RU2165836C2

RU2165836C2 - Method and universal automated complex for basing large-size contour-forming parts, working and assembling them

Info

Publication number: RU2165836C2
Application number: RU99104053/02A
Authority: RU
Inventors: А.Г. Братухин (RU); А.Г. Братухин; О.С. Сироткин (RU); О.С. Сироткин; В.С. Боголюбов (RU); В.С. Боголюбов; Александр Васильевич Карпов (UA); Александр Васильевич Карпов; В.В. Садков (RU); В.В. Садков
Original assignee: Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий"
Priority date: 1999-02-26
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2001-04-27

Abstract

FIELD: manufacturing equipment for basing large-size contour-forming members, working and assembling them, possibly in airspace industry branches. SUBSTANCE: universal automated complex includes rotary vertically arranged movable sections with rows of horizontally placed supports moving along their axes and having vacuum grippers in their ends; rotary strut movable along moving sections, having stoppers and number program control unit; robotized complex having industrial robot, transportation system and multifunctional head. Method for basing large-size contour-forming parts, working and assembling them comprises steps of determining designed data for successively mounting supports with vacuum grippers while using above mentioned strut driven by means of number program control of tour-forming part and working it with use robotized complex and multifunctional head. EFFECT: possibility for working and assembling contour-forming parts having different size and shape, reduced labor consumption, simplified design of automated complex. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к технологическому оборудованию для базирования крупногабаритных обводообразующих деталей, их механической обработки и сборки и может быть использовано в авиакосмической промышленности, обеспечивая при этом бесплазовый метод производства изделий. The invention relates to technological equipment for basing large-sized contour-forming parts, their machining and assembly and can be used in the aerospace industry, while providing a free method for the manufacture of products.

Крупногабаритные обводообразующие детали летательных аппаратов (ЛА) представляют собой оболочки одинарной и двойной кривизны из металлического листа или композитного материала. Габариты деталей могут достигать размеров 18 х 3,5 м. Финишные операции на обводообразующих деталях: сверление сборочных отверстий, обрезка припусков по периметру, а также по лючкам, иллюминаторам и другим проемам. Для автоматизированного выполнения этих операций необходимо однозначное базирование обводообразующей детали в пространстве. С этой целью традиционно используются специальные каркасные конструкции с ложементами по контуру детали, специальные сборочные стапели с рубильниками, либо универсальные дискретные базирующие системы. Oversized bypass-forming parts of aircraft (LA) are single and double curvature shells of a metal sheet or composite material. Dimensions of parts can reach 18 x 3.5 m. Finishing operations on bypass-forming parts: drilling assembly holes, trimming allowances around the perimeter, as well as on hatches, windows and other openings. For the automated execution of these operations, an unambiguous basing of the bypass forming part in space is necessary. For this purpose, special frame structures with lodges along the part contour, special assembly stocks with knife switches, or universal discrete based systems are traditionally used.

Сборочный стапель представляет собой жесткую раму, закрепленную на вертикальных колоннах, на которой устанавливаются жесткие рубильники с контурами, соответствующими поперечному сечению данной детали. The assembly slip is a rigid frame mounted on vertical columns, on which are mounted rigid circuit breakers with contours corresponding to the cross section of this part.

Известен универсальный автоматизированный комплекс для базирования крупногабаритных обводообразующих деталей, их механической обработки и сборки, содержащий установленные с возможностью перемещения секции с рядами опор, оснащенных приводами и смонтированными на их концах вакуумными прихватами и размещенных с возможностью перемещения вдоль своей оси, механообрабатывающее оборудование и систему числового программного управления (ЧПУ) (Torresmill plus Torrestool, Авиэйшн уик энд спейс текнолоджи, 1995, с.93) /1/. A well-known universal automated complex for basing large-sized contour-forming parts, their machining and assembly, containing sections with rows of supports mounted with the possibility of movement, equipped with drives and vacuum clamps mounted at their ends and placed with the possibility of movement along its axis, machining equipment and a numerical software system control (CNC) (Torresmill plus Torrestool, Aviation weekend and space technology, 1995, p. 93) / 1 /.

