這些肋柱附著和密封在翼梁30上，并由一些緊固件固定在那里。上翼弦40和下翼弦42是附著和密封到翼梁腹板45的上緣和下緣，并由一些緊固件固定在那里，例如用鉚釘，螺栓，鎖緊螺釘，鎖定件(Hi-Locks)等，這些都已廣泛地用于航空工業(yè)中，并且都是廣為公知的和可靠的。這些緊固件在這里將統(tǒng)稱(chēng)為“螺栓和/或鉚釘”，這里所用的這一術(shù)語(yǔ)意味著緊固件可能都是螺栓，或者都是鉚釘，或者是螺栓和鉚釘?shù)慕M合。當(dāng)然，本發(fā)明并不局限于使用這些傳統(tǒng)的緊固件，應(yīng)當(dāng)理解，也可以使用已發(fā)明的其他緊固件，用以取代傳統(tǒng)的緊固件。
上翼弦40和下翼弦42各自具有一個(gè)固定到翼梁腹板45上的垂直凸緣，還有一個(gè)呈角度的上凸緣和下凸緣，上翼板和下翼板就分別連接到上凸緣和下凸緣上。翼弦40,42在腹板45上的垂直位置是很重要的，因?yàn)樗鼪Q定了在翼梁30處上、下翼板之間的間距。同樣，肋柱35在翼梁上的位置也是重要的，因?yàn)樗鼪Q定了翼肋的位置，翼肋的位置隨后又決定了翼板的廓形。如圖7A和7B中所示，在大多數(shù)的翼梁上可以見(jiàn)到在軸線(xiàn)“K”處的彎曲部或稱(chēng)“折點(diǎn)”(“Kink”)46，由此使翼梁符合機(jī)翼殼體前、后外緣的設(shè)計(jì)位置。
在前、后翼梁之間和上、下翼板之間所確定的空間，也就是由機(jī)翼殼體的外部結(jié)構(gòu)元件所確定的空間，通常用作飛機(jī)的燃料箱，因此翼梁的內(nèi)表面通常被稱(chēng)為“濕側(cè)”(“Wet”)，而翼梁的外表面則被稱(chēng)為“干側(cè)”(“dry”)。本文也將使用這一通稱(chēng)。肋柱35連接在翼梁的濕側(cè)，一些垂直的加強(qiáng)肋47附著和密封在翼梁腹板45的干側(cè)，并由一些緊固件固定。在上述的臨時(shí)申請(qǐng)60/013,986和同時(shí)提交的相應(yīng)的PCT申請(qǐng)中，可以看到有關(guān)飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)以及連接到翼梁上的一些附屬元件的更為完整的說(shuō)明。
本發(fā)明的裝配飛機(jī)翼梁30的裝配方法，開(kāi)始于配置一條如圖8和圖9所示的，可重新構(gòu)成的裝配構(gòu)架50，它是針對(duì)要在該裝配構(gòu)架50中進(jìn)行裝配的特定尺寸和設(shè)計(jì)的翼梁而配置的。如圖10和圖11的示，裝配構(gòu)架有一排安裝在導(dǎo)軌54上的立柱52，這些立柱可沿著平行于翼梁30平面的x方向運(yùn)動(dòng)，以便將它們定位在翼梁縱向上所要求的位置上。二個(gè)或多個(gè)橫向定位裝置，例如圖12和圖13所示的橫向定位件(“Pogo”)裝置56安裝在每個(gè)立柱52上，以確定翼梁腹板45在裝配構(gòu)架50中沿z方向的橫向位置。如圖10和圖11所示，沿著這排立柱，支承臂60連接到選擇出的一些立柱52上，以承載腹板45的重量。將其中一個(gè)支承臂60端部上的主定位銷(xiāo)64裝入到預(yù)先鉆在腹板45上的配合孔中，以便將腹板沿著x和y方向精確地定位在立柱上，腹板的取向如圖14中所示，縱向呈水平而橫向呈豎直。在另外一些支承臂60上的輔助定位銷(xiāo)66也與配合孔相配合，以便垂直地支承著腹板，這些配合孔也預(yù)鉆在腹板45上。如下面將要詳細(xì)描述的，輔助定位銷(xiāo)66沿水平方向是順從的，以適應(yīng)由于緊固安裝所引起的腹板45在縱向上的伸長(zhǎng)。橫向定位件56端部上的真空杯70中的真空作用，將腹板45吸附在真空杯70中的前表面72上，以使腹板在橫向z上定位于由延伸的橫向定位件56所確定的位置上。
在裝配構(gòu)架50中還提供了一臺(tái)在導(dǎo)軌77上沿縱向運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，例如圖8和圖9中所示的計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)立式銑床75。立式銑床75有一個(gè)延伸臂80，可以驅(qū)動(dòng)臂80在立式銑床75的主體上沿垂直方向，即y方向以自身平行的方式移動(dòng)，它也可以沿縱向延伸。如下文所述的，如果裝配構(gòu)架的兩側(cè)各有一排立柱，那么應(yīng)當(dāng)使立式銑床75的立柱能夠圍繞其垂直軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就可以使立式銑床在裝配構(gòu)架的一側(cè)上進(jìn)行加工，而工人則在另一側(cè)上安放元件、取下裝好的翼梁或進(jìn)行其它的手工操作。另外，臂80還有能夠圍繞臂80的軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)的肘節(jié)，它還可以側(cè)斜。在肘節(jié)遠(yuǎn)端上的一個(gè)抓持裝置具有機(jī)械的和動(dòng)力的連接關(guān)系，以使一個(gè)或多個(gè)端部操縱裝置85定位和為這個(gè)端部操縱裝置供能，以便完成裝配構(gòu)架50中所需的各種功能。這些運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)使得立式銑床75能夠?qū)⒍瞬坎倏v裝置定位在臂80活動(dòng)范圍中的任何所需的位置和方向上。
