柔性轨道多轴工具机及方法

专利名称：柔性轨道多轴工具机及方法
技术领域：
本发明一般涉及一种制造工具和自动化。更具体地说，本发明涉及安装有轨道的工具机(machine tools)和自动定位系统。
背景技术：
自早期采用硬壳体航空结构的历程以来，传统的飞机制造过程包括制造型板(templates)并将这些型板对准于机身和飞机翼面壳体上，然后利用手持钻具在型板上钻一些通孔，以便制备出用于安装铆钉和螺钉的航空结构。于是，由于人的操作速度往往限制了在这种结构中设置孔，而且还需要仔细检查。
理论上可开发出大而重的机器人设备，通过把这种机械器人设备例如安置在与工件分离的安装基底上，就能在如航空结构之类的工件上的任何部位设置孔，但钻孔精度受机器人设备中的位置传感器限制。然而，这种设备还未被研发出来，或者对常规使用而言未显示出经济可行性。但是，业已证明，将具有一定的自动化程度的制造设备直接连结到修建中(underconstruction)的工件的一部分上是可行的，其中，对于定位而言，实用的理想标准包括精度、适应性、速度、低制造成本、重量轻和尺寸紧凑。
对于可能形成的常规的平的和/或直的表面而言，在大多数有限的情况中，沿机身的纵轴线各种机器人工具可能是有效的。例如，在早期的方案中，利用如螺钉之类的常规固定件将基本为刚性的轨道临时与工件连结。可以通过手动或利用机动定位器使钻具沿轨道运动到邻近轨道的一些连续的、钻具可钻出整齐的笔直的孔的位置。然后，使钻具前进，直到沿直线钻出所需的全部孔为止。
上述方法和设备具有一些特征，即，能非常精确地钻出一系列的孔，并且具有相当的速度，但是也存在一些缺陷，例如，首先必须正确地确定与轨道相连结的安装孔的位置。此外，轨道的安装和拆卸容易损害工件。再者，对齐是至关重要的也是很费时的。而且，所需的孔中可能只有百分比很少的孔合适地位于一条直线上，因此，设计钻进模式、制备安装孔以及反复地对轨道重新定位是很麻烦的。此外，如注意到的那样，由于刚性轨道不能横向弯曲，因此，例如上述工具不能沿周向被定位在机身上，通常也不能沿顺翼展方向之外的任何方向被定位于机翼上。
不仅上面所描述的设备、而且现有的其他设备也存在的另一缺陷是用于这种设备的钻进部件的运动范围受到局限。常规的工具可利用两条轨道来提供牢固的基底，然后横过工件运动工具架。即使工具架能在这些轨道之间以及沿着这些轨道运动，仍不能在由这两条轨道所确定的运动范围之外执行操作。
因此，期望提供一种柔性轨道工具机的(操作)方法(machine toolmethod)以及能适应具有相当大的曲率的工件表面的设备，这种柔性轨道工具机能在工件上的操作区域(work zone)内钻出一些孔。此外，还期望这种工具无需人工重新定位就能沿至少一条轴线横向于表面运动，并且基本上无需人工介入就能垂直于一表面进行钻孔。另外，还期望这种工具能够在由轨道系统连结轨迹(attachment footprint)所限定的运动范围之外进行钻孔。再者，还期望这种工具能够把期望的孔位置从参考座标系变换到保持固定的(as-affixed)座标系。此外，还期望这种工具便于安装，也易于从工件上拆卸下来。

发明内容
本发明在很大程度上满足了上述需要。在本发明一实施方式中，提供了一种柔性轨道工具机(操作)方法和设备，这种设备能适应于具有相当大的曲率的工件表面并能在工件上的操作区域内执行如钻孔之类的操作。另一方面，这种柔性轨道工具机(操作)方法和设备无需人工重新定位还能沿至少一条轴线横向于一表面运动，并能垂直于一表面执行如钻孔之类的操作。又一方面，这种柔性轨道工具机(操作)方法和设备还能在其连结装置的边界外侧执行如钻孔之类的机加工操作。再一方面，这种柔性轨道工具机(操作)方法和设备还能够把期望的孔位置从参考坐标系变换到保持安装的(as-installed)坐标系。另一方面，此柔性轨道工具机(操作)方法和设备便于安装并能方便地从工件上拆卸下来。