Известен способ базирования крупногабаритных обводообразующих деталей, их механической обработки и сборки, включающий автоматическую настройку дискретных опор подвижных секций, ориентирование обводообразующей детали и фиксацию ее на опорах с помощью вакуумных прихватов, а также механическую обработку деталей /1/. A known method of basing large-sized contouring parts, their machining and assembly, including automatic tuning of discrete supports of the movable sections, orienting the contouring parts and fixing it on the supports using vacuum grippers, as well as machining parts / 1 /.

К недостаткам известного комплекса и способа базирования относится значительная дороговизна системы опор с ЧПУ, которая возрастает в квадрате при увеличении плотности размещения опор, что необходимо для обеспечения точности базирования тонколистовых деталей. Кроме того, надежность системы опор с ЧПУ, когда количество опор будет приближаться к нескольким сотням, будет снижаться. The disadvantages of the known complex and basing method include the significant high cost of the CNC support system, which increases in the square with an increase in the support density, which is necessary to ensure the accuracy of basing of sheet-metal parts. In addition, the reliability of the CNC support system, when the number of supports is close to several hundred, will decrease.

Кроме того, ограниченный ход опор известного комплекса приводит к сужению диапазона размеров устанавливаемых деталей. In addition, the limited course of the supports of the known complex leads to a narrowing of the size range of the installed parts.

Технической задачей, на решение которой направлены заявленные изобретения, является упрощение конструкции автоматизированного комплекса и расширение функциональных возможностей способа базирования, механической обработки и сборки. The technical problem to which the claimed inventions are directed is to simplify the design of the automated complex and expand the functionality of the basing method, machining and assembly.

Поставленная задача решается тем, что известный универсальный автоматизированный комплекс для базирования крупногабаритных обводообразующих деталей, их механической обработки и сборки, содержащий установленные с возможностью перемещения секции с рядами опор, оснащенных приводами и смонтированными на их концах вакуумными прихватами и размещенных с возможностью перемещения вдоль своей оси, механообрабатывающее оборудование и систему числового программного управления (ЧПУ), что он снабжен стойкой с упорами и приводами, связанными с системой ЧПУ, секции с рядами опор установлены по оси OZ в ортогональной системе координат XYZ с возможностью перемещения по программе вдоль оси OY и поворота вокруг своей оси на заданный угол α, оси опор расположены перпендикулярно к оси OZ в одной плоскости, а привод опор, имеющих возможность фиксации, выполнен централизованным, при этом стойка установлена с возможностью перемещения по программе вдоль оси OX и поворота на заданный угол α , упоры смонтированы с возможностью одновременного перемещения на заданную по программе величину в системе координат XYZ, а механообрабатывающее оборудование выполнено в виде робототехнического комплекса, включающего промышленный работ, транспортирующую промышленный робот систему и многофункциональную головку с режущим и измерительными инструментами. The problem is solved in that the well-known universal automated system for basing large-sized contour-forming parts, their machining and assembly, containing sections with rows of supports mounted with the ability to move, equipped with drives and vacuum clamps mounted at their ends and placed with the possibility of movement along its axis, machining equipment and a numerical control system (CNC), that it is equipped with a rack with stops and drives associated with system, the sections with rows of supports are installed along the OZ axis in the XYZ orthogonal coordinate system with the ability to move along the OY axis in the program and rotate around its axis by a predetermined angle α, the support axes are perpendicular to the OZ axis in the same plane, and the support drive having the possibility of fixation is made centralized, while the stand is installed with the ability to move along the program along the OX axis and rotate by a given angle α, the stops are mounted with the possibility of simultaneous movement to a value specified by the program in the system XYZ coordinates, and the machining equipment is made in the form of a robotic complex, including industrial work, transporting an industrial robot system and a multifunctional head with cutting and measuring tools.

