专利名称：用于在板形工件上执行自动制造操作的设备的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种自动装配机，更具体地说，涉及一种用于在板形工件上，例如飞机的翼板上执行自动制造及组装操作的设备。
在提高制造大型飞机组件、例如翼板的生产率的努力中，自动装配机越来越多地被用于代替沿用了很多年的用于制造飞机的手工操作设备。各种类型的自动装配装置已经被研制或提出，用于执行诸如翼板组件及其类似物的钻孔、铆接和检查等任务。例如，共同拥有的美国专利No.5,105,515和4,203,204公开了用于在垂直取向的翼板上执行铆接和其它操作的自动装配机。一个翼板借助于定位于板顶部和底部的齿轮夹具保持在夹具(fixture)上，在对该板的制造过程中所述夹具保持定位在它们的夹紧位置上。在板相对侧的可独立操作的滑架支撑用于沿三个相互垂直的轴运动的工具。
授予Bonomi等人的美国专利No.4,955,119公开了一种机器人加工中心，该机器人加工中心具有一个垂直在轨道上沿X轴移动的垂直支柱、一安装在垂直支柱上、用于沿其在Y轴方向垂直运动的冲头(ram)、和一安装在冲头上的U形轭。该冲头可在Z轴方向上延伸。所述轭具有间隔开的、相对的支撑工具的支腿。所述轭可相对于所述冲头绕平行于X轴的水平轴旋转。垂直支柱可绕从其中穿过的垂直轴旋转。工件被夹持在一个自动柔性或可调夹具上，该夹具被示意性的表示出来，但未作任何进一步的详细说明。
授予Speller,Sr.等人的美国专利No.4,864,702公开了一种五轴铆接机，该铆接机具有一个大且复杂的机架，该机架包括一对间隔开的侧部，所述侧部跨在工件上并且当机架被一个沿形成于支撑表面上的轨道系统运行时沿其通过。可独立操作的滑架被安装在机架侧，并且工具架(head)安装在滑架上用于支撑铆接工具。滑架可沿机架侧垂直运动。所述工具可向着和远离工具运动。所述工具架可绕两条不同的轴线旋转。工件被夹具夹持到位以用于加工，所述夹具由多个可伸缩的支撑件支撑在支撑表面上，各支撑件可相互独立的下降，以便在支撑表面和夹具之间提供间隙，用以使机架的下部从该间隙通过。
根据本申请的受让人当前所采用的方法，机翼组件由大型移动式C型架液压铆接机制造。翼板的主表面被定位在一个水平位置上。C型架加工对于手动紧固件安装是不实用的，因此，采用自动C型架铆接机安装铆钉而由工人手工安装手动紧固件。典型地，为了适应铆钉的机械安装和手动紧固件的手工安装的组合，需要许多翼板的起重机辅助运动。
本发明提供一种用于在诸如翼板等板形工件上进行组装操作的自动组装设备，其中，工件的主表面被保持垂直取向。采用一专门的夹具固定工件，使支撑自动工具的框架沿工件通过，以便执行各种操作，诸如钻孔、铆钉的安装、手工紧固件的安装、铆钉头的修整、检验和其它操作。该设备能处理许多工件结构而无需对工件固定夹具或框架及与之相关的移动支撑件进行重大改变。本发明能使翼板在一个能够机装和手工紧固件安装的设备中组装，因此，相对现有组装翼板的方法减少了加工和设备成本。翼板起重措施也显著减少，可进一步降低成本。