根据本发明一实施方式，一种用于在工件上进行加工的柔性轨道工具机包括与所述工件耦连的主轨道；工具架；位于工具架上的端部操纵器，其中，该端部操纵器是用于实现机加工工具功能(machine tool function)的机构；相对于主轨道连结和支撑工具架的第一支撑机构，其中，该第一支撑机构位于工具架的第一最大横向范围和工具架的第二最大横向范围之间。
根据本发明另一实施方式，用于在工件上进行加工的柔性轨道工具机包括用于可脱开地将主轨道与工件耦连的器具；用于在工件上执行切割、固定、测量、加热和其它加工操作的器具；用于对工件执行加工操作的器具进行定位的器具。
根据本发明的又一实施方式，一种用于在工件上执行机加工操作的方法包括步骤相对于所述工件定位主轨道；相对于工件以均匀距离间隔主轨道；可脱开地使主轨道与工件耦连；相对于主轨道固定机加工工具(machining tool)；利用机加工工具在工件上执行切割、固定、测量、加热和其它操作。
为了更好地理解本发明的详细描述以及更好地理解本发明对现有技术的贡献，上面已对本发明的一些实施方式进行了相当广泛的概述。当然，下面还将对本发明的其它一些实施方式进行描述，这些实施方式将构成所附权利要求的主题。
在这方面，在详细描述本发明的至少一种实施方式之前，应当理解，本发明不局限于下面所描述的或图中所示出的结构细节和部件布置。除了那些已被描述和已被实施的实施方式外，本发明还可以多种方式实施。此外，还应当理解，在这里以及摘要中所采用的表述方式和术语是为了描述的目的，而不应看作是对本发明的限制。
如所指出的那样，本领域技术人员应懂得，利用已公开的构思可以方便地设计出可实现本发明的一些目的的其它结构、方法和系统。因此，重要的是，权利要求应被认为涵盖了未超出本发明的构思和范围的那些等同结构。


图1是第一透视图，它示出了本发明一优选实施方式的用于轨道之间进行钻孔的柔性轨道工具机，图中示出了适当的外盖；图2是图1所示的柔性轨道工具机的近视图；图3是图1所示的柔性轨道工具机的第二透视图，它被构造成用于悬臂式机加工，图中示出了拆去一些盖的情况；图4是所示柔性轨道工具机的侧视图，图中省去了一些盖、框架、和一些附加的硬件，但示出了全部的三条轨道；图5是从图3所示的视点所看到的柔性轨道工具机的透视图，图中省去了某些附加的框架件，但包括了全部轨道。
图6是图1所示的柔性轨道工具机的端视图，图中省去了一些结构装置和壳体；图7是从图1所示的柔性轨道工具机下方看到的透视图；图8的透视图示出了本发明另一实施方式的利用反作用脚代替第二轨道的情况。
具体实施例方式
根据本发明一实施方式，提供了一种用于将工具架放置在沿一或多条轴线具有相当大的曲率的工件上方的轨道系统。在此示例性实施方式中，通过利用主轨道系统来实现工具架在轨道悬挂系统上的平稳运动，该主轨道系统包括一或多根相当长且宽、平的柔性轨道，这些柔性轨道具有V形的轨道棱面，该轨道棱面与工具架上如滚子之类的相配合的支撑装置接触。在本示例性实施方式中，利用工具架上的小齿轮和设置在主轨道内的齿轨通过马达沿平行于轨道棱面的轨道系统轴线(在下文中被称做纵轴线)驱动工具架。
工具架能沿着和围绕着多根轴线进行自动推进运动。工具架除了具有一些滚子和马达驱动以使其通过主轨道的纵向范围外，还可使其配置有横轨道，优选的是，可将这些横轨道设置成与主轨道呈直角，并且对于这些横轨道而言，用与所述纵向马达驱动分开的马达驱动使其自动地横向定位。此外，优选的是，用于机加工的卡盘或心轴也能通过马达转动。类似地，通常需要带有如钻头之类的机加工工具(machine tool)的工具架，并利用另外的马达驱动将所述工具插入/拉出所述工件。此外，理想的是，通过使工具架倾斜来调节相对于工具架的透入角度，这可能还需要另外的马达驱动。其它期望具有的功能可包括把一种类型的机加工工具更换成另一种机加工工具；或增加多个工具以及一些用于测量位置的附属装置；把一些紧固件稳定地从分配器插入预先制备的孔内；或其它各种有用操作。