所示的立式銑床75是由Ingersol銑床公司提供的，但也可以使用其它的機(jī)床，例如，裝有5軸工具的Henri Line龍門(mén)機(jī)床，或由伊利諸斯州，Machesney Park的Pegard Products公司制造的6軸“Aeroflex”定位機(jī)。所需的性能是主軸定位的可重復(fù)性和精度，在本例中精度約是±0.005英寸，并且在機(jī)床控制器控制下所進(jìn)行的工作可以編制程序，該程序包含了來(lái)自于工程機(jī)構(gòu)關(guān)于機(jī)翼和機(jī)翼元件的數(shù)字產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，這樣，由數(shù)字產(chǎn)品設(shè)計(jì)所規(guī)定的坐標(biāo)特征就可由機(jī)床75精確地和可重復(fù)地加以實(shí)現(xiàn)。這兩方面的性能使得機(jī)床75能以精確的精度將產(chǎn)品數(shù)字設(shè)計(jì)所確定的坐標(biāo)特征，例如孔和加工面的坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)到元件、部件和組件上。這些坐標(biāo)特征用來(lái)使銷(xiāo)定和夾緊的零部件相互定位，因而免除或大大減少了先前為了使零部件相互定位而所需使用的常設(shè)工藝設(shè)備。于是這些坐標(biāo)特征確定了組件中的各零部件的相對(duì)位置，不依賴(lài)于大部分常設(shè)工藝設(shè)備，從而也確定了組件的形狀和尺寸。
在為當(dāng)日所要制造的翼梁的裝配構(gòu)架配置完畢之后，就如圖1所示，將上、下翼弦40、42裝載到懸裝在橫向定位件56上的臨時(shí)定位器90上，以將翼弦固定在翼梁腹板附近，并準(zhǔn)備傳送到腹板45。應(yīng)注意，為了方便起見(jiàn)，翼梁30是倒置裝配的，這是因?yàn)橐砹旱南戮壥菑堥_(kāi)的，在下緣的內(nèi)側(cè)端翼梁變得較寬，因而翼梁倒置著裝配可以減小腳手架到達(dá)的范圍，在裝配時(shí)為達(dá)到翼梁上部的零件，工人可能需要這些腳手架。因此，圖中示出的“上”翼弦40位于下部，“下”翼弦42位于上方。用位于定位器90上下端的過(guò)心夾具92，使上、下翼弦40,42在臨時(shí)定位器90上保持就位。在翼弦40,42垂直凸緣的與腹板45相接觸的接合面上涂以密封劑。腹板45放在支承臂60的定位銷(xiāo)64和66上，并由真空杯70中的真空作用吸靠在橫向定位件56的前表面72上。
上、下翼弦40、42沿著腹板45的上、下緣在y方向中的位置是由一系列的翼弦y向工具95確定的，每個(gè)y向工具95通過(guò)一對(duì)裝在翼弦工具坐標(biāo)孔中的定位銷(xiāo)100,102定位在腹板45上，而翼弦工具坐標(biāo)孔則是由CNC立式銑床75以極高的位置精度事先鉆在腹板45上。如圖2和圖20-25所示，每個(gè)翼弦工具95的頂端和底端分別裝有夾具105,107。圖20中所示的翼弦y向工具95上的夾具略微不同于圖21-25中所示的夾具，這表示可以使用不同類(lèi)型的夾具。如圖22所示，上夾具105具有基準(zhǔn)面110和112，用于將下翼弦42精確定位在腹板45上的正確的垂直位置。同樣，下夾具107具有基準(zhǔn)面114和116，用于將上翼弦40精確定位在腹板45上的正確的垂直位置。如圖23和圖25所示，基準(zhǔn)面112和114可位于墊塊113和115上，而墊塊113,115則樞軸連接到翼弦y向工具上，以適應(yīng)翼弦上、下凸緣的角度。
如圖23所示，將翼弦40,42從臨時(shí)翼弦定位器90移送到y(tǒng)向工具95上，并通過(guò)打開(kāi)的翼弦?jiàn)A具使翼弦靠近翼弦基準(zhǔn)面和靠近翼梁腹板45的位置，將臨時(shí)翼弦定位器90滑動(dòng)到橫向定位件56上，一直到翼弦與腹板45相接觸為止。釋放臨時(shí)翼弦定位器90上的夾具92，并且如圖28所示，將翼弦x向工具121中的定位銷(xiāo)118和112對(duì)準(zhǔn)翼弦40、42上預(yù)先鉆好的坐標(biāo)孔中，由此使翼弦40、42在x方向上精確定位。翼弦x向工具121通過(guò)定位銷(xiāo)122和124預(yù)先連接到腹板45上，定位銷(xiāo)122,124延伸進(jìn)入腹板45上精確鉆削的坐標(biāo)孔中，這些坐標(biāo)孔與用于“y”向工具95的坐標(biāo)孔由立式銑床75同時(shí)鉆出。
現(xiàn)在把由翼弦x向工具121沿x方向精確定位的翼弦40、42推到抵靠y向工具95的基準(zhǔn)面110～116的位置，以使翼弦40,42相對(duì)于腹板45的上、下緣在y向上精確定位。通過(guò)y向工具的夾具105和107使翼弦40,42抵靠基準(zhǔn)面110-116固定就位。
現(xiàn)在進(jìn)行一個(gè)檢測(cè)程序，以調(diào)整立柱52和支承臂60在翼梁腹板45和翼弦40,42重量下的撓曲。裝在立式銑床臂80上的一個(gè)探測(cè)頭對(duì)主定位銷(xiāo)64和一個(gè)或多個(gè)輔助定位銷(xiāo)66進(jìn)行檢測(cè)，以確定出它們的實(shí)際位置。為了這一目的，合適的探測(cè)頭可以是由紐約州，Onendagua的Renishaw公司制造的MP6型Renishaw牌觸感探測(cè)頭，當(dāng)然也可以使用來(lái)自其它渠道的其它探測(cè)頭。立式銑床75的控制器利用探測(cè)頭所確定的定位銷(xiāo)的實(shí)際位置，去校正控制器中的元件程序，使之與立柱52上的元件的實(shí)際位置相適應(yīng)。