最终，根据本发明优选实施例的设备包括一龙门架、一支撑在龙门架上的工具夹持框架、至少一个安装在工具夹持框架上的工具，以及一用于夹持工件的工件固定夹具。无论龙门架或工件固定夹具都可相对对方沿平行于第一轴的第一水平方向平移。工具夹持框架安装在龙门架上，并且具有中间部分和相互间隔地连接到中间部分上的相对的腿部，用于在其中接收工件。该工具夹持框架由龙门架承载，从而所述脚部相对于工件沿其相对侧移动，用以在沿工件的各个位置上定位由框架承载的工具。工件固定夹具夹持工件，从而工件的长度尺寸基本上平行于第一轴延伸。所述夹具包括多个在第一方向上间隔开的夹持器，各夹持器可操作以沿一个基本上垂直于第一方向的方向大致平行伸出的，以便与工件的一侧接合并支撑工件，并可从与夹持器接合的工件侧退开，以便在工件和夹持器之间提供一间隙用以在其它夹持器与工件保持接合的同时使框架通过。该夹持器可支撑诸如夹具和/或吸引装置等的工件固定装置。优选地，该夹持器可伸出或退回到可选择的各种角度，以便可以容易地支撑各种结构的工件。
该工具夹持框架优选地包括一个具有两个间隔开的支脚部分的U形轭，所述支脚部分支撑所述工具并优选地支撑多个可选择性操作用以在工件上执行各种不同加工操作的工具。该U形轭优选地以下述方式取向，即，两支脚部分从其中凸起的轭的中间部分穿过工件的底部，并且该支脚部分在工件的两相对侧向上突起。轭的支脚部分可支撑各种类型的工具，包括钻机、铆机、局部夹持工具、铆钉切除器、双片紧固件安装工具、检测工具等。
在本发明的一优选实施例中的龙门架可在工件被静止地夹持在夹具中的同时移动。该龙门架被安装到一对平行间隔开的轨道上。优选地，通过一条轨道上的一个轮子组件相对于另一条轨道上的另一个轮子组件差动，该龙门架可绕垂直轴线旋转。两个轮子组件被两个致动器独立地沿轨道驱动。
工具夹持框架优选地安装在龙门架上，以便该框架可沿龙门架垂直移动，用以使工具沿工件定位于不同的垂直位置上。替代地或者附加地，该工具可被安装在框架上以便可沿该框架垂直移动。根据本发明另外的优选实施例，该框架可相对于龙门架绕基本上沿工件的长度方向延伸的水平轴线旋转。进而，该框架在垂直于工件相对表面延伸的水平方向沿龙门架可移动。于是，框架可以定位于不同方向的位置上以用于适应垂直方向和/或纵向上非线性的元件。
因此，本发明能够在只需要工件做最小的移动、且相对于当前用于组装翼板的方法减少加工要求的情况下，自动在一个设备中进行对翼板或其它板形工件组装。根据本发明的该设备可适应各种结构的工件，而无须用于每个结构的单独的专用工件固定夹具。
结合附图，本发明的上述和其它目的及优点从下面对特定的优选实施例描述中将变得更加清楚，其中
图1是根据本发明一优选实施例的自动组装设备的透视图；图2是图1的一个放大的部分，更详细地示出设备的龙门架和框架；图3是本发明的另一个优选实施例的侧视图；图4是本发明的又一个实施例的侧视图；以及图5是本发明的再一个实施例的侧视图。
以下将结合附图更充分地对本发明进行描述，附图中表示出了本发明的优选实施例。然而，本发明可以用许多不同的形式实施并且不受这里所述实施例的限制；而提供这些实施例以便该公开是被彻底并完全的，并且对本领域技术人员，可以充分传达本发明的范围。类似的附图标记始终表示类似的元件。
参见图1和2，说明根据本发明的第一优选实施例的设备，该设备总体由附图标记10标出。该设备10包括移动龙门架12，该龙门架支撑一个其上安装有工具夹持框架或轭16的滑架14。图1和2所示本实施例中的龙门架12包括适于被一对间隔、平行的轨道20和20′导向、向后和向前平行于X轴方向移动的支撑平台18，和安装在支撑平台18上的垂直立柱22。垂直立柱22包括一对沿立柱垂直延伸的间隔的平行轨道24、24′。滑架14包括以可沿着轨道24、24′在垂直于X轴方向的Y轴方向上、下移动的方式安装的基座26，和安装到基座26上以便沿在基座26上安装的、沿垂直于X轴和Y轴的Z轴方向延伸的一对轨道30、30′前后移动的滑件28。
