EP3288697A1 - Bearbeitungsanlage für flugzeugstrukturbauteile - Google Patents

Bearbeitungsanlage für flugzeugstrukturbauteile

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Publication number
EP3288697A1
EP3288697A1 EP16721751.2A EP16721751A EP3288697A1 EP 3288697 A1 EP3288697 A1 EP 3288697A1 EP 16721751 A EP16721751 A EP 16721751A EP 3288697 A1 EP3288697 A1 EP 3288697A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
frame
tool
workpiece
processing
longitudinal direction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16721751.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Meiners
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Broetje Automation GmbH
Original Assignee
Broetje Automation GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Broetje Automation GmbH filed Critical Broetje Automation GmbH
Publication of EP3288697A1 publication Critical patent/EP3288697A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00—Riveting
    • B21J15/10—Riveting machines
    • B21J15/14—Riveting machines specially adapted for riveting specific articles, e.g. brake lining machines
    • B21J15/142—Aerospace structures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B41/00—Boring or drilling machines or devices specially adapted for particular work; Accessories specially adapted therefor
    • B23B41/003—Boring or drilling machines or devices specially adapted for particular work; Accessories specially adapted therefor for drilling elongated pieces, e.g. beams
    • B23B41/006—Boring or drilling machines or devices specially adapted for particular work; Accessories specially adapted therefor for drilling elongated pieces, e.g. beams the machining device being moved along a fixed workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25—Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/44—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms
    • B23Q1/50—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with rotating pairs only, the rotating pairs being the first two elements of the mechanism
    • B23Q1/52—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with rotating pairs only, the rotating pairs being the first two elements of the mechanism a single rotating pair
    • B23Q1/525—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with rotating pairs only, the rotating pairs being the first two elements of the mechanism a single rotating pair which is parallel to the working surface
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64F—GROUND OR AIRCRAFT-CARRIER-DECK INSTALLATIONS SPECIALLY ADAPTED FOR USE IN CONNECTION WITH AIRCRAFT; DESIGNING, MANUFACTURING, ASSEMBLING, CLEANING, MAINTAINING OR REPAIRING AIRCRAFT, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; HANDLING, TRANSPORTING, TESTING OR INSPECTING AIRCRAFT COMPONENTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B64F5/00—Designing, manufacturing, assembling, cleaning, maintaining or repairing aircraft, not otherwise provided for; Handling, transporting, testing or inspecting aircraft components, not otherwise provided for
    • B64F5/10—Manufacturing or assembling aircraft, e.g. jigs therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2215/00—Details of workpieces
    • B23B2215/04—Aircraft components

Definitions

  • the invention relates to a processing plant for aircraft structural components according to the preamble of claim 1 and to a method for processing an aircraft structural component with a processing plant according to the invention.
  • No. 8,220,134 B2 describes a machining system for aircraft structural components, in which a riveting unit with an upper tool and a lower tool is arranged in a C-shaped frame.
  • a mounting frame is provided for fixing an aircraft structural component and accommodated at two ends on a respective tower.
  • the clamping frame can be moved separately in height at each end and rotated about a longitudinal axis.
  • the riveting unit in the C-shaped frame can be moved overall in a horizontal X-axis, and the towers can each be moved in a horizontal Y-axis which is perpendicular to the X-axis.
  • a frame is understood to mean any load-bearing and dimensionally stable structure on which a component is held.
  • a frame may comprise several, separate subcomponents.
  • a longitudinal direction, a transverse direction and optionally a vertical direction are defined which are each angled relative to one another.
  • directions are preferably space-stable, invariable directions or axes. In concrete implementations of the invention, these directions are often, but not necessarily, of the fixed axes of a Cartesian system, with the axes oriented at right angles to one another.
  • the longitudinal direction is also referred to as the X-axis, the transverse direction as the Y-axis and the vertical direction as the Z-axis.
  • a workpiece is understood to mean a component of an aircraft structure to be processed by the processing system. In the preferred sense, these are to be riveted light metal components of the aircraft, for example, fuselage, wing or tail parts.
  • a pair of tools with an upper tool and a lower tool is understood in particular to mean any tool in which the upper tool and lower tool must cooperate with the workpiece simultaneously to achieve machining. This results in corresponding requirements for travel paths, mounting and precision of the positioning of the tool pair.
  • a processing system is a computer-controlled system in which the positioning and processing operations are automated by means of electrical, hydraulic or other motors and / or actuators.
  • the tool pair comprises a riveting tool or a combined tool for drilling and riveting.
  • one of the two, in particular the upper tool is designed for feeding a rivet, wherein the respective other, in particular the lower tool, acts as an abutment in the case of a deformation of the rivet.
  • a drilling and riveting tool as it is known in general and from the aforementioned processing equipment.
  • a hole can first be introduced into the workpiece by means of a drilling tool, after which a rivet is introduced into the hole by means of the combined riveting tool and deformed.
  • a pivot bearing or a pivoting of the second frame is generally understood a movement about the pivot axis, in which also a perpendicular to the axis, linear component of motion can be superimposed.
  • a superimposed movement would be realized, for example, if the second frame were moved via a bearing in a non-circularly curved guideway.
  • the pivoting takes place as a simple rotation, wherein the pivot axis is designed as a rotation axis.
  • Such a rotation can be carried out particularly preferably via a simple pivot bearing as a pivot bearing.
  • the second frame is accommodated via the pivot bearing on a lower frame, wherein the lower frame is movable on a guide in the longitudinal direction.
  • This allows a simple and accurate positioning of the tool pair in the longitudinal direction.
  • the workpiece or the first frame could also be designed to be movable in the longitudinal direction.