如圖1，圖3-7和圖29簡(jiǎn)要表示的，現(xiàn)在用端部操縱器85將翼弦固定到腹板45上。如圖8所示，端部操縱器85由立式銑床臂80承載并沿著腹板45定位。端部操縱器85上的夾具130具有一個(gè)C形架132，其遠(yuǎn)端有一個(gè)支座134，該支座與翼弦40,42的垂直凸緣在翼梁的“濕側(cè)”相配合。在C形架132的另一端，有一個(gè)與上述支座對(duì)準(zhǔn)的壓柱136，它與翼梁腹板45的另一側(cè)相配合，并且在氣缸的作用下施加1000-1500磅的夾緊力，以便在鉆孔和插入緊固件的過(guò)程中將翼弦?jiàn)A緊到腹板上。裝在端部操縱器85中位于壓柱136后面的控制頻率的主軸電機(jī)，驅(qū)使鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)和進(jìn)送，穿過(guò)壓柱136中的開(kāi)孔進(jìn)行鉆孔，而鉆屑則通過(guò)真空軟管142吸走。然后鉆削主軸回縮，裝在支座134后面的孔探測(cè)頭144穿過(guò)支座134中的開(kāi)孔，對(duì)腹板和翼弦凸緣上鉆通的孔進(jìn)行檢測(cè)。如果鉆孔的質(zhì)量符合預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)件就移到壓柱的后面，使緊固件送進(jìn)保持器與新鉆的孔對(duì)準(zhǔn)，并且通過(guò)輸送線(xiàn)148將一個(gè)壓配的緊固件輸送到保持器。氣錘將該緊固件擊入孔中。然后壓柱松開(kāi)并移到下一個(gè)緊固位置。用型鍛制出的墊圈或螺母將緊固件固定，由工人在裝配構(gòu)架50的外側(cè)進(jìn)行，在這里不會(huì)有受到裝配構(gòu)架50中立式銑床75傷害的危險(xiǎn)。當(dāng)立式銑床75靠近翼梁30上的翼弦y向工具95時(shí)，工人還要卸下y向工具95。
當(dāng)上、下翼弦40,42的所有緊固件安裝好后，由這些壓配緊固件所施加的徑向和縱向的壓縮載荷所引起的翼梁的長(zhǎng)度變形就基本上完成了。當(dāng)肋柱和加強(qiáng)件緊固到翼梁上時(shí)，將安裝另一些緊固件，即便這些操作產(chǎn)生了翼梁的長(zhǎng)度變形，也可以在安裝完成后調(diào)整這一變形。
當(dāng)連接好兩個(gè)翼弦40,42之后，立式銑床使用同一個(gè)端部操縱器85或?qū)ｉT(mén)的只鉆孔的操縱器，鉆出加強(qiáng)件和肋柱的坐標(biāo)孔。如下所述，在用于飛機(jī)制造的工程依據(jù)中，翼梁的主數(shù)字模型150，確定了肋柱和加強(qiáng)件的坐標(biāo)孔的位置，以及從這個(gè)主數(shù)字模型150可以得到用以控制立式銑床75運(yùn)動(dòng)的零件加工程序。
根據(jù)加強(qiáng)件和肋柱的安裝位置，可以使用兩個(gè)不同的安裝程序。如圖7A，7B所示，翼梁30在內(nèi)側(cè)端處的高度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于翼梁大部分長(zhǎng)度處的高度。如圖5,6所示，夾具C形架的彎部的深度，足以使夾具能夠到達(dá)翼梁30縱向中心線(xiàn)的位置。端部操縱器85的重量受到C形夾具彎部深度的影響。彎部越深就需要較重型的C形夾具，所有的立式銑床對(duì)于其支承臂80端部上所能承載的重量都有重量限制。一個(gè)帶有C形夾具的端部操縱器85，其夾具的彎部深度足以能使端部操縱器的加工線(xiàn)，在翼梁內(nèi)側(cè)端也能到達(dá)翼梁中心線(xiàn)的位置，如果該端部操縱器的重量超過(guò)重量極限，那么，如下所述，內(nèi)端肋柱35和加強(qiáng)件47的安裝將采用半自動(dòng)的方法。
加強(qiáng)件47和肋柱35在制造時(shí)就預(yù)先鉆有坐標(biāo)孔，或者在專(zhuān)門(mén)夾具上鉆出坐標(biāo)孔。這些坐標(biāo)孔與端部操縱器85在腹板45上鉆出的坐標(biāo)孔位置相對(duì)應(yīng)。當(dāng)肋柱35或加強(qiáng)件47上的坐標(biāo)孔與腹板45上的相應(yīng)坐標(biāo)孔相互對(duì)準(zhǔn)時(shí)，該零件便按照由數(shù)字模型所表示的工程設(shè)計(jì)要求，以極高的精度定位在腹板45上。
在腹板上，對(duì)于C形夾具的彎部范圍所達(dá)到的那部分零件，這些肋柱或加強(qiáng)件的凸緣在與腹板45相接觸的接觸面上涂有密封劑，并且使用緊固件(clecos)或其它一些可拆卸的臨時(shí)緊固件將它們臨時(shí)固定到腹板上。對(duì)于以這種方式臨時(shí)精確定位的零件，象前面對(duì)翼弦40,42所述那樣，由立式銑床臂80使端部操縱器85定位，以便將零件凸緣夾緊在腹板上，鉆削緊固件孔并插入緊固件。夾緊力足以使多余的密封劑擠出，密封劑可能會(huì)堵塞鉆屑的真空抽吸系統(tǒng)，因而鉆屑上不會(huì)粘有密封劑，并可防止層間毛刺刺入零件35或47與腹板45之間。
上面提到的半自動(dòng)方法使用相同的坐標(biāo)孔鉆孔工序，用以確定上述肋柱35和加強(qiáng)件47的位置。然而，由于端部操縱器夾具132的C形架的彎部深度，不足以使該操縱器的中心線(xiàn)到達(dá)內(nèi)部緊固件的位置，因此就不得不在沒(méi)有充分夾緊的情況下鉆孔，因此可能會(huì)發(fā)生層間毛刺。于是，使用緊固件(clecos)或類(lèi)似物將零件臨時(shí)緊固到腹板45上，并通過(guò)端部操縱器85或另外的只鉆孔的操縱器鉆出緊固件的孔。然后將緊固件(clecos)取下，并對(duì)零件和腹板去除毛刺。將密封劑涂到接觸面上，然后用緊固件或類(lèi)似物再次將零件臨時(shí)緊固到腹板45上。用氣錘使壓配緊固件插入到孔中，再按照前述的相同方式用型鍛的墊圈或螺母緊固緊固件。因?yàn)橛蓧号渚o固件的插入所造成的翼梁長(zhǎng)度的伸長(zhǎng)此時(shí)已基本結(jié)束，現(xiàn)在可以對(duì)某些關(guān)鍵部件的位置進(jìn)行檢測(cè)，并用裝配翼梁的實(shí)際尺寸更新元件程序。對(duì)于連接降落齒輪主梁的兩個(gè)安裝件和某些其它安裝件，例如襟翼支承件和副翼鉸接線(xiàn)支架，使用更新的元件程序，就能夠以極高的精度鉆出坐標(biāo)孔，完全不受裝配過(guò)程中長(zhǎng)度伸長(zhǎng)的影響?，F(xiàn)在翼梁裝配完畢，用吊車(chē)將它從裝配構(gòu)架上卸下，并送至機(jī)翼裝配線(xiàn)，以便裝配到機(jī)翼中。
