УСТРОЙСТВО ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТОНКИХ ЭЛЕМЕНТОВ С КРИВОЛИНЕЙНЫМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ Российский патент 2020 года по МПК B23Q1/76 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области обработки тонких элементов с криволинейными поверхностями и предлагает устройство, обеспечивающее возможность обработки тонких элементов при предпочтительных условиях применения с целью удаления излишка материала указанного тонкого элемента для уменьшения его веса.

Уровень техники

В области авиастроения крупные панели используются для изготовления крыла и фюзеляжа летательного аппарата. Одной из основных задач при изготовлении указанных частей летательного аппарата является обеспечение минимального веса, чтобы панели обладали достаточной толщиной для обеспечения необходимой механической прочности, но в то же время были максимально тонкими с целью минимизации веса.

Для уменьшения веса панелей в требуемых областях использовались фрезерные станки. Эти станки должны иметь специальную конструкцию, обеспечивающую возможность обработки панелей без деформации, поскольку панели уменьшенной толщины легко подвергаются деформации в процессе обработки.

Для устранения этой проблемы предлагались различные устройства для обработки, например, устройство, раскрываемое в патентном документе EP 1.591.195 B1, содержащее две части, синхронно перемещающиеся напротив друг друга в процессе обработки. В частности, данное устройство для обработки содержит первую часть, включающую в себя обрабатывающий инструмент и первое прижимающее средство, расположенные на обрабатываемой поверхности панели, и вторую часть со вторым прижимающим средством, выполняющим функцию упора для области, на которой производится обработка, и расположенным на противоположной стороне панели, так что обе части устройства для обработки всегда находятся напротив друг друга, синхронно перемещаясь относительно обрабатываемой панели; указанное устройство обеспечивает возможность механической обработки панелей без их деформации.

Это устройство служит для уменьшения толщины панелей, используемых при изготовлении фюзеляжа летательного аппарата, которые представляют собой панели с очень большим радиусом кривизны; однако для панелей, используемых в конструкции крыла, в частности передней кромки крыла, данное устройство не подходит, поскольку передняя кромка крыла имеет очень маленький радиус кривизны, от 17 до 100 мм, так что вышеупомянутая первая часть устройства для обработки, вследствие своей конфигурации, не может правильно установиться в области обработки панели, где радиус кривизны еще меньше.

Таким образом, существует необходимость создания устройства, обеспечивающего возможность эффективной механической обработки тонких элементов с криволинейными поверхностями уменьшенного радиуса кривизны, например, таких как передняя кромка крыла летательного аппарата.

Раскрытие сущности изобретения

Настоящим изобретением предлагается устройство для механической обработки тонких элементов с криволинейными поверхностями, например передних кромок крыла летательного аппарата, имеющих вогнутую поверхность и очень маленький радиус кривизны, порядка 17 мм.

Устройство для механической обработки тонких элементов с криволинейными поверхностями согласно настоящему изобретению содержит:

- первую часть, содержащую инструмент, служащий для механической обработки вогнутой стороны тонкого элемента, и первое прижимающее средство, предназначенное для входа в контакт с вогнутой стороной тонкого элемента;

- вторую часть, содержащую второе прижимающее средство, предназначенное для входа в контакт с выпуклой стороной тонкого элемента; и

- синхронизирующее средство для синхронизации перемещений первой и второй частей устройства для механической обработки таким образом, чтобы при использовании обе части синхронно перемещались напротив друг друга.

Согласно настоящему изобретению инструмент первой части устройства для механической обработки имеет круглую форму для радиусной обработки вогнутой стороны тонкого элемента, а первое прижимающее средство содержит по меньшей мере один диск, расположенный параллельно инструменту, причем как инструмент, так и по меньшей мере один диск имеют радиус, который меньше или равен радиусу кривизны вогнутой стороны тонкого элемента. Таким образом, при такой конфигурации первой части устройства для механической обработки инструмент может входить во все области вогнутой стороны тонкого элемента с уменьшенным радиусом кривизны.

Предпочтительно, первая часть устройства для механической обработки содержит инструмент и прижимающее средство, содержащее два диска, причем с каждой стороны инструмента расположен один из указанных дисков, благодаря чему улучшается направление инструмента.

Инструмент закреплен на вращающемся валу таким образом, что инструмент вращается вместе с валом, а диски установлены на вращающемся валу на подшипниках, так что диски могут свободно вращаться относительно вращающегося вала.

Предполагается, что диски первого прижимающего средства выполнены из сжимаемого материала, предпочтительно из эластомерного материала. Согласно одному из возможных вариантов осуществления изобретения диски выполнены полностью из сжимаемого материала. Согласно еще одному возможному варианту осуществления изобретения диски содержат жесткий внутренний сердечник и внешнюю часть, выполненную из сжимаемого материала.

