五軸孔轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種系統(tǒng)，其可以使用便攜式電動鉆孔設(shè)備，并且使得能夠機械確定現(xiàn)有孔向量并在新產(chǎn)品零件中在相同向量上復制孔。該系統(tǒng)允許非常精確地對具有多個可變孔向量的零件進行匹配鉆孔。此外，該系統(tǒng)在Z-軸線上是可調(diào)整的，從而允許在鉆孔之前進行無限的精確的鉆尖定位，從而增加精度并管理現(xiàn)有芯片。空心軸套筒內(nèi)部的可互換鉆適配器允許使用廣泛尺寸范圍的鉆。
【專利說明】五軸孔轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請大體涉及用于將孔模式從第一部件轉(zhuǎn)換到第二部件的系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 當修理飛行器、機器或其他零件的組件時，一個零件可以被移除或者被更換為新 零件。如果要被更換的零件包含鉆孔模式/鉆孔布局，則通常需要盡可能地將孔模式復制 到新零件上，以保證新零件匹配現(xiàn)有零件。在孔模式的復制期間，應(yīng)當精確重現(xiàn)每個孔的向 量（即取向），甚至針對孔的變化逐一進行。另外，如果可能的話，應(yīng)將尺寸、相對位置和相 對于每個孔的零件表面的取向復制在新零件上。
[0003] 目前，有許多復制孔模式的方法。例如，計算機數(shù)控（CNC)機床或座標鏜床可以被 用于將孔模式從一個零件轉(zhuǎn)換到另一個零件上。然而，這樣的機器通常需要可靠的電源和 訓練有素的操作者。即便如此，不同的操作者的復制精度也會有所不同。在世界的某些地 方，比如偏遠地區(qū)或沒有可靠電源（即電網(wǎng)）和/或訓練有素的操作者的地方，就無法使用 計算機數(shù)控（CNC)機床和座標鏜床進行維修。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本申請公開了一個具有萬向節(jié)組件的孔轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，它機械地捕捉五軸孔向量以用 于精確地復制孔，并使馬達和鉆處于該向量，而不需要借助于計算機或其他電子器件。
[0005] 在一個示例中，公開了將一個或更多個孔從第一工件轉(zhuǎn)換到第二工件的系統(tǒng)，該 第二工件基本上是第一工件的復制件。該系統(tǒng)包括一個萬向節(jié)組件，其被配置成機械地確 定在第一工件中的第一孔的第一位置。第一位置包括相對于第一工件的表面的第一組X、Y、 Z坐標。萬向節(jié)組件進一步配置為機械地確定第一工件內(nèi)第一孔的第一向量，并且保證在第 二工件上的第二位置處鉆取第二孔的同時鉆在與第一孔的第一向量基本相同的向量處。相 對于第二工件的第二位置與相對于第一工件的第一位置基本相同。
[0006] 萬向節(jié)組件還可包括一個浮動萬向節(jié)，該浮動萬向節(jié)由鎖緊螺帽圍繞，該鎖緊螺 帽可釋放地固定浮動萬向節(jié)的位置。萬向節(jié)組件也可以進一步包括一個配置為沿Z-軸線 伸縮的對準部件。該對準部件可包括一個空心軸套筒。該對準組件也可以配置為接收和固 定多個可互換的鉆適配器，其中每個鉆適配器對應(yīng)于一個不同的鉆。
[0007] 在另一個示例中，系統(tǒng)包括由鎖緊圈和緊固螺母圍繞的萬向節(jié)以及被裝納在萬向 節(jié)內(nèi)的一個空心軸套筒。萬向節(jié)配置為：當緊固螺母松動時在鎖緊環(huán)內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)；且當緊 固螺母擰緊時，保持鎖定在鎖緊環(huán)內(nèi)的基本固定位置。空心軸套筒配置為調(diào)整到相對于萬 向節(jié)的所需堅直位置，并進一步配置以接收和固定鉆適配器。