數(shù)字產(chǎn)品設(shè)計(jì)或數(shù)字模型150是某一產(chǎn)品最高的工程依據(jù)，在本例中，該產(chǎn)品就是某一特定型號(hào)的飛機(jī)。在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)程序中，它以數(shù)字模型150的形式存在于主計(jì)算機(jī)152中，其包括所有的尺寸、公差、材料和完全確定出該產(chǎn)品的各項(xiàng)加工工序。來(lái)自模型150的尺寸數(shù)據(jù)在文件中提供到數(shù)控(NC)程序員或自動(dòng)翻譯器，在這里用這些數(shù)據(jù)產(chǎn)生出一個(gè)數(shù)據(jù)集154和加工指令，例如刀具的類(lèi)型和尺寸、進(jìn)給速度和立式銑床75的控制器為了控制臂80的操作所使用的其它信息。數(shù)據(jù)集和加工指令發(fā)送到一個(gè)后續(xù)處理器156中，在這里將它們轉(zhuǎn)換成機(jī)器可讀的文件158，將該文件傳送到數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)160，在這里進(jìn)行存儲(chǔ)以供立式銑床75的控制器162使用。一旦需要，文件158就通過(guò)電話(huà)線(xiàn)164或其它已知的通訊手段傳送至機(jī)床的控制器162，以便在立式銑床75的操作中由控制器使用。
再回到圖7A,9和10，翼梁中的彎曲處或折點(diǎn)46呈現(xiàn)一個(gè)角度，對(duì)于每種型號(hào)的飛機(jī)，該角度是不同的。為了能夠在裝配構(gòu)架50上制造出幾種不同型號(hào)的飛機(jī)的翼梁，折點(diǎn)46內(nèi)端側(cè)的立柱52都裝在一個(gè)板172上，該板是樞軸安裝的，以便圍繞著垂直軸線(xiàn)172轉(zhuǎn)動(dòng)，軸線(xiàn)172與折點(diǎn)46的軸線(xiàn)“K”相重合。板170的上表面上有一對(duì)用來(lái)安放導(dǎo)軌54的平行槽174，導(dǎo)軌54上滑動(dòng)地安裝了大約六個(gè)立柱52。從板170的前內(nèi)角伸出的機(jī)翼178的端部上有一個(gè)球形支座176，支座中裝有一個(gè)球形的支承球，當(dāng)板170下面的空氣軸承將板170升起時(shí)，該支承球能使板170圍繞著軸線(xiàn)172擺動(dòng)。從板170的后末端突伸的一個(gè)接頭180上有一個(gè)用來(lái)接納定位銷(xiāo)的精確的定位孔182，由此使板170能夠定位在固定到地板上的另一個(gè)板上的精確的定位孔中。為了裝配某一特定型號(hào)飛機(jī)的翼梁而配置的裝配構(gòu)架50，是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的工作，只需利用空氣軸承來(lái)移動(dòng)板170，將它移到接頭180上的定位孔182與地板上的定位孔相互對(duì)準(zhǔn)的位置，然后關(guān)閉空氣軸承，使板170下降并與地板牢固接觸。板170是大約27英尺長(zhǎng)、6英尺寬的鑄鋁板，其重量約5000磅，如圖32所示，其底面上甚至還可帶有X形的肋條結(jié)構(gòu)。因此，板170的重量以及在接頭182和機(jī)翼178處的連接，把它牢固地錨定在地板上。
當(dāng)裝配構(gòu)架開(kāi)始建立和準(zhǔn)備時(shí)，如圖12～15所示，要為每個(gè)立柱鉆出一系列的定位孔185，每個(gè)孔對(duì)應(yīng)了要在該裝配構(gòu)架50上組裝的一種型號(hào)飛機(jī)的翼梁，于是通過(guò)將每個(gè)立柱52前面的接頭190中的定位銷(xiāo)187插入到適當(dāng)?shù)亩ㄎ豢?85中，就很容易設(shè)定該立柱52沿其軌道的位置。這些定位孔185都被適當(dāng)?shù)貥?biāo)注，以便于工人在組建裝配構(gòu)架時(shí)快速和準(zhǔn)確地辨認(rèn)。
通過(guò)伺服電機(jī)192的調(diào)整，設(shè)定好橫向定位件56的垂直位置，伺服電機(jī)192驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿旋入到安裝在立柱52的垂直導(dǎo)軌上的一個(gè)滑塊中。立式銑床75對(duì)橫向定位件56進(jìn)行檢測(cè)，以確認(rèn)它們已經(jīng)到達(dá)了正確的垂直位置，如果垂直位置不正確，就要調(diào)整伺服電機(jī)。
通過(guò)壓縮氣缸194的作用，橫向定位件56完全延伸出來(lái)，定位桿196裝在氣缸194中。然后氣缸排氣，立式銑床75伸出它的臂80，與定位件56的前表面72相接觸，將每個(gè)定位件56推回到所需的位置，此時(shí)啟動(dòng)一個(gè)氣動(dòng)鎖定件200，將橫向定位件56鎖定在該所需位置。
支承臂60由定位銷(xiāo)202定位在立柱52上，并且由緊固件204固定。如圖33～36所示，在每個(gè)支承臂60端部上的端板206承載著一個(gè)用于定位銷(xiāo)64和66的定位組件210。安設(shè)定位銷(xiāo)64,66位置的第一個(gè)步驟是對(duì)端板206表面進(jìn)行加工(“face off”)，即銑削端板206的表面，從而使端板位于裝配構(gòu)架50中的一個(gè)垂直平面和正確的橫向位置上。用坐標(biāo)孔中的定位銷(xiāo)將垂直的鳩尾板槽212定位在端板206上，這些坐標(biāo)孔預(yù)先就已鉆在垂直鳩尾板212上，并且與立式銑床72在端板206上鉆的相應(yīng)坐標(biāo)孔相互對(duì)準(zhǔn)。