Кроме того, для решения поставленной задачи в известном способе базирования крупногабаритных обводообразующих деталей, их механической обработки и сборки, включающем автоматическую настройку дискретных опор подвижных секций, ориентирование обводообразующей детали и фиксацию ее на опорах с помощью вакуумных прихватов, а также механическую обработку детали, согласно изобретению используют стойку с упорами и приводами, связанными с системой ЧПУ, перед автоматической настройкой дискретных опор на основе математической модели обводообразующей детали определяют координаты по оси OY в ортогональной системе координат XYZ осей подвижных секций и углы их поворота, а также координаты по оси ОХ стойки в соответствующих позициях и координаты упоров по оси OY в указанных позициях, автоматическую настройку дискретных опор подвижных секций осуществляют путем установки в указанные позиции и поворота подвижных секций, последовательной установки в соответствующие позиции и поворота стойки, выдвижения упоров стойки по оси OY на расчетные значения и централизованного подвода к ним в каждой позиции и фиксации опор подвижных секций, ориентирование обводообразующей детали производят по двум базовым отверстия, для механической обработки детали используют робототехнический комплекс, включающий промышленный робот с многофункциональной головкой, в процессе механической обработки производят обработку детали по контуру и сверление сборочных отверстий многофункциональной головкой по программе при последовательном позиционировании промышленного робота в заданных позициях, после чего осуществляют операции по сборке панели с использованием упомянутых сборочных отверстий обводообразующей детали и сверление отверстий в полученной в результате сборки панели с использованием многофункциональной головки. In addition, to solve the problem in the known method of basing large-sized contouring parts, their machining and assembly, including the automatic adjustment of discrete supports of the movable sections, orienting the contouring part and fixing it on the supports using vacuum grippers, as well as machining the part, according to the invention use a rack with stops and drives associated with the CNC system, before automatically setting discrete supports based on a mathematical model of bypass the coordinates of the axes OY in the orthogonal coordinate system XYZ of the axes of the movable sections and the angles of rotation, as well as the coordinates of the axis OX of the rack in the corresponding positions and the coordinates of the stops along the OY axis in the indicated positions, the discrete bearings of the movable sections are automatically adjusted by setting the indicated positions and rotation of the movable sections, sequential installation in the corresponding positions and rotation of the rack, extension of the rack stops along the OY axis to the calculated values and centralized approach to them in for each position and fixing the supports of the movable sections, the bypass forming part is oriented along two basic holes, for machining the part, a robotic complex including an industrial robot with a multifunction head is used, the part is machined along the contour and the assembly holes are drilled by the multifunction head according to the program at sequential positioning of an industrial robot in predetermined positions, after which assembly operations are carried out ate with said assembly holes obvodoobrazuyuschey parts and drilling holes in the resulting panel assembly using the multifunctional head.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображены на фиг.1 - универсальный автоматизированный комплекс для базирования крупногабаритных обводообразующих деталей, их механической обработки и сборки;
на фиг. 2 - то же, вид в плане.The invention is illustrated by drawings, which depict in figure 1 - a universal automated system for basing large-sized contouring parts, their machining and assembly;
in FIG. 2 - same, plan view.