Первая часть устройства для механической обработки содержит держатель инструмента и первого прижимающего средства, причем данный держатель имеет соединительное устройство, служащее для обеспечения соединения с возможностью вращения с головкой станка и обеспечивающее перемещение устройства по обрабатываемой поверхности.

Держатель выполнен таким образом, что инструмент и первое прижимающее средство первой части устройства для механической обработки могут перемещаться в боковом направлении относительно соединительного устройства между держателем и головкой. Таким образом, головка отделена в поперечном направлении от обрабатываемой области, что предотвращает вероятность контакта головки с обрабатываемым тонким элементом, поскольку головка обычно имеет крупные габариты, а обрабатываемый участок поверхности имеет очень маленький радиус кривизны, что затрудняет доступ инструмента к обрабатываемой области.

Кроме того, для дополнительного отделения головки от обрабатываемой области соединительное устройство может содержать удлинительный элемент для соединения с головкой, или соединительное устройство с головкой может представлять собой телескопическое соединительное устройство, обеспечивающее возможность изменения расстояния между держателем и головкой.

Кроме того, диски прижимающего средства могут иметь разные наружные диаметры, так что наружные диаметры дисков выбираются в зависимости от конфигурации обрабатываемого тонкого элемента.

С другой стороны, диски прижимающего средства могут содержать средства для регулирования наружного диаметра дисков, например надувные колеса, обеспечивающие возможность регулирования расстояния между вращающимся валом и дисками, установленными на данном вращающемся валу.

Таким образом, настоящим изобретением предлагается устройство для механической обработки, которое благодаря своим конструктивным и функциональным характеристикам обеспечивает возможность обработки тонких элементов с криволинейными поверхностями с маленькими радиусами кривизны.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показана первая часть устройства для механической обработки согласно настоящему изобретению, соединенная с головкой станка;

на фиг. 2 – вид спереди первой части устройства для механической обработки согласно настоящему изобретению;

на фиг. 3 – частичный вид в разрезе устройства, показанного на предыдущем чертеже;

на фиг. 4 – перспективное изображение обрабатываемого тонкого элемента с криволинейными поверхностями, причем первая часть устройства обрабатывает вогнутую сторону тонкого элемента, а вторая часть устройства упирается в выпуклую сторону тонкого элемента;

на фиг. 5 – вид сбоку устройства, показанного на предыдущем изображении.

Осуществление изобретения

Объектом настоящего изобретения является устройство для механической обработки тонких элементов 1 с криволинейными поверхностями, например, таких как передние кромки крыла летательного аппарата. Тонкие элементы 1 с криволинейными поверхностями такого типа имеют вогнутую сторону 1.1 и выпуклую сторону 1.2, противоположную вогнутой стороне 1.1. Вогнутая сторона 1.1 имеет очень маленький радиус r кривизны, который в области главной продольной оси 1.3 тонкого элемента 1, то есть там, где радиус r кривизны меньше, может составлять приблизительно 17 мм.

Для механической обработки тонких элементов 1 с криволинейными поверхностями такого типа с очень маленьким радиусом r кривизны настоящим изобретением предлагается устройство для механической обработки, содержащее первую часть 2, располагаемую на вогнутой стороне 1.1 обрабатываемого тонкого элемента 1, и вторую часть 3, располагаемую на выпуклой стороне 1.2 тонкого элемента 1, и синхронизирующее средство, управляющее перемещением первой части 2 и второй части 3 устройства для механической обработки таким образом, чтобы они синхронно перемещались напротив друг друга относительно тонкого элемента 1. Таким образом, во время механической обработки первая часть 2 выполняет функцию рабочего элемента, а вторая часть 3 выполняет функцию упора для области, подвергаемой механической обработке в данный момент.

Первая часть 2 содержит инструмент 4, служащий для механической обработки вогнутой стороны 1.1 тонкого элемента 1, и первое прижимающее средство 5, входящее в контакт с вогнутой стороной 1.1 тонкого элемента 1 и оказывающее на нее давление, а вторая часть 3 содержит второе прижимающее средство 6, входящее в контакт с выпуклой стороной 1.2 тонкого элемента 1 и оказывающее на нее давление.

Инструмент 4 имеет круглую форму для радиусной обработки вогнутой стороны 1.1 тонкого элемента 1, а первое прижимающее средство 5 содержит по меньшей мере один диск, причем как инструмент 4, так и по меньшей мере один диск имеют радиус, который меньше или равен радиусу r кривизны вогнутой стороны 1.1 в области главной продольной оси 1.3, благодаря чему обеспечивается, что устройство для механической обработки может входить во все области вогнутой стороны 1.1 тонкого элемента 1.