[0008] 系統(tǒng)還可包括一個調(diào)整螺母和一個錐形螺母，二者聯(lián)接到空心軸套筒并且配置成 調(diào)整空心軸套筒到相對于萬向節(jié)的所需堅直位置。系統(tǒng)可還包括一個可滑動地安裝到X-Y 轉(zhuǎn)換臺的臺架和一個可滑動地安裝到臺架的橫向滑座組件，其中，萬向節(jié)被裝納在被聯(lián)接 到橫向滑座組件的萬向節(jié)組件內(nèi)。系統(tǒng)可還包括一個聯(lián)接到X-Y轉(zhuǎn)換臺的基座模塊，其中 該基座模塊被配置為接收和固定第一工件在沿X-軸線、Y-軸線和Z-軸線的選定第一位置 處，第一工件具有以第一孔模式布置的多個孔?；K還可以進一步配置為與第一工件 基本相同地接收和固定第二工件，其中需要復制第一孔模式，第二工件被固定在選定第二 位置處以致第二工件與第一工件在Y-軸線上基本平行并間隔選定偏距d，并且在X-軸線 和Z-軸線上與第一工件基本零偏移地基本對齊。系統(tǒng)還可進一步包括一個可滑動地安裝 到臺架的轉(zhuǎn)換桿，其中該轉(zhuǎn)換桿包括間隔開選定偏距d的兩個或更多個分度襯套，該襯套 被配置成與被聯(lián)接到橫向滑座組件的分度銷接合。
[0009] 在另一個例子中，公開了將孔從第一工件復制到與第一工件基本相同的第二工件 的方法。該方法包括將萬向節(jié)組件放置在相對于第一工件在第一位置處的第一孔之上、將 段銷（step pin)插入到第一孔中以及將對準銷插入萬向節(jié)組件內(nèi)。該方法還包括：將對準 銷與段銷機械地對齊，以確定第一孔的第一向量；固定與第一向量對齊的萬向節(jié)組件；將 對準銷從萬向節(jié)組件移除；以及將段銷從第一孔移除。該方法還包括：將萬向節(jié)組件移到 第二工件之上的第二位置，其中，相對于第二工件的第二位置與相對于第一工件的第一位 置基本相同；以及在第二位置和與第一向量基本相同的第二向量處在第二工件內(nèi)鉆取第二 孔。
[0010] 將萬向節(jié)組件定位在第一孔之上可包括沿一個或更多個基座導軌滑動臺架和沿 一個或更多個臺架導軌滑動橫向滑座。機械地對齊萬向節(jié)組件可包括旋轉(zhuǎn)和傾斜鎖緊圈內(nèi) 的浮動萬向節(jié)。固定萬向節(jié)組件可以包括擰緊緊固螺母。該方法還可進一步包括調(diào)整對準 部件到萬向節(jié)組件內(nèi)的期望的堅直位置，這可包括旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺母到期望的堅直位置，并且 然后將錐形螺母擰緊直到其到達萬向節(jié)的底部表面。該方法還包括在萬向節(jié)組件與第一向 量對齊地固定后，將萬向節(jié)組件暫時固定在第一孔位置之上，這可以包括使得鎖定夾接合 于轉(zhuǎn)換桿，該轉(zhuǎn)換桿被可滑動地安裝到臺架，萬向節(jié)組件被裝納在該臺架內(nèi)。移動萬向節(jié)組 件到第二工件之上的第二位置可以包括使得分度銷脫離于第一分度襯套，將橫向滑座移動 選定偏距d，并且然后使得分度銷與第二分度襯套接合。在與第一工件中的第一孔的位置和 向量偏差不超過〇. 001英寸的情況下，第一孔可以被復制在第二工件內(nèi)。
[0011] 根據(jù)從本公開的一個方面，提供了將一個或更多個孔從第一工件轉(zhuǎn)換到第二工件 的系統(tǒng)，第二工件基本上是第一工件的復制件，該系統(tǒng)包括：配置為機械地確定第一工件中 的第一孔的第一位置的萬向節(jié)組件，其中第一位置包括相對于第一工件的表面的第一組X、 Y和Z坐標。其中，萬向節(jié)組件進一步配置為機械地確定第一工件內(nèi)的第一孔的第一向量， 并且其中萬向節(jié)組件被進一步配置成，當在第二工件中的第二位置處鉆取第二孔的同時將 鉆固定在基本與第一孔的第一向量相同的向量處，其中相對于第二工件的第二位置與相對 于第一工件的第一位置基本相同。有利地，該系統(tǒng)中，萬向節(jié)組件包括浮動萬向節(jié)，浮動萬 向節(jié)由可釋放地固定浮動萬向節(jié)位置的鎖緊螺母圍繞。有利地，該系統(tǒng)中，萬向節(jié)組件包括 配置為在Z軸線上伸縮的對準部件。有利地，該系統(tǒng)中，對準部件包括空心軸套筒。有利 地，該系統(tǒng)中，對準部件被配置為接收和固定多個可互換鉆適配器，其中每個鉆適配器對應(yīng) 于一個不同的鉆。