为便于说明，术语“端部操纵件”被用作概括性术语，它包括例如“钻头”、“研磨件”、“插入件”、“测量探针”以及柔性轨道工具机可采用的其它适合的功能件。
为便于公开，将沿主轨道纵轴线的运动称作X-轴运动。将相对于主轨道的横向运动但仍然基本平行于工件的中间表面(mean surface)的运动称作Y-轴运动。将端部操纵件穿透工件的冲击运动称作Z-轴运动。将使端部操纵件相对于工具架X-轴线倾斜、致使该端部操纵件能相对于工具架呈角度地进入所述工件称作A-轴运动。端部操纵件围绕Y-轴的倾斜、即为B-轴运动不是本示例性实施方式的特征。将围绕Z-轴的端部操纵件心轴转动称作C-轴运动。除了这些运动外，还要向工件预施加压力。此外，还要设置补偿器，以便对整个工具架围绕A-轴的取向进行微调。
优选的是，利用带有间隔销的真空吸盘使主轨道与工件连结。所描述的轨道是相当长、宽且薄的轨道，它相对于旁曲而言在弯曲和扭转的同时可具有相当的刚性，以与工件相适应。利用与轨道连结并拉靠于(drawnagainst)工件的多个优选高度一致的刚性间隔销可实现与工件的轮廓大体一致。这种高度一致性有利于使轨道至工件的间距一致，而这种轨道至工件的间距一致性又可使X-轴定位的精确性最高。保持力来自于各类力源中的任一种，其中之一是来自外部真空源的真空，将真空施加到围绕每个间隔销或成组的间隔销的弹性座上。通过采用足够大的总真空座表面积可将柔性轨道工具机以任何有效的取向连结到工件上。
工具架可包括对其的一或多个运动进行自动位置监测，因而能非常精确地知道工具相对于工件的位置。可将此功能扩展至包括位置的计算修正，致使例如工具架上的监测器能识别工件上的参考位置，并把这些参考位置发送到处理器，该处理器能对传到工具架的指令进行校准，以有效地执行座标转换，并在期望不考虑初始轨道放置的不确定性之处自动进行钻孔。
下面将参照附图对本发明一些优选实施方式进一步进行描述，在所有这些附图中，相同的附图标记表示相同的部件。
图1是柔性轨道工具机10的总体透视图。柔性轨道工具机10包括工具架12，该工具架座落在主轨道22和副轨道38上，这些轨道把工具架12耦连到工件14上。
图2是图1所示的柔性轨道工具机10的放大图，它更详细地示出了工具架12，并示出了将工具架12跨坐于两轨道22和38的短段上的情况。可以看出，图2所示的设备装有多个盖(包括由附图标记16、18、20表示那些盖)。位于工具架12中心附近的主轨道22被切割有齿轮齿轨(gear tooth rack)24并利用间隔销26和真空吸盘28被装配在下面。第一侧框架件30使工具架12具有结构整体性。此外，从图中还可以看到V形滚子32、第一主轨道滚子支撑臂34、以及第一主轨道枢轴36。
在图2的前部是副轨道38，此处因为在这种结构中这两条轨道的配置横跨端部操纵件40涉及的范围，副轨道38被称作跨越轨道(spanned rail)。与中心轨道22相似，跨越轨道38配备有一些间隔销42和真空吸盘44，图1中部分地示出了这些真空吸盘44中的两个吸盘。图中示意性地示出了通过软管30与真空吸盘28和44相连接的真空源128，以便提供附着力。图中还示出了用于跨越轨道38的跨越轨道支撑机构46，其包括向跨越轨道38提供直接支撑的跨越轨道V形滚子48；与跨越轨道V形滚子48结合的短横向轨道50；使工具架12独立于跨越轨道38运动的横跨的V形滚子52；用于将跨越轨道支撑机构46固定到工具架12上的跨越支撑支架54。
直接耦连到工具架12上的主轨道22可使工具架12只绕A轴自由转动。副轨道38的松耦连使工具架12可相对于副轨道38沿侧向(沿Y-轴方向)浮移(float)，并可以进行A-轴转动和不受妨碍的X-轴运动。这样，在副轨道38提供稳定性和支撑的同时可将主轨道22作为基准。于是，可使副轨道38随沿复杂弯曲的工件14上的非平行路径移动而不会引起耦连设备弯曲。
