具有配重工具平衡系统的无毛刺柔性轨道钻孔系统和方法

专利名称：具有配重工具平衡系统的无毛刺柔性轨道钻孔系统和方法
具有配重工具平衡系统的无毛刺柔性轨道钻孔系统和方法 技术领域0001本公开涉及加工装置和方法，并且，更具体地涉及合并配重工具平衡系统的无毛剌钻孔系统和方法。配重工具平衡系统使需要被 手工放置在要加工区域之上的加工配件感觉起来几乎无重量，从而显 著地、人机工程学地改善操作员对系统的使用。
背景技术：
0002这部分的陈述仅仅提供与本公开相关的背景信息并且可以不 构成先前技术。0003无毛剌钻孔系统被波音公司研发以用于在飞行器机身组件或 其它大型结构上执行无毛刺钻孔操作。无毛刺钻孔系统一般地包括一 对柔性轨道，柔性轨道可被固定到飞行器机身部分的蒙皮板的外表面。 一般地该轨道可被吸盘固定到蒙皮板的外表面。该轨道被固定在邻近 接合被形成的区域，例如在该区域，纵梁被放置用于将两个相邻蒙皮 板接合起来。柔性轨道支撑加工配件，加工配件可接收或可具有安装 到它上的钻或其它加工工具。同样被固定在加工配件上的是电磁体， 电磁体可用于在钻孔或其它形式的加工操作被执行之前将被加工的组 件夹起来。当被通电时，电磁体将置于相反面(也就是将在机身内的 表面)上的后板拉向电磁体以便在钻孔或其他形式加工操作开始之前 将机身组件夹起来。这样的系统在美国专利号为7， 148， 776和美国专 利号为6， 905,291的专利中被公开。0004如将会理解到的，在加工配件上被携带的电磁体是相对重的 物件， 一般重为30-50磅(13.63千克-22.73千克)。钻(手动或电动) 通常也被加工配件携带。钻电机通常重为5-10磅(2.27千克-4.55千克)。 当进行垂直的接合时，用户在给电磁体加电以将在加工的组件夹起来 之前必须提升或下降加工配件到所需位置。如将会理解到的，这可能6需要操作员相当大的体力。在飞行器机身建造应用中， 一般需要根据 预放置模板沿径向(也就是垂直)接合线钻数百个孔，预放置模板被 放置在机身蒙皮板的外表面上。因此，在整个平均工作日的过程中， 重复提升和/或下降加工配件以便在所需位置精确放置部件对于工人体 力是具有挑战性的。0005首先，就在开始钻孔和加工操作之前，优选的是能够仅需少量来自操作员的体力就能使用户下降电磁体接触蒙皮板的外表面。同 样优选的是， 一旦钻孔操作被完成，不需要操作员的大量体力就能使 电磁体被提升而离开蒙皮板。发明内容0006采用配重工具平衡系统的无毛刺柔性钻孔系统和用于实施这 样的系统的方法被公开。在一个实施例中，成对的柔性轨道被可移除 地固定到板的外表面。在本文所公开的一个实例中，板是蒙皮板，所 述蒙皮板可用于形成移动平台的机身部分，并且在一个具体的实例中， 可用于形成民用或军用飞行器或旋翼飞行器的机身。0007在一个实施例中，所述系统包括配重工具平衡系统，所述配 重工具平衡系统被用于悬挂系统的加工配件，其中所述加工配件被支 撑以沿柔性轨道移动。所述加工配件包括电磁体，并且因此在没有所 述配重工具平衡系统的情况下，将需要极大的体力以使所述加工配件 沿所述垂直轨道移动。所述配重工具平衡系统被调节以接近所述加工 配件的重量，从而使操作员感到所述加工配件几乎无重量。因此，所 述操作员用非常少的体力就能沿所述垂直轨道重新放置所述加工配 件。0008在一个实施例中，所述加工配件也包括多个提升部件，所述 多个提升部件能被通电以辅助所述用户驱使电磁体接触被加工蒙皮板 的外表面。当所述提升部件被断电，与每个所述提升部件相关联的偏 置构件驱使所述电磁体离开所述蒙皮板的外表面。因此，加工操作完 成之后，对于用户同样需要非常少体力将所述电磁体倚靠着蒙皮板放置，或移动所述电磁体离开所述蒙皮板。0009从本文提供的描述，本发明进一步适用的领域将会变得显而易见。应该理解的是描述和具体的实例仅仅是为了说明的目的而不是 为了限制本公开的范围。