  • the second frame has a closed around the pair of tools supporting structure, wherein the workpiece engages through an opening encompassed by the support structure opening.
  • the support structure opening may be a rectangular frame act, in which the upper tool and the lower tool are received on opposite sides of the frame.
  • At least one of the two, upper tool or lower tool can be moved in an adjustable manner relative to the second frame in an angled tool direction to the transverse direction.
  • This allows a particularly fast and accurate positioning in the transverse direction.
  • the workpiece or the first frame may be designed to be movable in the transverse direction.
  • the first frame comprises two positioning towers.
  • the positioning towers are separately positionable from one another. Between the positioning towers, the workpiece may be held, wherein it is optionally movable by means of the positioning towers. Separate positioning of the positioning towers allows the system to be adapted to different sizes of workpieces.
  • the positioning towers are stationary in the sense that they are not movable during the machining of a workpiece.
  • the first frame has at least one first receptacle and one second receptacle, which are arranged on two opposite end regions of the workpiece, wherein the first receptacle is adjustably movable in a vertical direction angled to the longitudinal direction and the transverse direction.
  • the workpiece can be positioned at its angle to the tool pair.
  • the first receptacle is adjustably rotatable, wherein the workpiece is rotatable about a workpiece axis by the rotation of the first receptacle.
  • the workpiece axis can in particular extend approximately along a greatest length of the workpiece, as a result of which the rotation about the workpiece axis becomes particularly space-saving.
  • the second recording in the vertical direction is adjustable movable.
  • both a first end and a second end of the workpiece can be moved independently of each other in height, so that both an overall height and an inclination of the workpiece are adjustable about the transverse direction.
  • a length compensation for example in the manner of a Teleskopu- tion, be formed.
  • a clamping frame is connected to the first receptacle and to the second receptacle, wherein the workpiece can be releasably secured to the mounting frame and the mounting frame can be moved by means of the receptacles.
  • This allows a precise clamping and positioning of large and largely arbitrarily shaped workpieces.
  • the workpiece may also be arranged self-supporting between the receptacles.
  • the object of the invention is also achieved by a method for processing an aircraft structural component by means of a processing system according to the invention, comprising the steps:
  • the adaptation of the tool direction or a machining direction when approaching the second machining position can be carried out quickly and easily.
  • the tool direction is preferably aligned perpendicular to the surface at the machining position.
  • the direction of the tool is understood in particular to mean the direction of the flow.
  • FIG. 1 shows an overall view of a processing plant according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic representation of axes, directions and planes of the machining system from FIG. 1 in the machining position shown in FIG. 1, FIG.
  • FIG. 3 shows the schematic illustration of FIG. 2 in a second processing position
  • FIG. 4 shows the schematic illustration from FIG. 2 in a third processing position.
  • the processing system shown in FIG. 1 comprises a first frame 1, which comprises a first positioning tower 2 and a second positioning tower 3. At each of the positioning towers 2, 3 is in each case a receptacle 4, 5 arranged, each of which by means of a controlled drive in the presently vertical and parallel high directions H 1, H 2 are movable.
  • Each of the receptacles 4, 5 is rotatable about a workpiece axis A, the orientation of the workpiece axis A depending on the respective position of the receptacles 4, 5 in the high directions H 1, H 2.
  • a mounting frame 6 is fixed between the receptacles 4, 5, so that the mounting frame 6 can be changed in its spatial orientation by means of the movements of the receptacles 4, 5.
  • a length compensation is provided on one of the receptacles 4, 5 in a known manner.
  • a workpiece (not shown) can be fixed in place by holding members on the mounting frame 6, so that the workpiece is adjustable in space together with the mounting frame 6.
  • a second frame 7 carries a tool pair 8, which comprises an upper tool 9 and a lower tool 10.
  • the pair of tools 8 is designed overall as a combined tool for drilling and riveting.
  • a bore can be introduced into the workpiece by means of the upper tool 9 first.
  • a rivet is then inserted into the bore and deformed.
  • the upper tool 9 and the lower tool 10 are each movable in the second frame 7 in a transverse direction Q, so that an adjustment of a working point can be set substantially over a width of the second frame 7.
  • the second frame 7 has a closed around the tool pair circumferential support structure, wherein the workpiece or the Aufspannrahmen 6 engages through an encompassed by the support structure opening 1 1.
  • the support structure is in the present case as a rectangle of two horizontal beams 12, 13 and two mutually perpendicular supports 14, 15 are formed. In the horizontal supports 12, 13 there are drives for the respective method of upper tool 9 and lower tool 10 in the transverse direction Q.
  • the upper tool 9 and the lower tool 10 can each be moved in an adjustable manner relative to the second frame 7 in a tool direction W angled to the transverse direction Q.
  • the second frame 7 is received on a pivot bearing 16, so that it is pivotable about a pivot axis B.
  • the pivot bearing 16 is designed as a pivot bearing, so that the pivot axis B is a central axis of rotation of the pivot bearing 16.
  • the pivoting of the second frame 7 takes place correspondingly together with the recorded on the second frame 7 tool pair. 8
  • the pivoting of the second frame 7 can be driven in a computer-controlled manner by means of a rotary drive 17. Overall, all movements of the processing system described above and below are operated under computer control.
  • the pivot bearing 16 is supported on a base frame 18, so that the second frame 7 is received on the base frame 18 via the pivot bearing 16. As a result, the second frame 7 is positioned sufficiently high to be able to pivot freely.
  • the underframe 18 is set down on a guide 19 comprising two rails, which extends in a longitudinal direction L which is angled with respect to the transverse direction Q.