在本示例性实施方式中，用于副轨道的耦连机构、即图中所示的跨越支撑支架54具有一些安装槽56。穿过这些槽56的螺栓可对工具架12的安放态式(stance)进行调节。理想的情况应当是动态地进行这种态式调节，例如在工作期间在计算机控制下进行调节，那么，就可以把马达驱动的、装配有传感器的致动器设置在跨越支撑支架54和工具架12之间。
图3是该柔性轨道工具机10的第三个透视图，其中省去了一些盖(图2所示的16、18和20)，在该透视图中，卸去了跨越轨道38并增加了配备有间隔销58和真空吸盘60的悬臂式轨道56，该悬臂式轨道利用悬臂式轨道支撑机构62被连结到工具架12上，所述悬臂式轨道支撑机构包括用于为悬臂式轨道56提供直接支撑的悬臂式轨道V形滚子64；与悬臂式轨道V形滚子64结合的短横向轨道66；使工具架12独立于悬臂式轨道56运动的悬臂横向V形滚子68；在本示例性实施方式中为悬臂支撑支架70的、用于将悬臂式轨道支撑机构62固定到工具架12上的耦连机构。
在这种间跨结构中，图中所示的悬臂支撑支架70具有一些安装槽72。通过调节穿过这些槽72的螺栓可调节工具架12的安放态式。如果希望动态地进行这种态式调节，例如在工作期间在计算机控制下进行调节，则可将马达驱动的配备有传感器的致动器设置在悬臂支撑支架70和工具架12之间。
通过从间跨结构转换成悬臂结构可使端部操纵器40在工件边缘附近或在过度弯曲的或结构支撑下面较弱的区域中进行操作，从而扩展了柔性轨道工具机10的加工能力。应注意的是，用于这两种结构的连结硬件可以不同，因此，尽管在前面的一些实施方式中，对于这两种结构优选采用相同的部件，但在另一些实施方式中，从一种结构转换成另一种结构可能需要不同的部件，。
图3示出了柔性轨道工具机10的一些附加特征。在一些实施方式中，可以从马达80利用传动带78向端部操纵器心轴76提供动力(C-轴运动)。图中示出了利用带齿的传动带84从带齿的驱动轮86到一对带齿的从动轮88将力矩施加到驱动螺钉和驱动螺母(被包在立柱90内)上，从而升起和降下横向心轴支撑臂92，从而通过转动致动器82驱动端部操纵器心轴76前进(Z-轴运动)。
作为参考，图4-7示出了跨越轨道38和悬臂式轨道56。尽管典型的实施方式可利用其中一个或另一个，但是，对于某些实施方式而言，优选两者都使用。
图4的侧视图示出了上述特征和用于使驱动心轴76倾斜(A-轴运动)的机构。利用借助于球面轴承96被连接到端部操纵器40上的倾斜致动器94就能实现倾斜。弧形轨道98可使心轴76基本上围绕与工件接触的点100枢转。
图5的透视图示出了处于操作方位的一些关键元件。在该图中可以看到与两条弧形轨道98的局部和相联的倾斜致动器94一起的横向(Y-轴)致动器102和一条横向轨道104。横向轨道104被连结到工具架12的框架上，在该图中可以看到该框架的端部单元106、108和中间单元110的局部。
图5还示出了带有齿轨24、间隔销26以及真空吸盘28的主轨道22的细节。所示出的包括马达、并且根据实施方式的具体情况还可包括齿轮减速器、编码器和马达驱动电子组件的驱动机构被安装在纵向驱动壳体112内。小齿轮被封闭在小齿轮护罩114内。驱动壳体112和小齿轮护罩114与第二主轨道滚子支撑臂116形成为整体组件。
图6与图5是基本相同的视图，其中的一些安装设备被省去了。在该透视图中，可以看到第一主轨道滚子支撑臂34、第二主轨道滚子支撑臂116、和第三主轨道滚子支撑臂118、及将所述三个臂34、116、118连在一起的主轨道驱动耦连弹簧120。应当注意的是，第一主轨道滚子支撑臂34通过枢轴36与第一侧框架件30耦连；可以利用等同的枢轴支撑第三主轨道滚子支撑臂118。这两个臂能承载工具架12的重量，同时第二主轨道滚子支撑臂116将纵向的轴向力从X-轴驱动机构耦合到主轨道22上。