[0012] 根據(jù)本公開的另一方面，提供了一種系統(tǒng)，其包括：由鎖緊圈和緊固螺母圍繞的萬 向節(jié)，其中該萬向節(jié)被設(shè)置為當緊固螺母松動時在鎖緊圈內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)并且當緊固螺母擰緊 時保持鎖定在鎖緊圈內(nèi)的基本固定位置；以及被裝納在萬向節(jié)內(nèi)的空心軸套筒，其中空心 軸套筒被配置為調(diào)整到相對于萬向節(jié)的期望的堅直位置，并被進一步配置成接收和固定鉆 適配器。有利地，該系統(tǒng)還包括調(diào)整螺母和錐形螺母，二者被聯(lián)接到空心軸套筒并且被配置 成將空心軸套筒調(diào)整到相對于萬向節(jié)的期望的堅直位置。有利地，該系統(tǒng)進一步包括：可 滑動地安裝到X-Y轉(zhuǎn)換臺的臺架，和可滑動地安裝到臺架的橫向滑座組件，其中萬向節(jié)被 裝納在被聯(lián)接到橫向滑座組件的萬向節(jié)組件內(nèi)。有利地，該系統(tǒng)進一步包括：聯(lián)接到X-Y轉(zhuǎn) 換臺的基座模塊，其中該基座模塊被配置成在X-軸線、Y-軸線、Z-軸線上的選定第一位置 處接收和固定第一工件，第一工件具有以第一孔模式排列的多個孔，并且其中基座模塊被 進一步配置為接收和固定與第一工件基本相同的第二工件，其中第一孔模式需要被復制， 將第二工件固定在選定第二位置處，使得第二工件在Y-軸線上間隔選定距離d的情況下與 第一工件基本平行，并且在X-軸線和Z-軸線上基本零偏移的情況下與第一工件基本對齊。 有利地，該系統(tǒng)還包括可滑動地安裝到臺架的轉(zhuǎn)換桿，其中轉(zhuǎn)換桿包括兩個或更多個分度 襯套，其間隔開選定偏距d并且被配置成與被聯(lián)接到橫向滑座組件的分度銷相接合。
[0013] 根據(jù)本公開的又一方面，提供了將孔從第一工件復制到與第一工件基本相同的第 二工件的方法，該方法包括：將萬向節(jié)組件定位在相對于第一工件在第一位置處的第一孔 上；將段銷插入第一孔中；將對準銷插入萬向節(jié)組件中；使對準銷與段銷機械地對準，以確 定第一孔的第一向量；固定與第一向量對準的萬向節(jié)組件；從萬向節(jié)組件移除對準銷；從 第一孔移除段銷；移動萬向節(jié)組件到第二工件之上的第二位置，其中，相對于第二工件的第 二位置與相對于第一工件的第一位置基本相同；在第二位置處且在與第一向量基本相同的 第二向量處在第二工件中鉆取第二孔。有利地，該方法中，將萬向節(jié)組件定位在第一孔之上 包括沿著一個或更多個基座導軌滑動臺架以及沿著一個或更多個臺架導軌滑動橫向滑座。 有利地，該方法中，機械對準萬向節(jié)組件包括旋轉(zhuǎn)和傾斜鎖緊圈內(nèi)的浮動萬向節(jié)。有利地， 該方法中，固定萬向節(jié)組件包括擰緊緊固螺母。有利地，該方法還包括將對準部件調(diào)整到萬 向節(jié)組件內(nèi)的期望的堅直位置。有利地，該方法中，調(diào)整對準部件包括旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺母到期望 的堅直位置，并且然后將錐形螺母擰緊直到其到達萬向節(jié)的底部表面。有利地，該方法還包 括將萬向節(jié)組件與第一向量對準地固定后，將萬向節(jié)組件暫時固定在第一孔位置之上。有 利地，該方法中，暫時固定萬向節(jié)組件包括使鎖定夾接合轉(zhuǎn)換桿，該轉(zhuǎn)換桿可滑動地安裝到 臺架，臺架內(nèi)裝納有萬向節(jié)組件。