滑件28支撑轭16。于是，通过适当地控制龙门架12、滑架基座26和滑件28的运动，轭16可沿三个相互垂直的方向移动。这些可动部件分别由一个或多个(图1和2中未示出)适当类型的致动器，诸如液压或气压缸、电动机、线性磁马达或其它在现有技术中公知的致动器驱动。
轭16可旋转地安装在滑件28上，以便可以绕平行于龙门架12移动的X轴方向的水平轴线旋转。轭16的安装示于图3，该图表示除一些相对次要的差别、诸如滑件28的结构外，与图1和2中的设备基本一致的设备。轭16优选地通过一个在轭的底角处的可枢转连接件32与滑件28连接，以使该轭可绕其底角枢转。线性致动器34、例如液压或气压缸在连接件32的上方并与连接件32垂直间隔的位置被连接到滑件28和轭16之间。致动器34的伸出或退回使得轭16相对于滑件28在一个方向上或另一个方向上旋转。
从图2中可最清楚地看出，轭16包括中间部分33和一对间隔开的支脚部分35a和35b，并且所述支脚部分支撑着多个工具36、38a、38b和40。每一工具是可操作的，用于对位于轭的支脚部分35a、35b之间的工件W进行加工。作为一个说明性实例，工具36可包括一个用于在工件W上钻孔的钻机。工具38a、38b可包括从两对侧与工件W接合的协同铆接工具，以将一铆钉施加到孔中并对铆钉胀径。可采用各种类型的铆接工具，例如电磁铆机(EMR)或液压铆机。工具40可包括铆钉切除器，用于切去铆钉的头部使工件W的表面平整。在采用用于与工件两侧接合的一对相对的协同工具、例如工具38a、38b的地方，优选地是至少所述工具之一可相对于轭16在向着和远离相对向的工具的方向上运动，以便所述工具可同时与工件的两对侧接合，以进行操作，并且该工具可相对移动分开，以允许所述轭被移动到工件的一个新位置上，用以进行下一操作。其它类型的工具也可被安装到轭16上，诸如夹紧工具、检测工具、双部件紧固件安装工具或其它现有技术中公知的工具。应当注意，由枢转连接件32和致动器34提供的轭16绕水平轴旋转的能力，能够使得轭被定位，以便即使当工件表面在垂直方向上弯曲或其他的不精确垂直时，支撑在轭上的工具的轴向取向也大体垂直于工件的表面。因此，作为一个例子，在工件上钻的孔可垂直于工件表面。
参见图1-3，所述设备10还包括可操作用于在一个稳定的位置上固定并支撑工件W的工件固定夹具50。该夹具50包括多个沿X轴方向(即沿工件的纵向)间隔开的可调节的夹持装置52。各夹持装置52包括一个或多个可沿基本上平行于Z轴方向的大体上水平的方向向后或向前滑动的夹持器54。因此，该夹持器54可向着和远离工件W的一侧移动。在它们的伸出位置上，当工件位于轭16的支脚部分35a、35b之间时，夹持器54可与工件接合。各夹持器54支撑一个或多个固定装置(图1-3中未示出)、例如夹具和/或真空吸杯等，所述固定装置与工件接合以便将工件保持在一个稳定的位置上，并且该固定装置还可保持其它零件以将之安装到工件上。例如，夹持器54可支撑使翼梁S保持定位以便安装到翼板P上的计算机控制的夹具，并且还可支撑安装到翼板上并将其吸到夹持器的支撑表面上的计算机控制的真空吸杯。优选地是，每一夹持装置52包括多个在垂直方向上间隔开的可滑动夹持器54。一被选择的夹持器54可以被促动，以与工件接合，从而可夹持各种结构的工件。例如，如图1-3所示，有五个夹持器54，一个位于另一个之上，并且顶部的两个夹持器与一个工件W接合并且伸出到轭16可沿工件穿过的位置上。如图3所示，如果需要，可由另一个在退回位置上、位于轭16的通道之外的夹持器54固定第二工件W′，用于对第一个工件W的加工操作已经完成之后的步骤。