与圆形齿轮的平面投影的节线相对应的齿轨的俯仰平面(pitch plane)是有效平面，在齿轨和小齿轮的两个部件之间的耦连运动中，驱动小齿轮通过该有效平面起作用。具有厚度的挠性物体的中合面(neutral plane)通常是位于该物体内的一平面，在物体弯曲期间，该中合面在所关注的方向上尺寸没有改变。例如，这可以是由在所关注的方向上结构基本均匀的材料制成的柔性板的中间平面。
优选通过恰当地制造使经加工的齿轨24的俯仰平面位于主轨道22的中合面上。结果，主轨道22可顺从于工件14(见图1)弯曲，从而能使从动轴的长度基本保持不变，因此基本上可从位置计算中消除这种误差项。于是，小齿轮的角向位置与工件14上的工具架12的纵向位置之间的相互关系可以工件14的已知表面长度为基础，而无需进行曲率修正。
耦连弹簧120的扭转柔性(torsional limberness)使得通过主轨道22的扭曲来适应工件14的扭曲，并使端部操纵器40上具有最小的扭转负载误差。由于主轨道22被用作空间基准，因此，副轨道38能适应方位略微不同的一部分工件表面，并且副轨道38的反作用功能基本上不受影响。
耦连弹簧120也可选择其它的实施方式，这些实施方式例如包括拉紧缆索(cable in tension)、杆、和与第二支撑臂116耦连的框架中的十字槽。这些实施方式的每一种都可将来自小齿轮的X-轴向力耦合到工具架12上。
图7是该柔性轨道工具机的一优选实施方式的底视图，图中也示出了跨越和悬臂式轨道两者。在该图中，与端部操纵器预加载机构122一起分别示出了第一和第二标准化的传感器(normalizing sensors)118，120。可用标准化的传感器118和120监测端部操纵器心轴76(见图3)是否被定位成在允许误差范围内垂直于工件。假设工件14表面在某一范围上基本均匀地弯曲，例如在两个标准化的传感器118、120之间的跨度范围内基本均匀地弯曲，并且两个传感器118和120的偏移大致相等，这就意味着它们在大致垂直于端部操纵器心轴76轴线的某一点的每一侧上与工件14的表面相交。在要用机加工工具进行加工的表面的宽范围内，这种假设通常是正确的。在使用过程中，处理器能接收来自两个传感器118和120的测量值并产生校正函数，控制致动器94倾斜(A-轴)(见图4)，调节端部操纵器40的角度以便达到常态、即垂直于工件。可以规定Y轴补偿以确保将孔设置在包括垂直度补偿的期望位置；可将这种修正引入到位置控制处理器算法内。
通过增加另外一对传感器来测量B-轴误差可监测第二轴的垂直度。借助于适当设置转换器，B-轴传感器之一可以是传感器118或传感器120，其测量值被第二次使用。增加B-轴运动，可能需要附加的支承系统和致动器。
预加载机构122能向工件施加大致等于在机加工期间例如钻孔期间所施加的总力的初始力。由于随之施加有工具力，因此，可调节预荷载122，以便在整个工具循环中使总力基本保持恒定。
图8是另一实施方式的透视图，它示出了带有气动致动器126的反作用脚124，以便在工具驱动期间抵抗由预加载机构122所施加的力。尽管在图1-7中所示的柔性轨道工具机10的实施方式中采用了带有至少两组真空吸盘的轨道结构，但是应当知道，也可以利用连结到工具架12上的反作用脚124来代替副轨道，或者利用没有真空吸盘的副轨道来作为非平移反作用元件。
尽管本柔性轨道工具机10可用于航空制造，但是应当知道，它也可用于造船、土木工程以及其它工业中的制造和结构。同样，在这里所公开的工具尺寸适用于航空制造，但是应当知道，较大的工具适用于较大的制造项目，而对于小型应用则期望采用具有相应精度和能独立操作的非常小的工具。能在诸如水下这样的恶劣环境中操作同样可以是本发明另外一些实施方式的一个理想特征。把这种设备连结在太空或其它高度真空的环境中、和连接到粗糙或多孔表面上、以及连接到不适合真空用途的其它环境中，可能需要借助于一些机械夹子或紧固件，或借助于磁性的或涡流耦连装置。