0010本文描述的附图仅仅是为了说明的目的而不是为了以任何方 式限制本公开的范围。0011图1是部分飞行器机身的透视图，和本公开的系统的一个实 施例的透视图，本公开的系统的一个实施例被用于沿机身钻孔，其中 机身的一部分被剥离以说明被系统使用的后板；0012图2是图1所示加工配件的正视图；0013图3是根据图2中的指向箭头3的系统的侧视图；以及0014图4是根据图2中剖面线4-4的局部、横截面侧视图，其描述 了用于移动电磁体靠近和离开蒙皮板的外表面的提升子系统中的一具体实施方式
0015下面的描述本质上仅仅是示例性的而且不是为了限制当前公 开、应用或使用。0016参考图l，其显示了无毛刺钻孔系统10，无毛刺钻孔系统IO 包括配重工具平衡子系统。系统10可用于宽范围的多种生产应用，而 且对于装配操作尤其有用，所述装配操作涉及用于诸如商用飞行器的 移动平台的机身建造。然而将会了解到系统10能被执行用于建造不同 形式移动平台的机体部分。系统IO本质上可被用于需要沿垂直轴执行 的精确的加工操作的任意应用。为了方便，本公开的系统10的应用将 会结合商用飞行器机身的组件而被描述。0017进一步参考图1，系统IO包括一对常规的、柔性的轨道组件 12和14，轨道组件12和14可被分别固定在商用飞行器机身20的蒙皮板16和18上。本例中柔性的轨道组件12和14通过吸盘19被固定 到蒙皮板16和18上。蒙皮板16和18上也被支撑在框架构件上(不 可见)，框架构件被置于接合线20下面的蒙皮板16和18的相反面上， 板16和18的边缘在接合线20彼此相接。0018系统10包括配重工具平衡装置22，配重工具平衡装置22借 助钩子26和吊环螺栓28被悬挂在框架构件24，虽然配重工具平衡装 置22可能同样轻易地从类似框架的装置被悬挂，其中类似框架的装置 本身没有被附着到轨道组件12和14，但框架构件24被固定到柔性的 轨道组件12和14上。工具平衡装置22包括可伸展和可收縮的线缆30， 线缆30借助钩子32被固定到加工配件34的吊环螺栓36上。0019配重工具平衡装置22，在一种形式中，包括工具平衡器，工 具平衡器可依照McMaster Carr Supply Company的工件号6644A11购 买。此组件被设计以用于支撑加工配件34的全部重量以便基本消除或 显著地减少放置加工配件34时操作员的手、臂疲劳。配重工具平衡装 置22使加工配件34感觉起来完全"无重量"，以至于加工配件34能 被操作员用以仅仅最小限度的体力重新放置。线缆30 (图1)允许加 工配件34垂直行程的预定限度， 一般至少大约6-7英尺(182.88cm-213.36cm)。0020加工配件34包括一对框架构件38和40，构件38和40在它们每一个的端都具有多组四个引导轮42，四个引导轮42的每一个子组 接合轨道组件12和14之一的一部分的相对的边缘表面。因此，整个 加工配件34被在柔性的轨道组件12和14上的四个子组的引导轮42 支撑并且能沿柔性轨道组件12和14被滚动。0021框架构件38和40分别被固定在导轨44和46上。导轨44和46 —般垂直于柔性轨道组件12和14延伸。导轨44使支撑电磁铁50 的框架板48垂直于轨道组件12和14的纵轴而被线性地移动。图1中 后板52也是可见的，在加工操作执行之前，后板52可与电磁体50 — 起被用于夹紧蒙皮板16和18到诸如纵梁和补强板(doubler)的框架构件。0022参考图l和2，加工配件34也包括位于框架板48四个角的多 个提升部件54。提升部件54都包括压縮气缸56，压縮气缸56借助与9充气源(pneumatic source) 60 (图1)相关联的压力调节器58容纳压 缩空气。框架板48也用于安装真空抽吸系统62，真空抽吸系统62具 有连接到真空源66的软管64。真空抽吸系统62被用于借助由真空源 66产生的真空抽吸在钻孔过程中产生的碎片和钻孔切屑。本特征在 2007年2月15日的己公开的美国专利申请US-2007-0036618-Al中被 进一步描述和说明。0023