Как показано в примерном варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 2, первая часть 2 устройства для механической обработки содержит круглый инструмент 4 и первое прижимающее средство 5, образованное двумя дисками, расположенными практически параллельно инструменту 4, причем с каждой стороны инструмента 4 расположен один из указанных дисков. В любом случае, первая часть 2 может содержать первое прижимающее средство 5 с одним диском, расположенным параллельно инструменту 4.

Как показано на частичном виде в разрезе на фиг. 3, инструмент 4 и диски установлены на одном и том же вращающемся валу 7, причем инструмент 4 закреплен на вращающемся валу 7 таким образом, что инструмент 4 вращается вместе с вращающимся валом 7, в то время как диски установлены на вращающемся валу 7 на подшипниках 8, так что диски могут свободно вращаться относительно вращающегося вала 7.

Предполагается, что диски первого прижимающего средства 5 выполнены из сжимаемого материала, предпочтительно из эластомерного материала. Таким образом, согласно рассматриваемому в качестве примера варианту осуществления изобретения, показанному на фиг. 3, диски содержат жесткий внутренний сердечник 9 и внешнюю часть 10, выполненную из сжимаемого материала и представляющую собой часть диска, контактирующую с вогнутой стороной 1.1 тонкого элемента 1. Согласно еще одному возможному варианту осуществления изобретения (на чертежах не показан), диски могут быть выполнены полностью из сжимаемого материала, такого как эластомер.

Таким образом, использование прижимающего средства 5 с двумя дисками, расположенными по одному с каждой стороны инструмента 4, улучшает направление инструмента 4 в процессе механической обработки; кроме того, применение сжимаемого материала в первом прижимающем средстве 5 позволяет более эффективно регулировать давление, оказываемое инструментом 4 на тонкий элемент 1 во время обработки.

Как показано на фиг. 4 и 5, первая часть 2 устройства для механической обработки содержит держатель 11 инструмента 4 и первого прижимающего средства 5, при этом держатель 11, в свою очередь, содержит соединительное устройство 12 для соединения с головкой 13 станка, не являющейся предметом настоящего изобретения. Соединительное устройство 12 служит для обеспечения вращательного соединения с головкой станка, чтобы держатель 11 мог вращаться относительно головки 13 вокруг оси 14, как показано на прилагаемых чертежах.

Предполагается, что инструмент 4 и первое прижимающее средство 5 первой части 2 устройства для механической обработки могут перемещаться в боковом направлении относительно оси 14 соединительного устройства 12 между держателем 11 и головкой 13. Таким образом, обеспечивается разделение в боковом направлении между головкой 13 и компонентами первой части 2 устройства для механической обработки, таким образом, что им обеспечивается доступ к обрабатываемым областям вогнутой стороны 1.1 тонкого элемента 1 с очень маленьким радиусом r кривизны, без вхождения в контакт крупногабаритной головки 13 с какими-либо частями обрабатываемого тонкого элемента 1.

Кроме того, для предотвращения возможности столкновения головки 13 с какими-либо частями тонкого элемента 1 предполагается, что соединительное устройство 12 с головкой 13 является устройством телескопического типа, обеспечивающим возможность изменения расстояния между держателем 11 и головкой 13. Кроме того, соединительное устройство 12 может содержать удлинительный элемент для соединения соединительного устройства 12 с головкой 13 таким образом, что в зависимости от конфигурации обрабатываемого тонкого элемента 1 регулируется длина указанного удлинительного элемента. В любом из вышеуказанных двух случаев расстояние между головкой 13 и держателем 11 увеличивается, причем инструмент 4 и первое прижимающее средство 5 располагаются таким образом, что головка 13 не входит в контакт с обрабатываемым тонким элементом 1.

Диски первого прижимающего средства 5 могут иметь разные наружные диаметры, так что в соответствии с конфигурацией обрабатываемого тонкого элемента 1 оба диска установлены на вращающемся валу 7, причем каждый диск имеет внешний диаметр, соответствующий радиусу r кривизны обрабатываемого участка.

Диски первого прижимающего средства 5 содержат средства для изменения наружного диаметра дисков. Эти средства могут быть устройствами механического, пневматического или электрического типа, обеспечивающими возможность регулирования внешнего диаметра дисков, в которых используются либо надувные колеса для изменения расстояния между жестким внутренним сердечником 9 и подшипниками 8, либо (в случае, когда диски выполнены полностью из сжимаемого материала) для изменения расстояния между подшипниками 8 и самим сжимаемым материалом.

Таким образом, с учетом вышеизложенного, механическая обработка тонкого элемента 1 криволинейными поверхностями осуществляется по траекториям, перпендикулярным главной продольной оси 1.3; при этом сначала первая часть 2 устройства для механической обработки располагается на вогнутой стороне 1.1 тонкого элемента 1, а вторая часть 3 устройства для механической обработки располагается на выпуклой стороне 1.2, в положении напротив места, в котором расположена первая часть 2.