本示例性实施方式中示出的工具架构成为钻具。这种工具架也可适用于其它功能。例如，带有多个钻头的钻具可包括自动更换钻头，或者钻各种大小的孔或者利用几个钻头钻出规定数量的每个孔，将磨损的钻头搁置一边直到重新被磨成锋利或丢弃为止。类似地，工具可包括例如量规、紧固器插入件、磨轮、焊接器、胶粘剂涂敷器、加热器、固化灯(curing lamps)、蒸煮袋(pressure pads)、超声检验器、以及其它适用于自动或遥控用途的任何工具。
通过对本发明的详细描述，可以清楚地理解本发明的许多特征和优点，因此，所附权利要求旨在涵盖落入本发明构思和范围内的所有这些特征和优点。此外，对于本领域技术人员而言，很容易对本发明作出很多变型和变换，因此，本发明并不局限于在这里所描述和图示的确切结构和操作，所采用的各种适当的变型和等同方案都将落入本发明保护范围内。
权利要求
1.一种用于在工件上进行加工的柔性轨道工具机，包括与所述工件耦连的主轨道；工具架；位于所述工具架上的端部操纵器，其中所述端部操纵器是执行机加工工具功能的机构；及相对于所述主轨道连结和支撑所述工具架的第一支撑机构，其中所述第一支撑机构处于所述工具架的第一最大横向范围和所述工具架的第二最大横向范围之间。
2.根据权利要求1所述的柔性轨道工具机，其中，所述第一支撑机构一般处于所述工具架的第一横向范围和所述工具架的第二横向范围之间的中间。
3.根据权利要求1所述的柔性轨道工具机，其中，所述端部操纵器位于所述工具架的第一最大横向范围的近端和位于所述工具架的第二最大横向范围的远端。
4.根据权利要求1所述的柔性轨道工具机，其中，还包括真空源。
5.根据权利要求1所述的柔性轨道工具机，其中，所述主轨道还包括与所述主轨道连结的多个第一间隔销，其中使所述间隔销与所述工件接触，借此在多个第一位置处在所述主轨道和工件之间确定出设定距离。
6.根据权利要求5所述的柔性轨道工具机，其中，所述主轨道还包括与所述多个第一间隔销连结的多个第一真空吸盘，借此，在施加真空的情况下，所述间隔销可释放地被吸到与所述工件接触，所述主轨道相对于所述工件基本上固定不动；及位于所述真空源和所述多个第一真空吸盘之间的互连路径。
7.根据权利要求3所述的柔性轨道工具机，其中，还包括与所述工件耦连的副轨道；相对于所述副轨道连结并支撑所述工具架的第二支撑机构；及与所述副轨道连结的多个第二间隔销，其中使所述间隔销与所述工件接触，借此在多个第二位置处所述副轨道和工件之间确定出设定距离。
8.根据权利要求7所述的柔性轨道工具机，其中，所述第二支撑机构在所述工具架的第一最大横向范围处与所述工具架相连接。
9.根据权利要求7所述的柔性轨道工具机，其中，所述第二支撑机构在所述工具架的第二最大横向范围处与所述工具架相连接。
10.根据权利要求7所述的柔性轨道工具机，其中，所述副轨道还包括与所述多个第二间隔销连结的多个第二真空吸盘，借此，在施加真空的情况下，所述间隔销可释放地被吸到与所述工件接触，所述副轨道相对于所述工件基本上固定不动；及位于所述真空源和所述多个第二真空吸盘之间的互连路径。
11.根据权利要求1所述的柔性轨道工具机，其中，所述主轨道还包括第一凸V形槽，其构成所述主轨道的第一最大横向范围，其中所述第一凸V形槽在所述主轨道的整个范围上大致是直的和均匀的；及第二凸V形槽，其构成所述主轨道的第二最大横向范围，其中所述第二凸V形槽大致平行于所述第一凸V形槽。
12.根据权利要求1所述的柔性轨道工具机，其中，所述第一支撑机构还包括第一支撑滚子，其具有靠在所述主轨道的所述第一凸V形槽上的第一周向凹V形槽；第二支撑滚子，其具有靠在所述主轨道的所述第二凸V形槽上的第二周向凹V形槽；及第一支撑臂，借此固定所述第一支撑滚子和所述第二支撑滚子，使之保持基本固定的相互关系。