一对把手68被固定在框架板48以辅助操作员沿轨道组件12 和14垂直移动以及沿导轨44和46纵向移动加工配件34。空气加速器 69被用来产生压縮空气的喷射以辅助冷却电磁体50。空气加速器69 也可以从McMaster Carr Supply Company买到，并且借助合适的导管都(未示出)被附加到压縮空气源上。0024进一步参考图1-3，安装板70被用于安装钻到框架板48，其 中钻在图2中用短划示出。钻72可以是手动进给钻或可以是"电动进 给"样式，"电动进给"样式钻在钻孔期间以预定进给速率被自动给进。 然而，将会了解到实际上除了钻之外其它类型的加工工具能从安装板 70被同样轻易地支撑。0025在图3中，后板52也是可见的并且可以看出包括至少一个把 手52a，并优选地包含一对把手。在给电磁体50通电之前，把手52a 使工人能够放置后板52到所需位置，从而使后板52和电磁体50将蒙 皮板18和框架部件86夹在一起。0026参考图3和4，框架板48被与每一个提升部件54相关联的延 长螺柱74支撑。螺旋弹簧76环绕每个延长螺柱74并且被放置在框架 板48和相关的安装板78a和78b之间。每个安装板78a、 78b —般垂 直于柔性轨道组件12和14延伸，这使得当图2中下部的两个提升部 件54被安装板78b支撑时，图2中的上部两个提升部件54被固定到 安装板78a。安装板78a、 78b的每一个都被一对带螺纹的肩螺栓80固 定到框架板48，带螺纹的肩螺栓80与延长螺柱74内带螺纹的盲孔74a(图4)啮合。因此，螺旋弹簧76被夹持在安装板78a、 78b和框架板 48之间。每个螺旋弹簧76的长度和刚度被选定以便能支撑加工配件 34的整个重量，并且当气缸56没有被用于收縮延长螺柱74时，以与 机身板16和18的表面相距预定距离来放置电磁体50。0027气缸56可包括各种不同设计的气压缸，而在一种优选的形式 中，使用了来自McMaster Carr Supply Company提供的的产品号为 1691T13的薄饼拉杆气缸。这种"薄饼"型气缸提供拉杆气缸的动力和 冲程而一般需要少于常规拉杆气缸的一半空间。这种气缸具有通气口 ， 当受压时，通气口将与它相关联的延长螺柱74向内收縮进气缸56的 壳56a。如果双作用薄饼式气缸被使用，第一个口将被提供且被标为"推"口，而第二个口将被包括且被标为"拉"口。增压"拉"口将 会收縮气缸56的延长螺柱74，而增压"推"口将会辅助螺旋弹簧76 延伸延长螺柱74。0028当压縮气体被施加到气缸56时，导致每个延长螺柱74的一 部分长度被縮进每个气缸的壳56a内。这压缩每个螺旋弹簧76并且移 动电磁体50接触到蒙皮板16和18中一个或两个的外表面。 一旦气压 被移除，弹簧76偏置电磁体50以远离蒙皮板16和18外表面。如上 所述，双作用薄饼式气缸被使用，那么"推"口可被加压以辅助螺旋 弹簧76抬起电磁体50。因此，在给电磁体50通电之前不需要操作员 用力推动把手68以手动强制电磁体50接触蒙皮板16和18。由于操作 员在移动电磁体接触蒙皮板16或18时不需要克服螺旋弹簧76的偏置 力，这将显著减少操作员的疲劳。将会理解到，没有提升部件54，在 给电磁体50通电之前将会需要操作员借助把手68重复向下驱使加工 配件接触蒙皮板16或18。在飞行器制造应用中，可能需要沿单个垂直 接合线钻数以百计的孔，这种电磁体背离弹簧76偏置力的手动运动会 导致操作员的明显疲劳。提升部件54实际上完全消除了这种疲劳。合 适的操作员控制92可紧邻钻72 (图2)被放置以使操作员轻易控制压 縮空气到每个气缸56的应用，从而使预加载力被施加以平衡电磁体50 的重量，并且使电磁体50以几乎零体力付出被移向和移离机身板16 和18。实际上，当电磁体50被移向和移离机身板16和18时，气压被 调整以便使电磁体50对于操作员而言几乎感觉不到重量。0029进一步参考图3，安装板78a、 78b分别被带螺纹的紧固构件 83固定到引导构件82a、 82b。