  • a guide 19 comprising two rails, which extends in a longitudinal direction L which is angled with respect to the transverse direction Q.
  • the extension of the Ausspannrahmens 6 is in the longitudinal direction L more than twice as large as in the transverse direction Q. Accordingly, the setting of an inclination of the Aufspannrahmens 6 to the transverse direction Q means a large stroke of the receptacles 4, 5 in the vertical direction. This can be limited by appropriate adjustment of the pivot angle of the second frame 7.
  • a workpiece (not shown) is set on the empty chuck 6.
  • the workpiece preferably has a crown which at least partially has a curvature about the transverse direction, so that it is not flat in the longitudinal direction.
  • the position of the tool pair 8 is calibrated relative to the workpiece.
  • a first processing position is approached and the workpiece is processed in this position.
  • the upper tool 9 by means of the upper tool 9 a hole Drilled into the workpiece and inserted a rivet.
  • the rivet is then deformed or closed by cooperation of upper tool 9 and lower tool 10.
  • a second processing position is approached, which is different at least in the longitudinal direction L of the first processing position. Due to the non-flatness of the workpiece in the longitudinal direction L, the second frame 7 is pivoted about the pivot axis B as a function of the surface of the workpiece. As a result, the tool direction W is realigned in its orientation to the surface of the workpiece and in space.
  • the tool direction W is aligned perpendicular to the surface of the workpiece in the machining point. Subsequently, the workpiece is machined in the second machining position and, if appropriate, in further machining positions.
  • FIGS. 2 to 4 are schematically the same position of the processing plant as shown in Fig. 1.
  • FIG. 3 the receptacles 4, 5 were moved differently along the high directions H 1, H 2, so that the clamping frame 6 and thus the workpiece axis A are tilted about the transverse direction Q.
  • the second frame 7 has been pivoted about the pivot axis B, so that the tool direction W is again perpendicular to the Aufspannrahmen 6.
  • the clamping frame 6 has additionally been rotated about the workpiece axis A, wherein the tool direction W is not perpendicular to the clamping frame 6.
  • the angular position of the directions L, Q, and H l or H2 to each other is not necessary, but preferably rectangular. in such a case the directions correspond to a fixed Cartesian system of X, Y and Z directions (see also FIG. 2).
  • the tool direction W in the case of a simple embodiment, this can be present as a direction which can not be fully adjusted.
  • only an optionally small stroke of the upper tool 9 may be provided to switch between two processing points.
  • the lower tool can have no or only a slight stroke, wherein a height adjustment of the workpiece during the change of the processing point by the high directions H 1, H2 takes place.
  • the processing plant comprises a total of six freely movable axes: H l, H 2, A, Q, L and B.
  • both the upper tool 9 and the lower tool 10 can be moved by a larger stroke along the tool direction W, so that the tool direction W is formed as a full-scale adjustment axis for setting the processing point.
  • the overall height of the machining apparatus can thereby be kept small.
  • the first frame 1 basically comprises only a single positioning tower, which holds the first frame 1 at the end. It is also conceivable that two such frames 1 are provided, which are each provided with a single positioning tower. Then it is preferable that the two frames 1 each span a frame surface and that the frame surfaces always lie in a common plane.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungsanlage für Flugzeugstrukturbauteile, umfassend einen ersten Rahmen (1) zur Halterung eines Werkstücks, und einen zweiten Rahmen (7) zur Halterung eines Werkzeugpaares (8), umfassend ein Oberwerkzeug (9) und ein damit zusammenwirkendes Unterwerkzeug (10), wobei das Werkstück zwischen dem Oberwerkzeug (9) und dem Unterwerkzeug (10) positioniert ist, wobei der zweite Rahmen (7) zumindest in einer Längsrichtung (L) gegenüber einem Untergrund verfahrbar ausgebildet ist, und wobei das Werkzeugpaar (8) in dem zweiten Rahmen (7) in einer zu der Längsrichtung (L) gewinkelten Querrichtung (Q) verfahrbar aufgenommen ist, wobei der zweite Rahmen (7) an zumindest einem Schwenklager (16) aufgenommen ist, so dass der zweite Rahmen (7) gemeinsam mit dem Werkzeugpaar (8) um eine Schwenkachse (B) einstellbar verschwenkbar ist.

Description

Bearbeitungsanlage für Flugzeugstrukturbauteile
Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungsanlage für Flugzeugstrukturbauteile nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Bearbeitung eines Flugzeugstrukturbauteils mit einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsanlage.
US 8,220,134 B2 beschreibt eine Bearbeitungsanlage für Flugzeugstruktur- bauteile, bei der eine Nieteinheit mit einem Oberwerkzeug und einem Unter- werkzeug in einem C-förmigen Rahmen angeordnet ist. Dabei ist ein Aufspann- rahmen zur Festlegung eines Flugzeugstrukturbauteils vorgesehen und an zwei Enden an jeweils einem Turm aufgenommen. Der Aufspannrahmen ist hierdurch an jedem Ende separat in der Höhe verfahrbar sowie um eine Längsachse ver- drehbar. Die Nieteinheit in dem C-förmigen Rahmen ist insgesamt in einer waa- gerechten X-Achse verfahrbar, und die Türme sind jeweils in einer waagerech- ten, zu der X-Achse senkrechten Y-Achse verfahrbar.
Aus der Praxis sind zudem Bearbeirungsanlagen bekannt, bei denen die Nietein- heit in einem geschlossenen, rechteckigen Rahmen aufgenommen ist, der von dem Aufspannrahmen durchgriffen wird. Die Nieteinheit ist innerhalb dieses Rahmens in der Y-Richtung verfahrbar, und der gesamte Rahmen ist in der X- Richtung verfahrbar. Die Türme sind dabei ortsfest angeordnet und nicht gegen- über einem Untergrund verfahrbar.