有利地，該方法中，將萬向節(jié)組件移動到第二工件之上的 第二位置處包括：使分度銷脫離于第一分度襯套，將橫向滑座移動選定偏距d，并且然后使 分度銷接合于第二分度襯套。有利地，該方法中，在與第一工件中的第一孔的位置和向量偏 差不超過0. 001英寸的情況下，第一孔被復制到第二工件中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖IA示出了具有萬向節(jié)組件的孔轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的一種示例的前透視圖。
[0015] 圖IB示出了圖IA所示的孔轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的后透視圖。
[0016] 圖2A示出了萬向節(jié)組件的一種示例的透視圖。
[0017] 圖2B示出了圖2A所示的萬向節(jié)組件的分解圖。
[0018] 圖2C示出了圖2A所示的萬向節(jié)組件的局部剖視圖。
[0019] 圖3示出了被聯(lián)接到鉆的圖2A-圖2C的萬向節(jié)組件。
[0020] 圖4示出了將孔模式從第一工件轉(zhuǎn)換到第二工件的方法。
[0021] 圖5示出了飛行器生產(chǎn)和使用方法的流程圖。
[0022] 圖6示出了飛行器的框圖。
[0023] 不同的圖中的相同參考號碼和名稱表不相同兀件。

【具體實施方式】
[0024] 圖IA和圖IB示出了依照本申請的孔轉(zhuǎn)換系統(tǒng)100的一種示例。在圖示例子中，系 統(tǒng)100包括帶有基板102的X-Y轉(zhuǎn)換臺120,該基板102具有安裝在其上的基座模塊112。 基座模塊112包括一個或更多個底座122,其被配置成保證兩個或更多個工件114相對彼此 處于選定對齊方式。例如，圖IA和圖IB所示的案例中，工件114被對齊成在X-軸線上具 有基本零偏移，在Y-軸線上間隔一個固定的已知偏距d。工件114基本相同，并可包括多 種多樣的適當零件或其他結(jié)構(gòu)，例如交通工具（例如：飛行器、地面車輛、船只、航天工具等 等）的零件?；?02還包括兩個基座導軌104,臺架106被可滑動地安裝在基座導軌104 上。如圖IA和圖IB所示，基座導軌104基本彼此平行，并且大體沿X-軸線取向。因此，有 時也被稱為X-導軌的基座導軌104大體將臺架106的運動限制成沿X-軸線運動。
[0025] 進而，臺架106包括兩個臺架夾124,所述臺架夾124被配置成接合基座導軌104 以便在X-軸線上將臺架106鎖定在基本固定位置。臺架106也包括兩個臺架導軌108和兩 個夾緊導軌126,橫向滑座110被可滑動地安裝在所述導軌上。如圖IA和圖IB所示，臺架 導軌108和夾緊導軌126大致彼此平行，且大體沿Y-軸線取向，該Y-軸線與基座導軌104 取向所沿的X-軸線基本垂直。因此，臺架導軌108 (其有時也被稱為Y-導軌）以及夾緊導 軌126大體將橫向滑座110的運動限制成沿Y-軸線運動。
[0026] 如圖IB所示，轉(zhuǎn)換桿128使用對應(yīng)的鎖定夾132通過兩個或更多個槽130被可滑 動地安裝到臺架106。這種構(gòu)造使得轉(zhuǎn)換桿128能夠在Y-軸線上前后滑動直到鎖定夾132 接合，在該接合的點處轉(zhuǎn)換桿128在Y-軸線上被鎖定在基本固定位置。轉(zhuǎn)換桿128還包括 兩個或更多個分度襯套134,所述分度襯套間隔開與兩個工件114間隔開的偏距相同的均 為d的偏距。分度襯套134被牢靠地緊固到轉(zhuǎn)換桿128。例如，在某些情況下，將分度襯套 134壓緊并螺栓固定到轉(zhuǎn)換桿128。