各夹持器54可独立于其它夹持器滑动。于是，在沿X轴方向的给定位置上，在该位置上的夹持器54可与工件脱开并退回，从而在工件和夹持器54之间产生一个间隙以使轭16能够从该间隙通过。在图2中可最清楚地看到，从图的右手部分起的第二位置具有从工件上退回的顶部的两个夹持器54，以便轭16可以通过。在其它位置上，夹持器54保持与工件的配合，以便工件被牢固地固定在所需位置上。在轭16已经通过被退回的夹持器54所占据的位置之后，夹持器向后伸向工件并与工件接合。应当注意，夹持器54不必是专门用于特定工件结构的，而是可以重新构造的工具，诸如可编程pogos等。
本发明的另一实施例被示于图4。除了工具夹持框架116不是U形的而是中间开放用以接收工件通过的四角形框架外，图4所示的设备110与图1-3所示的设备基本类似。另外，框架116支撑着一对轨道117、117′，工具136、138a和138b安装于轨道117、117′上以便沿框架垂直运动。工具可在框架上垂直移动的能力使得不必升高或降低整个框架即可使工具垂直复位，并且，由于工具比整个滑架114、框架116和工具136、138a及138b的组件小得多，所以工具垂直复位所需的致动能量显著减小。与工具被固定到框架116的中间部位上且滑架114沿龙门架112垂直移动以便使工具复位的情况相比，工具在框架116上垂直移动的能力还使得工具能到达更接近和远离下支撑表面的位置。进而，通过使工具具有沿框架116垂直移动的能力，设备所需的顶部空间可被减小，因此可将设备置于一个“低跨度”厂房中，而不是更昂贵的“高跨度”厂房。图4的实施例与图1-2所示实施例的不同还在于，龙门架112不安装在轨道上，而是可沿支撑表面移动。龙门架112可包括例如沿支撑表面驱动的升降叉车。框架116可支撑一个或多个传感器118，传感器118可操作以用来检测工件上预定的特性并且提供近似这种特性的信号指示，用以控制龙门架112的运动。
在某些场合下，可能需要使轭或框架具有绕一个垂直轴线旋转的能力。例如，在翼板在其纵向上具有弯曲的形状(诸如翼板具有一个“鸥翼”弯曲)的情况下，理想的是工具能够绕一个垂直轴线旋转，以便使钻孔或插入紧固件的方向基本上垂直于翼板的外表面。根据本发明优选实施例，可通过设计使龙门架绕一个垂直轴线旋转来提供工具的垂直旋转能力。图5表示实施本发明进一步特征的设备210。设备210包括可在一对间隔开的轨道220、220′上移动的龙门架212。龙门架212具有支撑平台218，且一对轮组件219、219′附加在支撑平台218的下表面上并分别与轨道220、220′接合，用于使龙门沿轨道滚动。轮组件219包括附加到支撑平台上的旋转轴承221，轴承的旋转轴垂直设置，还包括适于沿轨道220的上表面滚动的轮子223。轮子223与轴承221相耦合，以便轮子223可绕轴承的垂直旋转轴旋转。轮子223安装在滑动件225上，滑动件225可滑动地连接到轴承221上，以便可相对于轴承和支撑平台沿一个大体垂直于轨道220所延伸的X轴方向的水平方向滑动。一致动器227被支撑在滑动件225上，并且可绕一垂直轴线旋转驱动一齿轮229。齿轮229与轨道220的一带齿的侧表面231啮合。因此，致动器227的操作使得轮组件219被沿着轨道220驱动，运动的方向由齿轮229的旋转方向指示。