Универсальный автоматизированный комплекс (фиг. 1) для базирования крупногабаритных обводообразующих деталей, их механической обработки и сборки состоит из ряда вертикально расположенных секций 1 с горизонтально расположенными опорами 2, включающими в себя штоки 3 с вакуумными прихватами. Секция 1 установлена на круговом основании 4, которое входит в гнездо платформы 5. Платформа 5 связана с поперечными направляющими 6, которые выставлены в ряд шагом "а" (фиг.2). Вдоль ряда поперечных направляющих 6 размещены продольные направляющие 7, на которых установлены платформа 8 со стойкой 9 с приводами от ЧПУ и платформа 10 промышленного робота 11. Стойка 9 представляет собой колонну с вертикальной осью O_nZ, несущую ряд упоров 12 с приводами 13, управляемыми ЧПУ. Упоры 12 размещены горизонтально и соосны опорам 2 секций 1. Стойка 9, также как и секция 1, установлена на круговом основании 14 и имеет возможность поворота вокруг своей оси O_nZ на угол α_i (приводы поворота c ЧПУ не показаны).A universal automated complex (Fig. 1) for basing large-sized contour-forming parts, their machining and assembly consists of a number of vertically arranged sections 1 with horizontally arranged supports 2, including rods 3 with vacuum clamps. Section 1 is installed on a circular base 4, which is included in the socket of the platform 5. The platform 5 is connected with the transverse guides 6, which are set in a row by the step "a" (figure 2). Along a number of transverse guides 6, longitudinal guides 7 are placed on which a platform 8 with a stand 9 with CNC drives and a platform 10 of an industrial robot 11 are installed. The stand 9 is a column with a vertical axis O _n Z carrying a series of stops 12 with drives 13 controlled CNC. The stops 12 are placed horizontally and aligned with the supports of 2 sections 1. The stand 9, as well as the section 1, is mounted on a circular base 14 and has the ability to rotate around its axis O _n Z at an angle α _i (rotation drives with CNC are not shown).

Платформа 10 промышленного робота перемещается по направляющим 7 в заданную позицию приводом с ЧПУ и фиксируется. На руке промышленного робота установлена многофункциональная головка 15, которая в каждой из восьми позиций несет режущий, измерительный или другой технологический инструмент 16. Управление промышленным роботом и головкой 15 осуществляется через свои стойки управления. The platform 10 of an industrial robot moves along the guides 7 to a predetermined position by a CNC drive and is fixed. A multifunctional head 15 is mounted on the arm of an industrial robot, which in each of eight positions carries a cutting, measuring or other technological tool 16. The industrial robot and head 15 are controlled through their control posts.

Универсальный комплекс работает следующим образом. На основе математической модели теоретической поверхности обводообразующей детали определяют координаты Y_n осей секций 1 и углы поворота α_n их плоскостей в системе XYZ комплекса, а также координаты X_n стойки 9 в соответствующих позициях n и координаты Y_n упоров 12, после чего производится автоматическая настройка системы дискретных опор, в соответствии с которой происходит установка и поворот в заданных позициях секций 1.Universal complex works as follows. Based on the mathematical model of the theoretical surface of the bypass forming part, the coordinates Y _{n of the} axes of sections 1 and the rotation angles α _{n of} their planes in the XYZ system of the complex are determined, as well as the coordinates X _{n of the} strut 9 in the corresponding positions n and the coordinates Y _{n of the} stops 12, after which automatic tuning is performed discrete support system, in accordance with which the installation and rotation in the given positions of the sections 1.

После этого последовательно в каждой позиции против стоек 1 (на координате X_n) устанавливается стойка 9, выдвигаются на расчетные значения Y_n упоры 12, а к ним централизовано подводятся и фиксируются опоры 2 секции 1. И так последовательно в каждой позиции. Обводообразующая деталь 17 ориентируется по двум базовым отверстиям (или реперным меткам на поверхности детали) с координатами С_БО(1) и С_БО(2) и фиксируется к выставленным опорам 2 при помощи вакуумных прихватов.After that, in each position against each of the uprights 1 (at the coordinate X _n ), a rack 9 is installed, the supports 12 are extended to the calculated values of Y _n , and the supports 2 of section 1 are brought in centrally and fixed to them. And so, sequentially in each position. The bypass forming part 17 is guided by two base holes (or reference marks on the surface of the part) with the coordinates C _{BO (1)} and C _{BO (2)} and is fixed to the exposed supports 2 using vacuum clamps.