每个引导构件82a、 82b包括通道85， 通道85与相关联的导轨42或44的一个接合。从而，引导构件82a、 82b允许框架板48沿导轨44和46的纵向滑动。ii0030参考图4，每个提升部件54也包括可买到的球形轴承88，球 形轴承88被放置在与它相关联的肩螺栓80的部分的周围。球形轴承 88，本质上形成"球窝式"轴承布置，也可从McMaster Carr Supply Company买到。球形轴承88实现依照箭头方向90的一定程度的弓形 运动以适应蒙皮板16和18的弯曲，蒙皮板16和18形成飞行器机身 的一部分。0031在操作中，操作员首先在所需区域上垂直放置加工配件34， 在所需区域孔被钻。孔可被钻孔模板(未显示)划界，钻孔模板被放 置在机身板16和18的外表面上。操作员随后纵向移动框架板48 (图 2中左或右)以精确对齐要钻孔区域上钻72的钻头。操作员随后移动 电磁体50接触机身板16和18，并且随后驱动电磁体50。钻孔操作可 随后被操作员执行。在钻孔操作执行过程中材料碎片和切屑可被真空 源66借助真空抽吸子系统62抽出。当钻孔操作完成时，操作员随后 停用电磁体50。螺旋弹簧76随后辅助延伸螺柱74从各自的气缸壳56a 向外偏置延伸螺柱74，这就有助于操作员抬起电磁体50离开机身板 16和18。整个加工配件34可随后被重新放置以便钻下一个孔。0032通过使整个加工配件34对于操作员而言基本无重量，系统10 因此显著减少了操作员疲劳。配重工具平衡装置22使加工配件34在 垂直方向上基本无重量而气缸56和螺旋弹簧76使其沿钻头的轴线方 向基本无重量。当使用基于夹紧系统的电磁体时，操作员疲劳的显著 减少也能提高操作员生产率以及潜在地增强钻孔操作的准确度。0033虽然己经描述了不同实施例，熟悉本领域技术的人将会识别 出不偏离本公开情况下做出的各种修改或变更。本例描述了不同实施 例并且不是为了限制当前公开。因此，本公开的说明书和权利要求应 被公正地理解为仅带有仅基于之前相关技术必须的限制。
权利要求
1.一种用于通过在非平坦表面上的一对相邻放置的组件人机工程学地执行无毛刺钻孔的方法，所述方法包括将至少一个轨道固定到邻近加工操作将被执行的区域的所述组件中的一个；将加工配件固定到所述轨道，所述轨道允许所述加工配件沿所述轨道移动；使用配重子系统支撑所述加工配件以在至少接近零重量条件下保持所述加工配件，进而使所述加工配件被个人以很低程度体力沿所述轨道移动；以及在开始所述加工操作之前，使用所述加工配件将所述组件夹在一起。
2. 根据权利要求1的方法，进一步包括从所述加工配件支撑电动工具并且使用所述电动工具执行所述加 工操作。
3. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括在开始所述加工操作 之前，使用电磁体组件将所述组件夹在一起。
4. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括支撑所述加工配件沿与所述轨道垂直的轴线性运动。
5. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括在将所述组件夹在一起之前，使用带有所述加工配件的多个提升部件支撑所述加工配件的 电磁体与所述组件中相邻的一个离开一定距离。
6.根据权利要求5所述的方法，其中使用多个提升部件包括使用多 个螺旋弹簧支撑所述加工配件的部分重量。
7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括使用与所述加工配件 相关联的多个气缸施加将所述电磁体部件置于平衡状态的预加载力， 从而当所述电磁体组件被移向和移离所述组件中的一个时使个人感到 所述电磁体部件几乎无重量。