Des Weiteren ist es bekannt, zur Bearbeitung von Flugzeugstrukturbauteilen ein Nietwerkzeug mit Ober- und Unterwerkzeug am Ende eines vielachsigen Robo- terarms vorzusehen. Eine solche Anordnung ist nur für Bauteile von begrenzter Breite geeignet.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Bearbeitungsanlage für Flugzeugstruktur- bauteile anzugeben, die eine raumsparende Bearbeitung erlaubt.
Diese Aufgabe wird für eine eingangs genannte Bearbeitungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch das Vorsehen eines Schwenklagers an dem zweiten Rahmen kann auf einfache Weise eine Ausrichtung des Winkels von Ober- und Unterwerkzeugs zu einer Oberfläche des Werkstücks erzielt wer- den. Hierdurch kann insbesondere die notwendige Bewegung des Werkstücks mittels des zweiten Rahmens reduziert werden. Zudem wird für besonders stark bombierte Werkstücke oder für Werkstücke mit gegenüber der Oberfläche ge- neigten Strukturen eine Bearbeitung ermöglicht, die mit herkömmlichen Bearbei- tungsanlagen nicht erzielbar ist.
Unter einem Rahmen wird im Sinne der Erfindung jede tragende und in sich formsteife Struktur verstanden, an der eine Komponente gehalten ist. Ein Rah- men kann mehrere, voneinander separate Teilkomponenten umfassen.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung werden eine Längsrichtung, eine Querrich- tung und gegebenenfalls eine Hochrichtung definiert, die jeweils zueinander ge- winkelt sind. Hierdurch kann durch Bewegung entlang der gewinkelten Richtun- gen ein Punkt im Raum angefahren werden. Im Sinne der Erfindung handelt es sich bei Richtungen bevorzugt um raumfeste, unveränderliche Richtungen bzw. Achsen. Bei konkreten Realisierungen der Erfindung handelt es sich bei diesen Richtungen häufig, aber nicht notwendig, um räum feste Achsen eines kartesi- schen Systems, wobei die Achsen die rechtwinklig zueinander orientiert sind. Für diesen konkreten Fall wird die Längsrichtung auch als X-Achse, die Quer- richtung als Y-Achse und die Hochrichtung als Z-Achse bezeichnet.
Unter einem Werkstück wird eine von der Bearbeitungsanlage zu bearbeitende Komponente einer Flugzeugstruktur verstanden. Im bevorzugten Sinn handelt es sich dabei um zu vernietende Leichtmetallbauteile des Flugzeugs, zum Beispiel Rumpf-, Flügel oder Leitwerkteile.
Unter einem Werkzeugpaar mit einem Oberwerkzeug und einem Unterwerkzeug wird dabei insbesondere jedes Werkzeug verstanden, bei dem Oberwerkzeug und Unterwerkzeug zum Erreichen einer Bearbeitung gleichzeitig mit dem Werk- stück zusammenwirken müssen. Hierdurch ergeben sich entsprechende Anforde- rungen an Verfahrwege, Halterung und Präzision der Positionierung des Werk- zeugpaares.
Allgemein handelt es sich bei einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsanlage um eine rechnergesteuerte Anlage, bei der die Positionierungs- und Bearbeitungs- vorgänge automatisiert mittels elektrischen, hydraulischen oder sonstigen Moto- ren und/oder Aktuatoren erfolgen. Bei einer allgemein bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Werkzeugpaar ein Nietwerkzeug oder ein kombiniertes Werkzeug zum Bohren und Nieten. Dabei ist eines von beiden, insbesondere das Oberwerkzeug, zum Zuführen eines Niets ausgebildet, wobei das jeweils andere, insbesondere das Unterwerkzeug, bei einer Deformation des Niets als Gegenlager fungiert. Hier- durch werden entsprechende Anforderungen an die Krafteinleitung in den zwei- ten Rahmen gestellt. Bevorzugt liegt eine Kombination eines Bohr- und Niet- werkzeugs vor, wie sie allgemein und aus den eingangs genannten Bearbeitungs- anlagen bekannt ist. Dabei kann nach Anfahren einer Bearbeitungsposition zu- nächst mittels eines Bohrwerkzeugs ein Loch in das Werkstück eingebracht wer- den, wonach mittels des kombiniert vorgesehenen Nietwerkzeugs ein Niet in das Loch eingebracht und verformt wird.
Unter einem Schwenklager bzw. einer Verschwenkung des zweiten Rahmens wird allgemein eine Bewegung um die Schwenkachse verstanden, bei der auch eine zu der Achse senkrechte, lineare Bewegungskomponente überlagert sein kann. Eine solche überlagerte Bewegung wäre zum Beispiel realisierbar, wenn der zweite Rahmen über eine Lagerung in einer nicht kreisförmig gekrümmten Führungsbahn bewegt würde. In einem bevorzugten und einfach realisierbaren Spezialfall der Erfindung erfolgt die Verschwenkung jedoch als einfache Ver- drehung, wobei die Schwenkachse als Drehachse ausgebildet ist. Eine solche Verdrehung kann besonders bevorzugt über ein einfaches Drehlager als Schwenklager erfolgen.
Allgemein vorteilhaft ist der zweite Rahmen über das Schwenklager an einem Untergestell aufgenommen, wobei das Untergestell auf einer Führung in der Längsrichtung verfahrbar ist. Dies erlaubt eine einfache und zugleich genaue Positionierung des Werkzeugpaares in der Längsrichtung. Bei anderen Ausfüh- rungsformen könnte aber auch das Werkstück bzw. der erste Rahmen als in der Längsrichtung verfahrbar ausgebildet sein.