[0027] 橫向滑座110包括兩個橫向滑動夾136,其被配置成與夾緊導軌126接合，以便在 Y-軸線上將橫向滑座110鎖定在基本固定位置。橫向滑座110還包括分度銷138,分度銷 138被配置成可釋放地接合分度襯套134。例如，在某些情況下，分度銷138具有的外部直 徑的尺寸和形狀被制成緊密配合到分度襯套134的內(nèi)直徑內(nèi)。這種構(gòu)造使得橫向滑座110 能夠易于沿Y軸線從第一位置移動到間隔開選定偏距d的第二位置。橫向滑座還包括萬向 節(jié)組件200,關(guān)于該組件將結(jié)合圖2A-圖2C被更詳細地描述。
[0028] 在圖IA-圖IB所示的例子中，第一工件114A具有多個孔116,希望將這些孔復制 到包括工件114A的基本重復特征的第二工件114B上。例如，在某些情況下，第一工件114A 可以包括待維修的飛行器零件，并且第二工件114B可以包括第一工件114A的新的更換零 件。有些情況下，工件114以在Y-軸線上偏距d為8英寸或12英寸且在X-軸線上基本0 偏移被安裝在X-Y轉(zhuǎn)換臺120上?？邹D(zhuǎn)換系統(tǒng)100有利地使得每個孔116將被高度精確地 復制到第二工件114B上，S卩，與第一工件114A上的對應(yīng)孔116在X-Y-Z坐標位置和向量或 取向的偏差不超過〇. 001英寸。
[0029] 在操作中，X-Y轉(zhuǎn)換臺120可以被用來沿X-軸線和Y-軸線準確地放置萬向節(jié)組 件200,以便將選定孔116從第一工件114A轉(zhuǎn)換到第二工件114B。例如，操作者可以沿基 座導軌104滑動臺架106,直到臺架106到達選定孔116在X-軸線上的位置，并且然后沿著 臺架導軌108滑動橫向滑座110,直到橫向滑座110到達選定孔116在Y-軸線上的位置。 一旦萬向節(jié)組件200被定位在期望的X-Y坐標，則操作者能夠調(diào)整萬向節(jié)組件200的堅直 位置，即，Z-軸線上的位置，并且也能夠傾斜和旋轉(zhuǎn)萬向節(jié)組件200直到其與選定孔116的 向量對準，即，在第四和第五軸線上對準。
[0030] 圖2A-2C分別示出了圖1A-1B中所示萬向節(jié)組件200的透視圖、分解圖和局部剖 視圖。圖3示出了該萬向節(jié)組件200,其被聯(lián)接到適當?shù)你@370。圖2-3所示示例中，萬向 節(jié)組件200包括萬向節(jié)222,該萬向節(jié)由緊固螺母224、鎖緊圈226和法蘭環(huán)228圍繞。在 有些情況下，法蘭環(huán)228可以包括一對桿230,其被配置成與鎖緊圈226中的對應(yīng)孔232相 匹配，以阻止鎖緊圈226相對于法蘭環(huán)228旋轉(zhuǎn)。如圖2C所示，桿230可以被彈簧264圍 繞，以便在緊固螺母224松動時或者處未夾持構(gòu)造時保持鎖緊圈226與法蘭環(huán)228間隔開。 此外，法蘭環(huán)228可以包括多個孔234,可以用合適的緊固件，比如螺釘、螺栓、鉚釘?shù)鹊?，?過這些孔將法蘭環(huán)228聯(lián)接到橫向滑座110 (圖1A-1B所示）。
[0031] 緊固螺母224可以具有螺紋內(nèi)表面，其被構(gòu)造成與法蘭環(huán)228的對應(yīng)螺紋外表面 相匹配。另外，鎖緊圈226可以具有球形內(nèi)表面，其被設(shè)置為與萬向節(jié)222的互補球形外表 面相匹配。因此，當緊固螺母224松動時，萬向節(jié)222在鎖緊圈226內(nèi)平穩(wěn)地浮動，S卩，以任 意取向自由旋轉(zhuǎn)，這是因為在該構(gòu)造中，彈簧264偏壓鎖緊圈226遠離法蘭環(huán)228。然而，當 擰緊緊固螺母224時，鎖緊圈226壓抵法蘭環(huán)228,其將萬向節(jié)222鎖定在鎖緊圈226內(nèi)的 基本固定取向。