如圖36中清楚所示，鳩尾榫板215在其背面上有一個(gè)垂直的鳩尾榫，它的前表面上有一個(gè)水平鳩尾榫，為了進(jìn)行垂直調(diào)整，板215裝在垂直鳩尾板212中，板212上的垂直鳩尾榫裝在板212的鳩尾槽中，當(dāng)立式銑床臂80上的探測(cè)頭確認(rèn)了板212處于正確的y向高度時(shí)，就由頂端216將它鎖定就位。水平鳩尾槽板218裝在鳩尾榫板215的水平榫上，以進(jìn)行平行于x軸的水平調(diào)整。將從鳩尾板218上連接和伸出的一個(gè)銷(xiāo)220，安裝到鎖定塊222中。定位銷(xiāo)64和66的安裝板224連接到該鎖定塊222上。鎖定塊222的下緣開(kāi)有用以安放球形鎖定銷(xiāo)226的垂直孔，鎖定銷(xiāo)226向上穿過(guò)底板230中的相應(yīng)的垂直孔，然后連接至鎖定塊222的下緣。在檢測(cè)程序中，當(dāng)裝在立式銑床臂80上的觸感探頭檢測(cè)鎖定塊222的位置時(shí)，鎖定塊222可以鎖定在對(duì)著水平運(yùn)動(dòng)的位置上，然后，當(dāng)翼梁30由于熱膨脹和安裝壓配緊固件而縱向伸長(zhǎng)時(shí)，鎖定塊222就可以沿x方向自由地水平移動(dòng)。裝有主定位銷(xiāo)64的定位組件210上的球鎖定銷(xiāo)226則保持在它的鎖定位置上，以建立起一個(gè)“x”參照位置，x軸從該位置開(kāi)始伸長(zhǎng)。
這樣就公開(kāi)了一種用于以高精度安裝飛機(jī)的翼肋和翼梁的系統(tǒng)。體現(xiàn)在本說(shuō)明書(shū)中的確定性裝配原理，是利用了具體零件和預(yù)裝件的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)特征之間的空間關(guān)系，這些關(guān)鍵結(jié)構(gòu)特征規(guī)定在數(shù)字設(shè)計(jì)中，并且由坐標(biāo)孔和其它的坐標(biāo)特征表現(xiàn)，由數(shù)控工具利用來(lái)自工程依據(jù)的原始的零件設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)將特征放入零件和預(yù)裝件中，由此控制具體零件在預(yù)裝件中的相對(duì)位置以及預(yù)裝件之間的相對(duì)位置關(guān)系，使得零件和預(yù)裝件能夠自行定位。這一原理不再需要已在飛機(jī)機(jī)架工業(yè)中使用了數(shù)十年的傳統(tǒng)的常設(shè)工藝設(shè)備，而且是第一次能夠由結(jié)構(gòu)中的零件自身，而不是由工具，來(lái)確定該結(jié)構(gòu)的輪廓和結(jié)構(gòu)中的相對(duì)尺寸，由此組裝大型的、重型的、撓性和半撓性的機(jī)械結(jié)構(gòu)。
用這種不再依靠固定工具的方式，現(xiàn)在組裝翼梁時(shí)就可以補(bǔ)償由于制造工藝，例如壓配緊固件和冷加工，所產(chǎn)生的變形，從而在制造過(guò)程中，在前期工藝所造成的變形可能已經(jīng)影響到其些關(guān)鍵構(gòu)件在機(jī)翼上的位置和方向后，仍然可以將這些關(guān)鍵構(gòu)件按照工程設(shè)計(jì)所規(guī)定的精確位置安裝到機(jī)翼上?，F(xiàn)在制造廠(chǎng)可以在CNC機(jī)床的實(shí)際范圍內(nèi)，制造由工程數(shù)據(jù)所提供的任何形狀和尺寸的翼梁，并且比使用固定的工具制造得更快，更精確。傳統(tǒng)的翼梁工具的制造和維護(hù)成本，以及用于這些固定工具的工廠(chǎng)地面空間的成本，都不再需要折舊和折算到飛機(jī)的成本中，而且現(xiàn)在能夠制造滿(mǎn)足特定用戶(hù)的特殊需求的翼梁。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本說(shuō)明書(shū)可以對(duì)所公開(kāi)的系統(tǒng)作出各種改進(jìn)和變化。然而應(yīng)當(dāng)清楚地認(rèn)識(shí)到，這些改進(jìn)和變化，以及它們的等效形式，都將認(rèn)為是屬于下面權(quán)利要求書(shū)所確定的本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1．一種精確地裝配零件的方法，包括將上和下翼弦裝配到腹板上以制造出翼梁，該方法包括將所述腹板沿著預(yù)定的空間方向、接近計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)機(jī)床而牢固地定位在一個(gè)夾具上；用探測(cè)器參照已知的固定位置檢測(cè)腹板上的坐標(biāo)特征，以確定所述腹板在所述夾具上相對(duì)于所述已知的固定位置的實(shí)際位置；用所述探測(cè)器檢測(cè)確定的所述坐標(biāo)特征在空間中的實(shí)際位置，來(lái)校正含有所述坐標(biāo)特征位置的機(jī)床程序；鉆出翼弦定位工具的坐標(biāo)孔，即由所述機(jī)床利用校正過(guò)的機(jī)床程序，把安裝在所述機(jī)床上的一個(gè)鉆頭引導(dǎo)到腹板上的安裝翼弦定位工具的位置；用穿過(guò)所述翼弦定位工具坐標(biāo)孔的緊固件，將翼弦定位工具臨時(shí)安裝到腹板上，所述每個(gè)翼弦定位工具上都有上和下接觸面，這兩個(gè)接觸面之間的垂直間隔與所述腹板上的所述翼弦要求的垂直間隔相一致；以精確的位置精度沿著腹板的上、下緣，將上、下翼弦分別支承在所述翼弦定位工具的上、下接觸面上；在所述的邊緣位置將上、下翼弦?jiàn)A持到所述腹板上；鉆出貫穿所述上、下翼弦和所述腹板的緊固件孔，并在所述緊固件孔中裝入緊固件；將所述緊固件固緊在所述緊固件孔中，以便牢固地將上、下翼弦固定在腹板上；以及拆下所述的翼弦定位工具。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括對(duì)所述上、下翼弦的端部和所述腹板端緣進(jìn)行修整，同時(shí)沿著預(yù)定的空間方向仍將上、下翼弦支承著，以便由于在緊固件與翼弦、腹板之間的壓配造成長(zhǎng)度伸長(zhǎng)之后，將所述的腹板和翼弦精確地修整到所要求的長(zhǎng)度。