Bei einer besonders stabilen Ausgestaltung der Halterung des Werkzeugpaares hat der zweite Rahmen eine geschlossen um das Werkzeugpaar umlaufende Tragstruktur, wobei das Werkstück eine von der Tragstruktur umfangene Öff- nung durchgreift. Zum Beispiel kann es sich um einen rechteckigen Rahmen handeln, in dem das Oberwerkzeug und das Unterwerkzeug an jeweils gegen- überliegenden Seiten des Rahmens aufgenommen sind.
Allgemein vorteilhaft ist zumindest eines von beiden, Oberwerkzeug oder Unterwerkzeug, relativ zu dem zweiten Rahmen in einer zu der Querrichtung gewinkelten Werkzeugrichtung einstellbar verfahrbar. Dies erlaubt eine beson- ders schnelle und genaue Positionierung in der Querrichtung. Bei anderen Aus- führungsformen kann zusätzlichen oder alternativ das Werkstück bzw. der erste Rahmen in der Querrichtung verfahrbar ausgebildet sein.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der erste Rah- men zwei Positioniertürme. Besonders bevorzugt sind die Positioniertürme sepa- rat voneinander ortsfest positionierbar. Zwischen den Positioniertürmen kann das Werkstück gehalten sein, wobei es gegebenenfalls mittels der Positioniertürme bewegbar ist. Eine separate Positionierung der Positioniertürme erlaubt eine An- passung der Anlage an verschiedenen Größen von Werkstücken. Besonders be- vorzugt sind die Positioniertürme ortsfest in dem Sinne, dass sie während der Bearbeitung eines Werkstücks nicht beweglich sind. Allgemein vorteilhaft hat der erste Rahmen zumindest eine erste Aufnahme und eine zweite Aufnahme, die an zwei gegenüberliegenden Endbereichen des Werk- stücks angeordnet sind, wobei die erste Aufnahme in einer zu der Längsrichtung als auch der Querrichtung gewinkelten Hochrichtung einstellbar verfahrbar ist. Hierdurch lässt sich das Werkstück seinem Winkel zu dem Werkzeugpaar posi- tionieren. Zur weiteren Ausrichtung ist bei einer bevorzugten Weiterbildung die erste Aufnahme einstellbar verdrehbar ausgebildet, wobei das Werkstück durch die Drehung der ersten Aufnahme um eine Werkstückachse verdrehbar ist. Die Werkstückachse kann insbesondere in etwa entlang einer größten Länge des Werkstücks verlaufen, wodurch die Verdrehung um die Werkstückachse beson- ders raumsparend wird.
Weiter bevorzugt ist auch die zweite Aufnahme in der Hochrichtung einstellbar verfahrbar. Auf diese Weise können sowohl ein erstes Ende als auch ein zweites Ende des Werkstücks unabhängig voneinander in der Höhe verfahren werden, so dass sowohl eine Gesamthöhe als auch eine Neigung des Werkstücks um die Querrichtung einstellbar sind. Um eine bei der Höhenverstellung auftretende Ab- Standsänderung der Aufnahmen auszugleichen, kann an einer der Aufnahmen auf bekannte Weise ein Längenausgleich, zum Beispiel nach Art einer Teleskopfüh- rung, ausgebildet sein.
Besonders bevorzugt ist ein Aufspannrahmen mit der ersten Aufnahme und mit der zweiten Aufnahme verbunden, wobei das Werkstück an dem Aufspannrah- men lösbar festlegbar ist und der Aufspannrahmen mittels der Aufnahmen be- wegbar ist. Dies erlaubt ein präzises Einspannen und Positionieren auch großer und weitgehend beliebig geformter Werkstücke. Bei alternativen Ausgestaltun- gen kann das Werkstück aber auch selbsttragend zwischen den Aufnahmen an- geordnet sein.
Die Aufgabe der Erfindung wird zudem gelöst durch ein Verfahren zum Bearbei- ten eines Flugzeugstrukturbauteils mittels einer erfindungsgemäßen Bearbei- tungsanlage, umfassend die Schritte:
a. Einspannen eines Werkstücks mit einer in der Längsrichtung nicht ebenen, insbesondere eine Bombierung aufweisenden Oberfläche in den ersten Rahmen und Kalibrieren einer Werkzeugposition relativ zu dem Werkstück;
b. Anfahren einer ersten Bearbeitungsposition und Bearbeiten des Werkstücks; c. Anfahren einer zweiten, zumindest in der Längsrichtung verschiedenen Be- arbeitungsposition, wobei der zweite Rahmen in Abhängigkeit von der Oberflä- che des Werkstücks um die Schwenkachse verschwenkt wird, um die Werkzeug- richtung in ihrer Orientierung zu der Oberfläche des Werkstücks auszurichten; d. Bearbeiten des Werkstücks in der zweiten Bearbeitungsposition.
Durch das Vorsehen der Schwenkachse an dem zweiten Rahmen kann die An- passung der Werkzeugrichtung bzw. einer Bearbeitungsrichtung beim Anfahren der zweiten Bearbeitungsposition schnell und einfach erfolgen. Insbesondere be- vorzugt wird dabei die Werkzeugrichtung senkrecht zu der Oberfläche an der Bearbeitungsposition ausgerichtet. Unter der Werkzeugrichtung wird bei Ausbil- dung des Werkzeugpaares als Nietwerkzeug insbesondere die Nietrichtung ver- standen.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus dem nachfol- gend beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie aus den abhängigen Ansprüchen. Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiele der Erfindung be- schrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. I eine räumliche Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Bearbei- tungsanlage,
Fig. 2 eine schematische Darstellung von Achsen, Richtungen und Ebenen der Bearbeitungsanlage aus Fig. 1 in der in Fig. 1 gezeigten Be- arbeitungsposition,
Fig. 3 die schematische Darstellung aus Fig. 2 in einer zweiten Bearbei- tungsposition und
Fig. 4 die schematische Darstellung aus Fig. 2 in einer dritten Bearbei- tungsposition.