13.根据权利要求12所述的柔性轨道工具机，其中，所述第一支撑机构还包括枢轴，借此所述第一支撑臂与所述工具架连结。
14.根据权利要求1所述的柔性轨道工具机，其中，所述主轨道还包括被切割成所述主轨道的齿轮齿轨。
15.根据权利要求14所述的柔性轨道工具机，其中，所述齿轮齿轨还包括基本上与所述主轨道的曲率的中合面相一致的俯仰平面。
16.根据权利要求7所述的柔性轨道工具机，其中，所述第二支撑机构还包括第三支撑滚子，其具有靠在所述副轨道的所述第一凸V形槽上的第三周向凹V形槽；第四支撑滚子，其具有靠在所述副轨道的所述第二凸V形槽上的第四周向凹V形槽；及第二支撑臂，借此所述第三支撑滚子和所述第四支撑滚子保持固定的相互关系。
17.根据权利要求16所述的柔性轨道工具机，其中，所述第二支撑机构还包括与所述第二支撑臂呈一整体并耦连的横向第二支撑轨道，其中所述横向第二支撑轨道还包括直的第一凸V形槽，其包括所述横向第二支撑轨道的局部前方范围；直的第二凸V形槽，其平行于所述第一凸V形槽，并包括所述横向第二支撑轨道的局部后方范围；第五支撑滚子，其内设置有靠在所述横向第二支撑轨道的所述第一凸V形槽上的第五周向凹V形槽；第六支撑滚子，其内设置有靠在所述横向第二支撑轨道的所述第二凸V形槽上的第六周向凹V形槽；安装支架，借此固定所述第五支撑滚子和第六支撑滚子，使之保持固定的相互关系；及耦连配件，借此将所述安装架连结到所述工具架上。
18.根据权利要求17所述的柔性轨道工具机，其中，所述耦连配件还包括穿孔模式(hole pattern)，借此能在多个高度处将所述耦连配件连结到所述工具架上。
19.根据权利要求17所述的柔性轨道工具机，其中，所述耦连配件还包括一机构，通过该机构能监测所述耦连配件相对于所述工具架的竖直位置。
20.根据权利要求17所述的柔性轨道工具机，其中，所述耦连配件还包括一机构，通过该机构能调节所述耦连配件相对于所述工具架的竖直位置。
21.根据权利要求7所述的柔性轨道工具机，其中，所述第二支撑机构与所述工具架相耦连的部位使所述端部操纵器置于由所述主轨道和所述副轨道跨越的区域内。
22.根据权利要求7所述的柔性轨道工具机，其中，所述第二支撑机构与所述工具架相耦连的部位使所述端部操纵器相对于所述主轨道和所述副轨道呈悬臂状态。
23.根据权利要求1所述的柔性轨道工具机，其中，所述工具架还包括框架；及端部操纵器横向定位器，其中所述端部操纵器横向定位器使所述端部操纵器与所述框架连结，同时可锁定地使所述端部操纵器相对于所述主轨道的纵轴线横向运动。
24.根据权利要求1所述的柔性轨道工具机，其中，所述工具架还包括端部操纵器横向倾角致动器，其中所述端部操纵器横向倾角致动器使所述端部操纵器连结到所述框架上，同时可锁定地使所述端部操纵器围绕平行于所述主轨道的纵轴线的轴线转动。
25.根据权利要求1所述的柔性轨道工具机，其中，所述工具架还包括端部操纵器纵向倾斜器，其中所述端部操纵器纵向倾斜器使所述端部操纵器连结到所述框架上，同时可锁定地使所述端部操纵器围绕垂直于所述主轨道的纵轴线并平行于所述工件的中间平面转动。
26.根据权利要求1所述的柔性轨道工具机，其中，所述工具架还包括端部操纵器柱塞，其中所述端部操纵器柱塞使所述端部操纵器连结到所述框架上，同时可锁定地使所述端部操纵器常规地移向和移离所述工件的中间平面。
27.根据权利要求24所述的柔性轨道工具机，其中，所述工具架还包括第一标准化传感器；第二标准化传感器；及倾斜控制设备，其中由所述第一和第二标准化传感器所监测到的并被传送到所述倾斜控制设备的偏移调节所述端部操纵器倾角致动器。
28.根据权利要求26所述的柔性轨道工具机，其中，所述工具架还包括端部操纵器预加载机构，其中该端部操纵器预加载机构与所述端部操纵器柱塞交替地向所述工件施加压力，借此至少在端部操纵器柱塞致动之前和致动期间使作用于所述工件上的力保持大致恒定。