Затем вращающийся вал 7 начинает вращаться, приводя в действие инструмент 4, который осуществляет механическую обработку вогнутой стороны 1.1 тонкого элемента 1, а первая часть 2 устройства перемещается по траекториям, перпендикулярным главной продольной оси 1.3; при этом диски первого прижимающего средства 5 свободно вращаются, обеспечивая перемещение держателя по вогнутой стороне 1.1. С другой стороны, синхронизирующее средство устройства для механической обработки синхронизирует перемещение второго прижимающего средства 6 второй части 3 устройства для механической обработки таким образом, что указанное второе прижимающее средство повторяет перемещения первой части 2. Таким образом, обрабатываемая поверхность полностью закрыта первым прижимающим средством 5 и вторым прижимающим средством 6, что предотвращает возможность деформации тонкого элемента 1 в процессе обработки.

Изобретение относится к области механической обработки и может быть использовано при обработке тонких элементов с криволинейными поверхностями, имеющих подлежащую обработке вогнутую сторону и выпуклую сторону, противоположную вогнутой стороне. Устройство содержит первую часть, включающую в себя инструмент для механической обработки и первое прижимающее средство, выполненное с возможностью вхождения в контакт с вогнутой стороной тонкого элемента, вторую часть, включающую в себя второе прижимающее средство, выполненное с возможностью вхождения в контакт с выпуклой стороной тонкого элемента, и синхронизирующее средство, предназначенное для синхронизации перемещений первой и второй части напротив друг друга. При этом инструмент имеет круглую форму для радиусной обработки вогнутой стороны, а первое прижимающее средство содержит по меньшей мере один диск, расположенный параллельно инструменту. Использование изобретения позволяет повысить качество обработки тонких элементов с криволинейными поверхностями. 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для механической обработки тонких элементов (1) с криволинейными поверхностями, имеющих подлежащую обработке вогнутую сторону (1.1) с радиусом (r) кривизны и выпуклую сторону (1.2), противоположную вогнутой стороне (1.1), содержащее

первую часть (2), включающую в себя инструмент (4) для механической обработки вогнутой стороны (1.1) тонкого элемента (1) и первое прижимающее средство (5), выполненное с возможностью вхождения в контакт с вогнутой стороной (1.1) тонкого элемента (1),

вторую часть (3), включающую в себя второе прижимающее средство (6), выполненное с возможностью вхождения в контакт с выпуклой стороной (1.2) тонкого элемента (1), и

синхронизирующее средство, предназначенное для синхронизации перемещений первой части (2) и второй части (3) напротив друг друга,

отличающееся тем, что инструмент (4) первой части (2) имеет круглую форму для радиусной обработки вогнутой стороны (1.1) тонкого элемента (1), при этом первое прижимающее средство (5) содержит по меньшей мере один диск, расположенный параллельно инструменту (4), причем инструмент (4) и по меньшей мере один диск установлены на вращающемся валу (7) и выполнены с радиусом, который равен или меньше, чем радиус (r) кривизны вогнутой стороны (1.1) тонкого элемента (1).

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что прижимающее средство (5) содержит два диска, причем с каждой стороны инструмента (4) расположен один из указанных дисков.

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что инструмент (4) закреплен на вращающемся валу (7) с возможностью вращения вместе с указанным валом, а диски установлены на вращающемся валу (7) на подшипниках (8) с возможностью свободного вращения относительно вращающегося вала (7).

4. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что диски прижимающего средства (5) по меньшей мере частично выполнены из сжимаемого материала, предпочтительно из эластомерного материала.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что диски содержат жесткий внутренний сердечник (9) и внешнюю часть (10), выполненную из сжимаемого материала.

6. Устройство по любому из пп. 1-5, отличающееся тем, что первая часть (2) содержит держатель (11) инструмента (4) и прижимающего средства (5), причем держатель (11) содержит соединительное устройство (12) для обеспечения соединения с возможностью вращения с головкой (13) станка.

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что инструмент (4) и первое прижимающее средство (5) выполнены с возможностью перемещения в боковом направлении относительно соединительного устройства (12).

8. Устройство по п. 6 или 7, отличающееся тем, что соединительное устройство (12) имеет удлинительный элемент для соединения с головкой (13).

9. Устройство по п. 6 или 7, отличающееся тем, что соединительное устройство (12) с головкой (13) представляет собой телескопическое соединительное устройство, обеспечивающее возможность изменения расстояния между держателем (11) и головкой (13).

10. Устройство по любому из пп. 1-9, отличающееся тем, что диски прижимающего средства (5) имеют разные наружные диаметры.

11. Устройство по любому из пп. 1-10, отличающееся тем, что диски прижимающего средства (5) содержат средства, выполненные с возможностью изменения наружного диаметра дисков.