8. 根据权利要求1所述的方法，其中使用所述加工配件包括使用邻近所述组件中的一个放置且可移动以响应由所述加工配件产生的磁场 的后板与所述加工配件的一部分配合，以便在开始所述加工操作之前 将所述组件夹在一起。
9. 一种通过用于形成移动平台机身部分的一对相邻放置的组件人机工程学地执行无毛刺钻孔的方法，所述方法包括将至少一个轨道以垂直取向固定到所述组件中的一个，所述组件 邻近加工操作将被执行的区域；将具有电磁体的加工配件固定到所述轨道以允许所述加工配件被个人沿所述轨道移动；使用配重子系统支撑所述加工配件以在至少接近零重量条件下保 持所述加工配件，使所述加工配件被个人以很低程度体力沿所述轨道 移动；以及放置后板，所述后板邻近所述组件中的一个的表面移动，所述表 面反向面对所述轨道被固定的表面；将所述加工组件放置到所需位置；给所述电磁体通电以使所述后板和所述电磁体将所述组件夹在一 起；以及使用被所述加工配件支撑的钻以在所述组件内钻无毛刺的孔。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中使用配重系统包括使用被配 置以逆重力悬挂所述加工配件的，邻近所述组件的配重系统。
11. 根据权利要求9所述的方法，进一步包括支撑所述加工子系 统沿垂直于所述轨道的轴线线性运动。
12. 根据权利要求9所述的方法，进一步包括固定可移除的一对轨道到所述组件中的一个，并且所述轨道相互平行；以及使用所述一对轨道支撑所述加工配件。
13. 根据权利要求9所述的方法，进一步包括使用所述加工配件支撑所述加工配件上的钻。
14. 根据权利要求9所述的方法，进一步包括使用所述加工配件支撑所述加工配件上的自动进给钻。
15. 根据权利要求9所述的方法，进一步包括使用多个偏置构件支撑所述加工配件的所述电磁体与所述组件中的一个相距一定距离， 所述加工配件被放置在所述组件中的一个上。
16. 根据权利要求15所述的方法，进一步包括将多个气缸放置在所述加工配件上；以及在使用所述钻开始钻孔操作之前，使用所述气缸支撑所述电磁体 的重量且逆重力移动所述电磁体到紧邻所述组件中的一个的位置。
17. 根据权利要求9所述的方法，进一步包括在所述加工配件上提供至少一个把手以使个人能放置所述加工配件到所需位置。
18. 根据权利要求9所述的方法，进一步包括在支撑构件和所述加工配件之间借助线缆放置所述配重系统。
19. 根据权利要求9所述的方法，进一步包括固定相互平行且垂 直于所述轨道的一对导轨，并且从所述导轨支撑所述加工配件沿垂直 于所述轨道的轴线移动。
20. —种通过用于形成移动平台机身部分的一对相邻放置的组件人机工程学地执行无毛刺钻孔的系统，所述系统包括以垂直取向布置在所述组件中的一个上的至少一个轨道，所述组 件邻近加工操作要执行的区域；具有电磁体的加工配件，所述电磁体被支撑在所述轨道上以允许所述加工配件被个人沿所述轨道移动；配重工具平衡子系统，所述配重工具平衡子系统在至少接近零重 量条件下支撑和保持所述加工配件，从而使所述加工配件被个人用很 低程度的体力沿所述轨道移动；相邻所述组件中的一个的表面放置的后板，该表面反向面对所述 轨道被固定的表面；在开始钻孔操作之前，所述电磁体可被操作以使用所述后板将所 述组件磁性地夹在一起；以及被置于所述加工配件上的钻，所述钻用于在所述组件上执行钻孔 操作。
全文摘要
采用配重工具平衡子系统的无毛刺柔性轨道钻孔系统。配重工具平衡子系统为该系统的加工配件提供几乎“无重量”感，该系统的加工配件携带钻和电磁体。这使操作员仅以所需体力的最小限度垂直移动加工配件。加工配件也包括多个提升部件，提升部件辅助用户提升和下降电磁体从而离开和靠近一对板，在该对板上钻孔操作被执行。这同样显著地降低了操作员疲劳并促成了高度人机工程学的系统。
文档编号B23Q9/00GK101578157SQ200780049600
公开日2009年11月11日 申请日期2007年11月6日 优先权日2007年1月25日
发明者C·J·埃里克松, J·J·希门尼斯, R·S·赖特 申请人:波音公司