3．如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述的鉆孔和修整步驟使用了安裝在所述機(jī)床上的鉆頭和切削刀具，利用建立在數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集基礎(chǔ)上的加工控制程序，將所述的機(jī)床引導(dǎo)到鉆孔位置和修整表面處，所述的數(shù)據(jù)集來(lái)源于零件的數(shù)字工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。
4．如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括利用腹板上的翼弦定位工具的坐標(biāo)孔，將肋柱安裝到腹板上。
5．如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述的定位包括利用支承立柱上的銷(xiāo)穿過(guò)所述腹板上的坐標(biāo)孔，將腹板安裝到所述支承立柱上，并且將所述腹板不可移動(dòng)地夾持在支承立柱上。
6．如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述的檢測(cè)包括用裝在所述機(jī)床上的檢測(cè)傳感器，測(cè)定所述支承立柱的關(guān)鍵的基準(zhǔn)尺寸，以確認(rèn)所述支承立柱的位置精度和所述機(jī)床的精度，進(jìn)而確認(rèn)裝在所述支承立柱上的所述腹板，已符合計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)集，以及確定在對(duì)腹板進(jìn)行鉆孔和作業(yè)時(shí)，所述數(shù)據(jù)對(duì)該腹板所能允許的偏差量。
7．如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括用所述機(jī)床在腹板上鉆出肋柱的坐標(biāo)孔，這些孔的位置配合所述肋柱上相應(yīng)的坐標(biāo)孔，因此當(dāng)肋柱上和腹板上的坐標(biāo)孔相互對(duì)準(zhǔn)時(shí)，就使所述肋柱精確地定位。
8．一種精確地裝配零件的方法，包括腹板上的上、下翼弦和肋柱，以制造出翼梁，該方法包括利用穿過(guò)腹板和支承立柱上的坐標(biāo)孔的銷(xiāo)，將所述腹板定位在支承立柱上，并將所述腹板不可移動(dòng)地夾持在支承立柱上；在腹板上鉆出肋柱的坐標(biāo)孔，這些孔的位置配合所述肋柱上相應(yīng)的坐標(biāo)孔，因此當(dāng)肋柱上和腹板上的坐標(biāo)孔相互對(duì)準(zhǔn)時(shí)，就使所述肋柱精確地定位；在所述腹板上的一些用于將翼弦定位工具安裝到腹板上的位置，鉆出翼弦定位工具的坐標(biāo)孔；用緊固件穿過(guò)上述的定位工具坐標(biāo)孔，從而將翼弦定位工具安裝到腹板上；以精確的位置精度沿著腹板的上、下緣將上、下翼弦分別支承到所述的翼弦定位工具上；在所述的邊緣位置處將上、下翼弦?jiàn)A緊到所述的腹板上；鉆出貫穿所述上、下翼弦和腹板的緊固件孔，并在所述緊固件孔中裝入緊固件；將所述緊固件固緊在所述緊固件孔中，以便牢固地將上、下翼弦固定在所述腹板上；拆下所述的翼弦定位工具；其中，所述鉆孔是由安裝在計(jì)算機(jī)控制的精密機(jī)床上的鉆頭和刀具完成的，利用直接來(lái)源于零件的數(shù)字工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)集，將所述機(jī)床引導(dǎo)到鉆孔位置。
9．如權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括利用所述腹板上的所述翼弦定位工具的坐標(biāo)孔，將所述的肋柱安裝到腹板上。
10．如權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括用裝在所述機(jī)床上的檢測(cè)傳感器測(cè)定所述支承立柱的關(guān)鍵的參照尺寸，以確認(rèn)所述支承立柱的位置精度和所述機(jī)床的精度，進(jìn)而確認(rèn)載裝在所述支承立柱上的所述腹板已符合計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)集的規(guī)定，以及確定在對(duì)腹板進(jìn)行鉆孔和作業(yè)時(shí)，所述數(shù)據(jù)對(duì)該腹板所能允許的偏差量。
11．一種制造翼梁的方法，包括將翼梁腹板掛在夾具上；用裝在數(shù)控機(jī)床上的探測(cè)器檢測(cè)所述腹板，以精確地確定所述腹板上的多個(gè)關(guān)鍵坐標(biāo)特征的空間位置；用數(shù)控機(jī)床在所述腹板上鉆出多個(gè)坐標(biāo)孔，所述機(jī)床按照一個(gè)程序來(lái)運(yùn)行，該程序結(jié)合了來(lái)自工程數(shù)據(jù)依據(jù)的機(jī)翼產(chǎn)品數(shù)字設(shè)計(jì)；所述的腹板坐標(biāo)孔精確地定位在腹板上的預(yù)定位置上，這樣上、下翼弦就能夠以一定的垂直間隔定位到腹板上，所述的垂直間隔是由所述數(shù)字機(jī)翼產(chǎn)品規(guī)定的；將所述翼弦?jiàn)A緊到所述腹板上；以及將翼弦在所述的預(yù)定位置緊固到所述腹板上，所述的預(yù)定位置是由數(shù)字機(jī)翼產(chǎn)品設(shè)計(jì)規(guī)定的。
12．如權(quán)利要求11所述的制造翼梁的方法，進(jìn)一步包括在所述的腹板由于肋柱位置前方的壓配緊固件而發(fā)生變形后，在所述腹板上為肋柱鉆出坐標(biāo)孔。