除了没有滑动之外，轮组件219′与轮组件219基本类似。因此，轮组件219′包括一附加到支撑平台上的旋转轴承221′，一连接到轴承上的轮子223′，一连接到齿轮229′上的致动器和一与齿轮229′啮合的轨道220′的带齿的外表面231′。致动器227′的操作使得轮组件219′被沿着轨道220′驱动。龙门架借助两个致动器227、227′的同时动作而沿轨道220、220′移动。因此，将会看出，通过沿其轨道相对于另一个轮组件差速驱动其中一个轮组件，龙门架212可绕一个垂直轴线旋转。轮组件219上的滑动件225能够使两个轮组件移开，以便使支撑平台218绕垂直轴线做旋转运动。
应当注意，图5所示的设备210不同于本发明前面所述的龙门架轨道220、220′不是都位于被处理的工件W的一侧的实施例，而是位于工件的底侧和两对侧上。工具夹持框架或轭216被设置在龙门架212的支撑平台218的顶部，并且包括将轭的一角部销接到龙门架上的枢转连接件232以及一致动器234，该致动器234被连接在龙门架和轭之间，用于绕水平轴线旋转所述轭。一工件夹持器254示意性地示于图5中，并包括多个可动的夹具255，用于使翼梁S保持定位以便安装到翼板上。
本发明的许多变形和其它实施例可被本领域技术人员想到，其中本发明具有在前面的说明和附图中给出的优点。例如，尽管上述设备10、110、210具有在工件固定同时本身可动的龙门架，但本发明也可包括一种设备，其中龙门架停留在一个位置上，并且通过移动工件固定夹具而将工件送过该设备。也可对在此所述优选实施例进行其它改变。因此，应当理解，本发明不限于所述的特定实施例，并且其变型和其它实施例应包含在后面的权利要求书中。尽管在此采用了特定的名词，它们只用于普通的、描述性的含义，并且不构成限制。
权利要求
1．一种用于在工件上进行加工操作的设备，包括龙门架，安装在龙门架上的框架，该框架具有中间部分和以间隔的方式连接到中间部分上的相对的支脚部分，用于在其中接收工件；至少一个安装到框架的支脚部分之一上、并且可操纵以在工件上进行工作的工具；以及用于固定工件的夹具，以便工件的长度尺寸在大体平行于基本上水平的第一轴线延伸，并且使工件位于框架的支脚部分之间，该夹具包括多个夹持器，所述夹持器沿大体垂直于所述第一水平方向的方向大体水平地延伸，以便与工件的一侧接合以支撑该工件；其中，龙门架和夹具之一可相对于另一个沿第一水平方向移动，以便移动工件使之相对穿过所述框架，并且，夹具的夹持器可从被夹持器接合的工件侧退开，以便在工件和所述夹持器之间提供一间隙，用于使框架通过所述间隙而其它夹持器保持与工件的接合。
2．如权利要求1所述的设备，其中，龙门架适于停留在工件的一侧上，并且所述框架从龙门架以悬臂梁的形式被支撑，并且所有夹持器均与工件的另一侧接合。
3．如权利要求1所述的设备，其中，各夹持器可以选择性、数量可变地伸出和退回，用于适应各种结构的工件。
4．如权利要求1所述的设备，还包括一对间隔开的平行轨道，其沿所述第一水平方向延伸，所述龙门架可沿该轨道移动。
5．如权利要求4所述的设备，其中，所述龙门架包括与轨道之一配合、用于沿其滚动的第一轮组件，和与另一个轨道配合、用于沿其滚动的第二轮组件，并且，龙门架可通过所述轮组件之一沿其轨道相对于另一个轮组件的差动而绕垂直轴线旋转。
6．如权利要求1所述的设备，其中，所述框架总体呈U形，并且其取向使得其中间部分通过工件的底部，并且轭的支脚部分从中间部分向上突起到工件的相对侧上。