Die in Fig. 1 gezeigte Bearbeitungsanlage umfasst einen ersten Rahmen 1 , wel- cher einen ersten Positionierturm 2 und einen zweiten Positionierturm 3 umfasst. An jedem der Positioniertürme 2, 3 ist jeweils eine Aufnahme 4, 5 angeordnet, die jeweils mittels eines gesteuerten Antriebs in vorliegend senkrechten und pa- rallelen Hochrichtungen H 1 , H2 verfahrbar sind.
Jede der Aufnahmen 4, 5 ist um eine Werkstückachse A drehbar, wobei die Orientierung der Werkstückachse A von der jeweiligen Position der Aufnahmen 4, 5 in den Hochrichtungen H 1 , H2 abhängt.
Ein Aufspannrahmen 6 ist zwischen den Aufnahmen 4, 5 festgelegt, so dass der Aufspannrahmen 6 mittels der Bewegungen der Aufnahmen 4, 5 in seiner räum- lichen Orientierung veränderbar ist. Um dabei die separate Höhenverstellung der Aufnahmen 4, 5 zu ermöglichen, ist an einer der Aufnahmen 4, 5 auf bekannte Weise ein Längenausgleich vorgesehen.
Ein Werkstück (nicht dargestellt) kann durch Halteglieder an dem Aufspannrah- men 6 ortsfest festgelegt werden, so dass das Werkstück gemeinsam mit dem Aufspannrahmen 6 im Raum verstellbar ist.
Durch die einzelne Höhenverstellbarkeit der Aufnahmen 4, 5 und die Drehbar- keit um die Werkstückachse A ist insgesamt eine Verstellbarkeit des Werkstücks in drei Richtungen bzw. Achsen A, H l , H2 mittels des ersten Rahmens 1 bereit- gestellt.
Ein zweiter Rahmen 7 trägt ein Werkzeugpaar 8, das ein Oberwerkzeug 9 und ein Unterwerkzeug 10 umfasst. Das Werkzeugpaar 8 ist insgesamt als kombi- niertes Werkzeug zum Bohren und Nieten ausgebildet. Dabei kann mittels des Oberwerkzeugs 9 zunächst eine Bohrung in das Werkstück eingebracht werden. Mittels gemeinsamer Interaktion des Oberwerkzeugs 9 und des Unterwerkzeugs 10 wird dann ein Niet in die Bohrung eingesetzt und deformiert.
Das Oberwerkzeug 9 und das Unterwerkzeug 10 sind jeweils in dem zweiten Rahmen 7 in einer Querrichtung Q bewegbar, so dass eine Einstellung eines Be- arbeitungspunktes im Wesentlichen über eine Breite des zweiten Rahmens 7 ein- stellbar sind.
Der zweite Rahmen 7 hat eine geschlossen um das Werkzeugpaar umlaufende Tragstruktur, wobei das Werkstück bzw. der Aufspannrahmen 6 eine von der Tragstruktur umfangene Öffnung 1 1 durchgreift. Die Tragstruktur ist vorliegend als Rechteck aus zwei waagerechten Trägern 12, 13 und zwei dazu senkrecht stehenden Trägern 14, 15 ausgebildet. In den waagerechten Trägern 12, 13 be- finden sich Antriebe zum jeweiligen Verfahren von Oberwerkzeug 9 und Unter- werkzeug 10 in der Querrichtung Q.
Das Oberwerkzeug 9 und das Unterwerkzeug 10 sind jeweils relativ zu dem zweiten Rahmen 7 in einer zu der Querrichtung Q gewinkelten Werkzeugrich- tung W einstellbar verfahrbar. Zur Vernietung sind dabei das Oberwerkzeug 9 und das Unterwerkzeug 10 auf derselben, in Werkzeugrichtung W erstreckten Achse ausgerichtet. Der zweite Rahmen 7 ist an einem Schwenklager 16 aufgenommen, so dass er um eine Schwenkachse B verschwenkbar ist. Vorliegend ist das Schwenklager 16 als Drehlager ausgebildet, so dass die Schwenkachse B eine zentrale Dreh- achse des Drehlagers 16 ist. Die Verschwenkung des zweiten Rahmens 7 erfolgt entsprechend gemeinsam mit dem an dem zweiten Rahmen 7 aufgenommenen Werkzeugpaar 8. Die Verschwenkung des zweiten Rahmens 7 ist über einen Drehantrieb 17 rech- nergesteuert antreibbar. Insgesamt sind sämtliche vorstehend und nachfolgend beschriebenen Bewegungen der Bearbeitungsanlage rechnergesteuert angetrie- ben.
Das Schwenklager 16 ist an einem Untergestell 18 abgestützt, sodass der zweite Rahmen 7 über das Schwenklager 16 an dem Untergestell 18 aufgenommen ist. Hierdurch ist der zweite Rahmen 7 ausreichend hoch positioniert, um frei ver- schwenken zu können.