13．如權(quán)利要求11所述的制造翼梁的方法，進(jìn)一步包括在壓配緊固件造成翼梁變形之后，對(duì)所述翼梁進(jìn)行端部修整，使其長(zhǎng)度符合于數(shù)字產(chǎn)品設(shè)計(jì)的規(guī)定長(zhǎng)度。
14．如權(quán)利要求11所述的制造翼梁的方法，進(jìn)一步包括通過(guò)所述坐標(biāo)孔將翼弦卡規(guī)安裝到腹板上，所述翼弦卡規(guī)具有垂直間隔開(kāi)一段距離的上、下基準(zhǔn)面，所述的距離相等于數(shù)字機(jī)翼產(chǎn)品為所述上、下翼弦所規(guī)定的垂直間距，其中所述翼弦的垂直間隔等于該垂直間距；將翼弦?jiàn)A持到所述卡規(guī)上，以及在所述的由所述數(shù)字機(jī)翼產(chǎn)品設(shè)計(jì)所規(guī)定的預(yù)定位置，將翼弦緊固到腹板上。
15．一種翼弦定位工具，用于將一對(duì)帶有基準(zhǔn)面的翼弦以所要求的一定垂直間距和位置定位到腹板上，包括延伸的主體，在該延伸主體的上、下端附近分別有上下接觸表面；在所述主體位置上的坐標(biāo)特征，與腹板上的坐標(biāo)特征相對(duì)應(yīng)；這樣，當(dāng)主體和腹板上的坐標(biāo)特征相互配準(zhǔn)后，利用所述接觸表面就將所述主體在所述基準(zhǔn)面所要求的位置相對(duì)于腹板定位在腹板上；因此，通過(guò)所述主體上的坐標(biāo)特征與腹板上的坐標(biāo)特征相互配準(zhǔn)，所述主體就定位在腹板上，并且被固定在那里，并安放翼弦使其與所述主體的接觸表面相接觸，以便在要求的位置上使翼弦相互之間以及相對(duì)于腹板精確地定位。
16．如權(quán)利要求15所述的翼弦定位工具，進(jìn)一步包括分別連接在主體上、下端的夾具，所述夾具具有與所述翼弦相配合的、將所述翼弦?jiàn)A持靠在所述主體的接觸表面上的夾持臂。
17．如權(quán)利要求15所述的翼弦定位工具，進(jìn)一步包括位于所述主體上的支座，用于在一些位置上不受阻礙地與腹板相接觸；因此，當(dāng)所述的坐標(biāo)特征相互配準(zhǔn)時(shí)，以及當(dāng)所述支座與腹板相接觸時(shí)，所述主體就平行于所述腹板，并且所述主體固定在腹板上。
18．如權(quán)利要求17所述的翼弦定位工具，其中，在所述主體上的所述坐標(biāo)特征，包括穿過(guò)至少一個(gè)支座的坐標(biāo)孔，所述坐標(biāo)孔的尺寸能夠安放將主體臨時(shí)地固定在腹板上的臨時(shí)緊固件。
19．如權(quán)利要求15所述的翼弦定位工具，其中，所述腹板是翼梁腹板，每個(gè)翼弦包括一個(gè)垂直凸緣和一個(gè)呈角度的凸緣，以及所述主體的接觸表面各包括一個(gè)垂直表面和一個(gè)呈角度的表面，當(dāng)所述翼弦的垂直和呈角度表面，分別與所述主體的垂直和呈角度表面定位接觸時(shí)，所述主體的這些表面就各自以其獨(dú)特的方式使翼弦在要求的位置上定位。
20．如權(quán)利要求15所述的翼弦定位工具，其中，所述主體上的坐標(biāo)特征和接觸表面，是由所述機(jī)床使用來(lái)自所述數(shù)字產(chǎn)品設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)，在機(jī)床控制器控制下加工的。
21．一種裝配飛機(jī)機(jī)翼元件的方法，機(jī)翼元件具有帶上、下邊緣的直立腹板和上、下翼弦，上、下翼弦在所述腹板上的預(yù)定位置和以預(yù)定的垂直間距連接到所述腹板的上、下邊緣上，在所述的上、下翼弦之間確定了關(guān)鍵的機(jī)翼輪廓厚度，所述的機(jī)翼元件就安裝在該輪廓空間中，所述的方法包括沿著預(yù)定的空間方向牢固地支承腹板，并且一個(gè)由計(jì)算機(jī)操縱的機(jī)床控制器控制的精密機(jī)床可以接近該腹板；使用來(lái)自在所述零件的工程依據(jù)中的數(shù)字零件設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)為所述控制器編制控制程序；裝載和運(yùn)行所述的控制程序，以操縱所述的控制器和驅(qū)動(dòng)所述的機(jī)床，用安裝在所述機(jī)床上的切削工具在腹板上加工坐標(biāo)特征；使加工的所述坐標(biāo)特征與翼弦上的坐標(biāo)特征相互配準(zhǔn)，以便在預(yù)定的位置將所述翼弦高精度地定位在腹板上；在所述腹板的預(yù)定位置和以翼弦之間的預(yù)定的垂直間距，將翼弦?jiàn)A緊到腹板上；以及在所述的預(yù)定位置將翼弦緊固到腹板上。
22．如權(quán)利要求21所述的裝配機(jī)翼元件的方法，其中，所述的將翼弦緊固到腹板上的方法包括在機(jī)床的程序控制器的控制下，采用一個(gè)包含了所述數(shù)字機(jī)翼產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的、并且該數(shù)據(jù)確定了緊固件孔的位置的程序，由所述機(jī)床上的鉆頭鉆出穿透所述腹板和翼弦的緊固件孔；以及在所述孔中插入緊固件，并將緊固件緊固就位，以使翼弦緊固在腹板上。
23．如權(quán)利要求21所述的裝配機(jī)翼元件的方法，進(jìn)一步包括在機(jī)床的程序控制器的控制下，用一個(gè)包含了所述數(shù)字機(jī)翼產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的、并且該數(shù)據(jù)確定了機(jī)翼產(chǎn)品長(zhǎng)度的程序，由所述機(jī)床上的切削工具將所述腹板和翼弦修整到數(shù)字產(chǎn)品設(shè)計(jì)中所規(guī)定的元件長(zhǎng)度。