7．如权利要求1所述的设备，其中，所述框架可旋转地安装在龙门架上，以便可相对于龙门架绕一个大体平行于所述第一水平轴线的水平轴线旋转。
8．如权利要求1所述的设备，其中，所述框架可滑动地安装在所述龙门架上，以便可相对于所述龙门架沿一个大体垂直于所述第一水平方向的第二水平方向移动。
9．如权利要求1所述的设备，其中，所述框架可滑动地安装在所述龙门架上，以便可沿龙门架垂直移动。
10．如权利要求1所述的设备，其中，所述龙门架包括适于沿大体平的支撑表面移动的车，并且还包括相对于龙门架固定的传感器，且其可以在工件上检测一个或多个预定特征，并提供近似所述一个或多个特征的信号指示，用于控制龙门架沿所述支撑表面的运动。
11．一种用于在工件上进行加工操作的设备，所述工件通常为具有相对的表面的板件，所述设备包括框架，其具有中间部分和以间隔开的方式连接到中间部分上的相对的支脚部分，用于在其中接收工件，该框架支撑至少一个用于在工件上工作的工具；夹具，其用于以其大体垂直取向的相对表面固定工件，并且工件的长度尺寸大体沿第一水平轴线基本水平取向；一对平行间隔开的轨道，平行于所述第一水平轴线地水平延伸；龙门架，其安装在所述轨道上，用于沿其移动，所述龙门架包括与所述轨道之一滚动配合的第一轮组件和与另一个轨道滚动配合的第二轮组件，所述龙门架支撑所述框架，而所述框架的支脚部分大体垂直取向，以便龙门架沿轨道的移动能使框架的支脚部分沿工件在其相对侧上移动；以及一对与龙门架连接的致动器，用于沿轨道推动龙门架，致动器独立操作，以便使轮组件沿各自的轨道相对于另一个轮组件产生差动，用以使龙门架绕垂直轴线旋转，从而所述框架相对于工件绕所述垂直轴线旋转。
12．如权利要求11所述的设备，其中，所述框架可滑动地安装在龙门架上，以便沿大体垂直于工件相对表面的第二水平轴线滑动，从而框架的水平移动和龙门架绕所述垂直轴线的旋转使得所述设备可适应表面沿工件的长度尺寸非线性的工件。
13．如权利要求11所述的设备，其中，框架的支脚部分沿两个位于一公共平面内的、间隔开的线延伸，并且所述框架可绕垂直于所述公共平面的水平轴线相对于龙门架旋转，从而，龙门架绕垂直轴线的旋转和框架绕水平轴线的旋转有利于工具定位在相对于工件的相对表面的预定取向上。
14．如权利要求13所述的设备，其中，所述框架可沿龙门架垂直滑动。
15．如权利要求11所述的设备，其中，工具可在大体垂直的方向上沿框架的相应支脚部分滑动。
16．如权利要求11所述的设备，其中，多个工具被支撑在所述框架上。
17．如权利要求16所述的设备，其中，至少一对协同工作的工具被安装在框架的相对的支脚部分上，并且可相互朝向和远离地运动，用于分别与位于其间的工件接合和脱离。
全文摘要
一种用于组装板形工件的设备,包括支撑工具夹持框架的龙门架,在工具夹持框架上支撑有多个工具。框架可沿多个轴线运动,并可绕至少一个轴线旋转,用以使工具相对于工件定位。该设备还包括用于固定工件的夹具,其包括多个可滑动的夹持器,其可沿垂直于工件表面的水平向伸缩,以与工件接合以便将工件固定到位,且其退回,以在工件和其之间产生允许框架通过的间隙。通过驱动轮组件差动,可使龙门架绕垂直轴线旋转。
文档编号B23P23/00GK1322607SQ01122068
公开日2001年11月21日 申请日期2001年5月3日 优先权日2000年5月3日
发明者达雷尔·D·琼斯, 小詹姆斯·N·巴特里克 申请人:波音公司