Das Untergestell 18 ist auf einer zwei Schienen umfassenden Führung 19 aufge- setzt, die sich in einer zu der Querrichtung Q gewinkelten Längsrichtung L er- streckt. Hierdurch ist das Untergestell gemeinsam mit dem zweiten Rahmen 2 auf der Führung 19 in der Längsrichtung L antreibbar verfahrbar.
Auf diese Weise kann mittels des zweiten Rahmens 7 und seiner Aufnahme an dem verfahrbaren Untergestell 18 eine Einstellung des Bearbeitungspunktes des Werkzeugpaares 8 in drei Richtungen bzw. Achsen erfolgen, nämlich die Quer- richtung Q, die Längsrichtung L und die Schwenkachse B.
Die Ausdehnung des Ausspannrahmens 6 ist in der Längsrichtung L mehr als doppelt so groß wie in der Querrichtung Q. Entsprechend bedeutet die Einstel- lung einer Neigung des Aufspannrahmens 6 um die Querrichtung Q einen großen Hub der Aufnahmen 4, 5 in der Hochrichtung. Dies kann durch entsprechende Einstellung des Schwenkwinkels des zweiten Rahmens 7 begrenzt werden.
Die Erfindung funktioniert nun wie folgt:
Zunächst wird ein Werkstück (nicht dargestellt) auf dem leeren Aufspannrahmen 6 festgelegt. Das Werkstück hat dabei bevorzugt eine Bombierung, die zumin- dest teilweise eine Krümmung um die Querrichtung aufweist, so dass es in der Längsrichtung nicht eben ist. Nachfolgend wird die Position des Werkzeugpaares 8 relativ zu dem Werkstück kalibriert.
Sodann wird eine erste Bearbeitungsposition angefahren und das Werkstück wird in dieser Position bearbeitet. Hierzu wird mittels des Oberwerkzeugs 9 ein Loch in das Werkstück gebohrt und ein Niet eingesteckt. Der Niet wird dann durch Zusammenwirken von Oberwerkzeug 9 und Unterwerkzeug 10 deformiert bzw. geschlossen. Nachfolgend wird eine zweite Bearbeitungsposition angefahren, die zumindest in der Längsrichtung L von der ersten Bearbeitungsposition verschieden ist. Auf- grund der Nicht-Ebenheit des Werkstücks in der Längsrichtung L wird dabei der zweite Rahmen 7 in Abhängigkeit von der Oberfläche des Werkstücks um die Schwenkachse B verschwenkt. Hierdurch wird die Werkzeugrichtung W in ihrer Orientierung zu der Oberfläche des Werkstücks und im Raum neu ausgerichtet. Insbesondere ist es beim Vernieten im Regelfall gewünscht, dass die Werkzeug- richtung W senkrecht zu der Oberfläche des Werkstücks im Bearbeitungspunkt ausgerichtet ist. Nachfolgend wird das Werkstück in der zweiten Bearbeitungsposition und gege- benenfalls in weiteren Bearbeitungspositionen bearbeitet.
Die Bewegungen des Aufspannrahmens 6 bzw. des Werkstücks und es Werk- zeugpaares 8 werden auch durch die Zeichnungen Fig. 2 bis Fig. 4 erläutert. In Fig. 2 ist schematisiert dieselbe Position der Bearbeitungsanlage wie in Fig. 1 dargestellt.
In Fig. 3 wurden die Aufnahmen 4, 5 entlang der Hochrichtungen H l , H2 unter- schiedlich verfahren, so dass der Aufspannrahmen 6 und somit die Werkstück- achse A um die Querrichtung Q gekippt sind. Der zweite Rahmen 7 wurde um die Schwenkachse B geschwenkt, so dass die Werkzeugrichtung W wiederum senkrecht auf dem Aufspannrahmen 6 steht.
In Fig. 4 wurde der Aufspannrahmen 6 zusätzlich um die Werkstückachse A ge- dreht, wobei die Werkzeugrichtung W nicht senkrecht auf dem Aufspannrahmen 6 steht. Dies entspricht einer Situation, in der die Oberfläche des Werkstücks in dem Bearbeitungspunkt eine entsprechende Neigung gegenüber dem Aufspann- rahmen 6 aufweist, so dass die Werkzeugrichtung W entsprechend angepasst wird. Allgemein wird zu der Erfindung angemerkt, dass die Winkelstellung der Rich- tungen L, Q, und H l bzw. H2 zueinander nicht notwendig, aber bevorzugt rechtwinklig ist. in einem solchen Fall entsprechen die Richtungen einem orts- festen kartesischen System aus X,- Y- und Z-Richtung (siehe auch Fig. 2).
Bezüglich der Werkzeugrichtung W kann diese bei einer einfachen Ausführungs- form als nicht vollständig einstellbare Richtung vorliegen. So kann zum Beispiel nur ein gegebenenfalls geringer Hub des Oberwerkzeugs 9 vorgesehen sein, um zwischen zwei Bearbeitungspunkten zu wechseln. Das Unterwerkzeug kann da- bei keine oder nur einen geringen Hub aufweisen, wobei eine Höhen Verstellung des Werkstücks während des Wechsels des Bearbeitungspunktes durch die Hochrichtungen H 1 , H2 erfolgt. Bei einer solchen Ausführungsform umfasst die Bearbeitungsanlage insgesamt sechs frei bewegbare Achsen: H l , H2, A, Q, L und B.
Bei einer ebenso möglichen Ausführungsform der Erfindung können sowohl das Oberwerkzeug 9 als auch das Unterwerkzeug 10 um einen größeren Hub entlang der Werkzeugrichtung W verfahrbar sein, so dass die Werkzeugrichtung W als vollwertige Einstellachse zur Einstellung des Bearbeitungspunktes ausgebildet ist. Dies ermöglicht es, einen Hub der Hochrichtungen Hl und H2 klein zu hal- ten. Je nach Länge des Werkstücks bzw. des Aufspannrahmens 6 kann hierdurch auch die Gesamtbauhöhe der Bearbeitungs anläge gering gehalten werden.