После установки детали 17 производится ее механическая обработка: сверление сборочных отверстий многофункциональной головкой 15 при последовательном позиционировании промышленного робота в заданных по программе позициях. Выполняются сборочные операции панели фюзеляжа (крыла) с использованием полученных сборочных отверстий, сверление и разделка отверстий в пакетах с использованием инструментального набора многофункциональной головки. Производится механическая обработка детали 17 по контуру (снятие припусков и заусенцев). При необходимости выполняются на всех этапах сборки контрольные операции, нанесение герметиков, фрезерование (зачистка) выступающих частей заклепок и т.д. After the installation of part 17, it is machined: drilling assembly holes with the multi-function head 15 during sequential positioning of an industrial robot in programmed positions. Assembly operations of the fuselage panel (wing) are carried out using the assembly holes obtained, drilling and cutting holes in packages using the tool kit of the multifunction head. The machining of the part 17 along the contour is performed (removal of allowances and burrs). If necessary, control operations are carried out at all stages of assembly, applying sealants, milling (cleaning) of the protruding parts of the rivets, etc.

Преимуществами предложенного универсального комплекса и способа базирования крупногабаритных деталей, их механической обработки и сборки являются значительное упрощение конструкции, снижение стоимости и расширение функциональных возможностей. Благодаря применению в этом случае бесплазового метода производства изделий многократно сокращается цикл подготовки производства, уменьшаются производственные площади и появляются реальные перспективы к значительной роботизации сборочного производства. The advantages of the proposed universal complex and the method of basing large parts, their machining and assembly are a significant simplification of the design, cost reduction and expansion of functionality. Owing to the application of a flameless production method in this case, the production preparation cycle is reduced many times, production areas are reduced, and real prospects for significant robotics of assembly production appear.

Claims

1. A universal automated complex for basing large-sized contouring parts, their machining and assembly, containing sections with rows of supports mounted with the possibility of movement, equipped with drives and vacuum clamps mounted at their ends and placed with the possibility of movement along its axis, machining equipment and a numerical system program control (CNC), characterized in that it is equipped with a rack with stops and drives associated with the CNC system, sections with rows the pores are installed along the OZ axis in the XYZ orthogonal coordinate system with the ability to move along the OY axis in the program and rotate around its axis by a predetermined angle α, the support axes are perpendicular to the OZ axis in the same plane, and the support drive, with the possibility of fixation, is made centralized, the rack is installed with the ability to move along the program along the OX axis and rotate by a predetermined angle α, the stops are mounted with the possibility of simultaneous movement to a value specified by the program in the XYZ coordinate system, and machining vayuschee equipment is designed as a robotic system comprising an industrial robot, industrial robot conveying system and the multi-function head with the cutting and measuring tools.

2. The method of basing large-sized contouring parts, their machining and assembly, including the automatic adjustment of discrete supports of the movable sections, orienting the contouring parts and fixing it on the supports using vacuum grippers, as well as machining the part, characterized in that they use a rack with stops and drives associated with the CNC system, before automatically setting discrete supports based on the mathematical model of the bypass forming part, determine the coordinates along the OY axis in To the coordinate system XYZ of the axes of the movable sections and their rotation angles, as well as the coordinates along the OX axis of the strut in the corresponding positions and the coordinates of the stops along the OY axis in the indicated positions, the discrete bearings of the movable sections are automatically adjusted by setting the sequential installation in the appropriate positions and rotation of the rack, extension of the rack stops along the OY axis to the calculated values, as well as a centralized approach to them in each position and fixing the supports of the movable sections, The bypass-forming part is orientated by two basic holes, a robotic complex is used for machining the part, including an industrial robot with a multi-function head, during machining, the part is machined along the contour and the assembly holes are drilled by the multi-function head according to the program when sequentially positioning the industrial robot in predetermined positions, then carry out operations to assemble the panel using the aforementioned assembly holes a bypass forming part and drilling holes in a panel obtained as a result of assembly using a multifunctional head.