29.根据权利要求1所述的柔性轨道工具机，其中，所述工具架还包括反作用脚，其中该反作用脚施加用于抵抗由所述端部操纵器预加载机构和所述端部操纵器所施加的力的力。
30.根据权利要求5所述的柔性轨道工具机，其中，所述主轨道还包括与所述多个第一间隔销连结的第一电磁连结系统，借此，在施加电力的情况下，所述间隔销可释放地被吸到与所述工件接触，所述主轨道相对于所述工件基本固定不动。
31.根据权利要求7所述的柔性轨道工具机，其中，所述副轨道还包括与所述多个第二间隔销连结的第二电磁连结系统，借此，在施加电力的情况下，所述间隔销可释放地被吸到与所述工件接触，所述主轨道相对于所述工件基本固定不动。
32.根据权利要求5所述的柔性轨道工具机，其中，所述主轨道还包括与所述多个第一间隔销连结的第一机械连结系统，借此，在施加机械力的情况下，所述间隔销可释放地被拉向与所述工件接触，所述主轨道相对于所述工件基本不动。
33.根据权利要求7所述的柔性轨道工具机，其中，所述副轨道还包括与所述多个第二间隔销连结的第二机械连结系统，借此，在施加机械力的情况下，所述间隔销可释放地被拉到与所述工件接触，所述副轨道相对于所述工件基本固定不动。
34.一种用于在工件上进行加工的柔性轨道工具机，包括用于可脱开地把主轨道与所述工件耦连的器具；用于在所述工件上进行切割、固定、测量、加热和其它加工操作之一的器具；及用于对所述工件进行加工操作的所述器具进行定位的器具。
35.根据权利要求34所述的柔性轨道工具机，其中，还包括用于把真空施加到所述用于可脱开地使所述主轨道与所述工件耦连的所述器具上的器具；及用于把以基本上均匀的距离相对于所述工件可脱开地耦连所述主轨道的所述器具间隔开的器具。
36.根据权利要求34所述的柔性轨道工具机，其中，还包括用于可脱开地将副轨道与所述工件耦连的器具；用于把以基本上均匀的距离相对于所述工件可脱开地耦连所述副轨道的所述器具间隔开的器具；用于把真空施加到所述用于可脱开地把所述副轨道与所述工件相耦连的所述器具上的器具。
37.根据权利要求34所述的柔性轨道工具机，其中，还包括用于使相对于所述副轨道进行定位的所述器具的侧向位置浮移的器具；及用于判定来自所述用于定位的器具的标称位置的变化范围的器具。
38.一种在工件上操作机加工-工具的方法，包括步骤使主轨道相对于所述工件定位；相对于所述工件以均匀的距离间隔所述主轨道；可脱开地使所述主轨道与所述工件耦连；相对于所述主轨道固定机加工工具；及利用所述机加工工具在所述工件上执行切割、固定、测量、加热和其它加工操作之一。
39.根据权利要求38所述的用于在工件上操作机加工-工具的方法，还包括步骤向所述主轨道与所述工件的所述耦连部分施加真空。
40.根据权利要求38所述的用于在工件上操作机加工-工具的方法，还包括步骤沿侧向相对于所述工具机可浮移地固定副轨道；相对于所述工件对所述副轨道进行定位；以均匀的距离使所述副轨道与所述工件隔开；可脱开地使所述副轨道与所述工件耦连；及向所述副轨道与所述工件的耦连部分施加真空。
全文摘要
一种柔性轨道工具机，其通过真空吸盘临时与一结构耦连并使工具架定位在区域内任一期望位置。该工具架能执行如钻孔、螺栓插入和获取尺寸数据之类的操作。该柔性轨道能适应沿一或多轴线的表面曲率。能根据需要判定和调节工具架的垂直度。轨道的保持连结的位置可通过坐标转换来补偿，以便例如可以基本精确地设置一些孔。
文档编号B23Q9/00GK1993204SQ200580025525
公开日2007年7月4日 申请日期2005年5月6日 优先权日2004年5月27日
发明者西奥多·M·博伊尔-戴维斯, 小詹姆斯·N·巴特里克, 罗杰·A·盖奇, 达雷尔·D·琼斯, 戴维·P·班克斯, 罗纳德·W·奥托厄斯, 保罗·R·阿恩斯顿, 詹姆斯·C·墨菲, 艾伦·R·默克利 申请人:波音公司