Bei einer denkbaren Weiterentwicklung kann bei entsprechender Auslegung der Verstellbarkeit des Werkzeugpaares 8 entlang der Werkzeugrichtung W auch auf die Verstellung entlang einer, insbesondere beider, der Hochrichtungen H l, H2 verzichtet werden.
In einer nicht dargestellten, bevorzugten Variante ist es schließlich so, dass der erste Rahmen 1 grundsätzlich nur einen einzigen Positionierturm umfasst, der den ersten Rahmen 1 endseitig hält. Denkbar ist auch, dass zwei solcher Rahmen 1 vorgesehen sind, die jeweils mit einem einzigen Positionierturm versehen sind. Dann ist es vorzugsweise so, dass die beiden Rahmen 1 jeweils eine Rahmenflä- che aufspannen und dass die Rahmenflächen stets in einer gemeinsamen Ebene liegen.

Claims

Patentansprüche
1. Bearbeitungsanlage für Flugzeugstrukturbauteile, umfassend
einen ersten Rahmen ( 1 ) zur Halterung eines Werkstücks, und
einen zweiten Rahmen (7) zur Halterung eines Werkzeugpaares (8), umfassend ein Oberwerkzeug (9) und ein damit zusammenwirkendes Unterwerkzeug (10), wobei das Werkstück zwischen dem Oberwerkzeug (9) und dem Unterwerkzeug ( 10) positioniert ist,
wobei der zweite Rahmen (7) zumindest in einer Längsrichtung (L) gegenüber einem Untergrund verfahrbar ausgebildet ist, und
wobei das Werkzeugpaar (8) in dem zweiten Rahmen (7) in einer zu der Längs- richtung (L) gewinkelten Querrichtung (Q) verfahrbar aufgenommen ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der zweite Rahmen (7) an zumindest einem Schwenklager (16) aufgenom- men ist, so dass der zweite Rahmen (7) gemeinsam mit dem Werkzeugpaar (8) um eine Schwenkachse (B) einstellbar verschwenkbar ist.
2. Bearbeitungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeugpaar (8) ein Nietwerkzeug oder ein kombiniertes Werkzeug zum Boh- ren und Nieten umfasst.
3. Bearbeitungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Rahmen (7) über das Schwenklager ( 16) an einem Untergestell (18) aufgenommen ist, wobei das Untergestell (18) auf einer Führung ( 19) in der Längsrichtung (L) verfahrbar ist.
4. Bearbeitungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass der zweite Rahmen (7) eine geschlossen um das Werkzeug- paar (8) umlaufende Tragstruktur (12, 13, 14, 15) umfasst, wobei das Werkstück eine von der Tragstruktur ( 12, 13, 14, 15) umfangene Öffnung (1 1 ) durchgreift.
5. Bearbeitungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines von beiden, Oberwerkzeug (9) oder Unterwerkzeug (10), relativ zu dem zweiten Rahmen (7) in einer zu der Quer- richtung (Q) gewinkelten Werkzeugrichtung (W) einstellbar verfahrbar sind.
6. Bearbeitungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Rahmen ( 1 ) zwei Positioniertürme (2, 3) umfasst, die insbesondere separat voneinander ortsfest positionierbar sind.
7. Bearbeitungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Rahmen ( l) zumindest eine erste Aufnahme (4) und eine zweite Aufnahme (5) aufweist, die an zwei gegenüberliegenden Endbe- reichen des Werkstücks angeordnet sind, wobei die erste Aufnahme (4) in einer zu der Längsrichtung als auch der Querrichtung gewinkelten Hochrichtung (H l ) einstellbar verfahrbar ist.
8. Bearbeitungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ers- te Aufnahme (4) einstellbar verdrehbar ist, wobei das Werkstück durch die Dre- hung der ersten Aufnahme um eine Werkstückachse (A) verdrehbar ist.
9. Bearbeitungsanlage nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass auch die zweite Aufnahme in einer Hochrichtung (H2) einstellbar verfahrbar ist.
10. Bearbeitungsanlage nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekenn- zeichnet, dass ein Aufspannrahmen (6) mit der ersten Aufnahme (4) und mit der zweiten Aufnahme (5) verbunden ist, wobei das Werkstück an dem Aufspann- rahmen (6) lösbar festlegbar ist und der Aufspannrahmen (6) mittels der Auf- nahmen (4, 5) bewegbar ist.
1 1. Verfahren zum Bearbeiten eines Flugzeugstrukturbauteils mittels einer Be- arbeitungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte:
a. Einspannen eines Werkstücks mit einer in der Längsrichtung (L) nicht ebe- nen, insbesondere eine Bombierung aufweisenden Oberfläche in den ersten Rahmen ( 1 ) und Kalibrieren einer Werkzeugposition relativ zu dem Werkstück; b. Anfahren einer ersten Bearbeitungsposition und Bearbeiten des Werkstücks; c. Anfahren einer zweiten, zumindest in der Längsrichtung (L) verschiedenen Bearbeitungsposition, wobei der zweite Rahmen (7) in Abhängigkeit von der Oberfläche des Werkstücks um die Schwenkachse (B) verschwenkt wird, um die Werkzeugrichtung (W) in ihrer Orientierung zu der Oberfläche des Werkstücks auszurichten;
d. Bearbeiten des Werkstücks in der zweiten Bearbeitungsposition.
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