24．如權(quán)利要求21所述的裝配機(jī)翼元件的方法，進(jìn)一步包括在完成了緊固步驟以及由于緊固步驟而造成機(jī)翼元件伸長(zhǎng)之后，在機(jī)床的程序控制器的控制下，用一個(gè)包含所述數(shù)字機(jī)翼產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的、并且該數(shù)據(jù)確定了安裝坐標(biāo)孔的位置的程序，用所述機(jī)床上的鉆頭在所述的機(jī)翼元件上鉆出至少一個(gè)安裝坐標(biāo)孔；這樣，當(dāng)所述的安裝坐標(biāo)孔與機(jī)翼中其它機(jī)翼元件上的相應(yīng)的坐標(biāo)特征相互配準(zhǔn)時(shí)，就將所述的機(jī)翼元件定位在所述機(jī)翼中的一個(gè)位置上。
25．如權(quán)利要求21所述的方法制造出飛機(jī)機(jī)翼元件。
26．飛機(jī)機(jī)翼元件，包括直立的延伸腹板，它具有用來(lái)固接上、下翼板的上、下凸緣，所述凸緣上鉆有安裝坐標(biāo)孔，用以將機(jī)翼元件相對(duì)于翼板精確地定位，以制成機(jī)翼殼體；所述的安裝坐標(biāo)孔是在機(jī)床的程序控制器控制下，由機(jī)床上的鉆頭鉆在所述凸緣上；所述的程序控制器用一個(gè)包含數(shù)字機(jī)翼產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的程序編程，該數(shù)據(jù)來(lái)自最終的工程依據(jù)，該工程依據(jù)確定了所述安裝坐標(biāo)孔的位置，以便當(dāng)所述的安裝坐標(biāo)孔與翼板上的相應(yīng)的坐標(biāo)孔相互配準(zhǔn)時(shí)，把所述的機(jī)翼元件相對(duì)于翼板定位在由數(shù)字機(jī)翼產(chǎn)品設(shè)計(jì)所規(guī)定的位置上。
27．如權(quán)利要求26所述的飛機(jī)機(jī)翼元件，進(jìn)一步包括分別固接在腹板的上、下邊緣處的上、下翼弦，所述的上、下凸緣分別是上、下翼弦的一部分，在所述翼弦和腹板上的緊固件孔中延伸穿過(guò)的緊固件，用于將翼弦緊固到腹板上；通過(guò)翼弦和腹板上的坐標(biāo)特征的相互配準(zhǔn)，使所述翼弦定位在腹板上。
28．如權(quán)利要求26所述的飛機(jī)機(jī)翼元件，進(jìn)一步包括至少一個(gè)所述的緊固件孔被定位在所述腹板和翼弦上的公共坐標(biāo)孔的位置上。
29．一種確定性裝配的飛機(jī)翼梁，包括直立延伸的腹板；由延伸穿過(guò)“翼弦-腹板”緊固件孔的“翼弦-腹板”緊固件，固接到所述腹板上的上、下翼弦；由延伸穿過(guò)“肋柱-腹板”緊固件孔的“肋柱-腹板”緊固件，固接到所述腹板上的肋柱；至少一些“肋柱-腹板”緊固件孔，與“肋柱-腹板”坐標(biāo)孔在位置上相重合，所述的“肋柱-腹板”坐標(biāo)孔是在機(jī)床的程序控制器控制下，由精密機(jī)床鉆出，所述的程序控制器使用了一個(gè)包含數(shù)字產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的程序，該數(shù)據(jù)來(lái)自最終工程依據(jù)，該工程依據(jù)確定了所述“肋柱-腹板”坐標(biāo)孔的位置，以便當(dāng)所述的“肋柱-腹板”坐標(biāo)孔與腹板上的相應(yīng)的坐標(biāo)孔相互配準(zhǔn)時(shí)，把所述的肋柱相對(duì)于腹板定位在由數(shù)字機(jī)翼產(chǎn)品設(shè)計(jì)所規(guī)定的位置上。
30．如權(quán)利要求29所述的確定性裝配的飛機(jī)翼梁，其中，在緊固之前，通過(guò)使翼弦上的坐標(biāo)特征相對(duì)于在腹板上精確加工的坐標(biāo)特征相互配準(zhǔn)，使上、下翼弦相互之間以及相對(duì)于腹板定位。
31．如權(quán)利要求30所述的確定性裝配的飛機(jī)翼梁，其中，所述翼弦上的和腹板上的坐標(biāo)特征的相互配準(zhǔn)，包括翼弦定位工具上的坐標(biāo)孔與所述腹板上的坐標(biāo)孔相互對(duì)準(zhǔn)，以及翼弦定位工具上的接觸表面與翼弦上的基準(zhǔn)面相互配合。
32．如權(quán)利要求31所述的確定性裝配的飛機(jī)翼梁，其中，所述翼弦的基準(zhǔn)面包括上表面，該上表面與裝配后的機(jī)翼殼體中的所述翼板相接觸。
33．如權(quán)利要求29所述的確定性裝配的飛機(jī)翼梁，其中，至少將多個(gè)所述的“肋柱-腹板”坐標(biāo)孔用于所述翼弦定位工具的定位。
全文摘要
公開(kāi)了制造飛機(jī)翼梁(30)的方法和裝置。該裝置包括用來(lái)夾持翼梁腹板(45)的夾具(52),以便由精密數(shù)控機(jī)床(85)進(jìn)行鉆孔和修整。裝置還包括用來(lái)將一對(duì)翼弦(40,42)定位在腹板(45)上的翼弦工具(95)。該方法的步驟包括,在夾具(52)上使翼梁腹板(45)定位,確定腹板(45)在裝置(52)上相對(duì)于固定的已知位置的實(shí)際位置,根據(jù)確定步驟的結(jié)果校正機(jī)床(85),在腹板(45)上鉆出翼弦定位工具的坐標(biāo)孔,通過(guò)緊固件穿過(guò)坐標(biāo)孔和腹板(45)上的相應(yīng)坐標(biāo)孔,而將翼弦工具(95)臨時(shí)安裝到腹板(45)上,將上下翼弦(40,42)支承在翼弦工具(95)上,將翼弦(40,42)夾緊到腹板(45)上,然后由穿過(guò)相應(yīng)孔的緊固件,把翼弦(40,42)緊固到腹板(45)上。
文檔編號(hào)G05B19/401GK1213999SQ97193197
公開(kāi)日1999年4月14日 申請(qǐng)日期1997年3月21日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月22日
發(fā)明者克萊頓·L·芒克, 保羅·納爾遜, 戴維·E·斯特蘭德 申請(qǐng)人:波音公司