[0032] 萬向節(jié)組件200還包括帶有螺紋的空心軸套筒236,其被配置成被安裝在萬向節(jié) 222內(nèi)。在所示的具體例子中，空心軸套筒236包括一對槽238,其被鍵合到位于萬向節(jié)222 的內(nèi)表面上的對應(yīng)鍵240,以阻止空心軸套筒236在萬向節(jié)222內(nèi)旋轉(zhuǎn)。萬向節(jié)組件200還 包括一個錐形螺母242和一個調(diào)整螺母244,二者都有被配置成與空心軸套筒236的螺紋外 表面相匹配的螺紋內(nèi)表面。萬向節(jié)組件200還包括被配置成圍繞空心軸套筒236和調(diào)整螺 母244的擋圈246,其用于保持萬向節(jié)組件200的部件就位。擋圈246可以包括由適當?shù)木o 固件248 (例如固定螺絲等）保持就位的兩個互補件。
[0033] 在使用期間，操作者能夠通過旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺母244到期望的堅直位置來調(diào)整空心軸 套筒236在萬向節(jié)222內(nèi)的堅直位置（即，Z-軸線上的位置）。然后，操作者能夠擰緊錐 形螺母242直到其到達萬向節(jié)222的底部，從而將空心軸套筒236固定在期望的堅直位置。 錐形螺母242的形狀被有利地配置為與萬向節(jié)222的底部表面相匹配，這大致減少在空心 軸套筒236被固定在期望的堅直位置時在萬向節(jié)組件200內(nèi)的徑向自由游移。
[0034] 此外，空心軸套筒236被有利地配置為在操作期間接收和固定合適的鉆適配器 250或?qū)?。例如，在某些情況下，空心軸套筒236可能具有被配置成與鉆適配器250的螺 紋外表面相匹配的螺紋內(nèi)表面。進而，鉆適配器250被優(yōu)選地配置成接收和固定如圖2A-2C 所示的對準銷266和如圖3所示的鉆套372。
[0035] 對準銷266能夠在對準過程期間被使用以便有助于萬向節(jié)組件200與第一工件 114A中的選定孔116的向量的對準。在對準過程期間，操作者可以將適當?shù)亩武N254插入 選定孔116中。段銷254可包括由肩260分隔開的下部256和上部258。段銷254可以有 利地被選擇成使得當肩260貼在第一工件114A的表面上時，下部256具有被配置成與選定 孔116的內(nèi)直徑緊密配合的外直徑。另外，段銷254的上部258可以具有被選擇成與對應(yīng) 的對準銷266的內(nèi)直徑緊密配合的外直徑。
[0036] 為了捕捉孔向量，操作者操縱萬向節(jié)222,隨著對準銷266與段銷254互動，萬向節(jié) 222在鎖緊圈226內(nèi)浮動。一旦對準銷266與段銷254對準，則操作者擰緊緊固螺母224， 使萬向節(jié)222鎖定在選定取向，從而捕捉到選定孔116的向量。萬向節(jié)組件200被設(shè)置成： 一旦設(shè)置好向量，則萬向節(jié)222將保持鎖定在基本固定位置直到緊固螺母224松動。因此， 然后對準銷266能夠從段銷254移除，并且能夠利用X-Y轉(zhuǎn)換臺120將萬向節(jié)組件200定 位在第二工件114B之上在期望的坐標處，以便為下述鉆孔過程做好準備。
[0037] 在鉆孔過程期間，操作者將合適的鉆370的鉆套372插入并固定到安放在空心 軸套筒236內(nèi)的對應(yīng)鉆適配器250中。鉆適配器250可以包括一個或更多個接合機構(gòu) 252 (例如，鍵，等等），其被配置成將鉆套372牢固地緊固到鉆適配器250。在圖3所示的 具體示例中，鉆370包括由位于北卡羅來納州埃佩克斯的Apex Tool Group LLC銷售的 Quackenbush?系列230鉆。當然，除了或代替圖3所示的具體鉆370,可以使用很多其他 合適的鉆370。盡管針對不同鉆370,鉆套372的具體尺寸和形狀會有所不同，不過許多此 類的鉆370使用標準錐鎖鉆套372。因此，空心軸套筒236被配置為容納各種可互換的鉆適 配器250,其中每個鉆適配器250可以與選自大量合適的鉆370的一個或更多個鉆370兼 容。因此，萬向節(jié)組件200不需要針對每種類型的鉆370被定制。實際上，萬向節(jié)組件200 可以被實現(xiàn)成具有單個通用設(shè)計，在該設(shè)計中，一個鉆適配器250能夠根據(jù)需要被更換成 另一個以容納不同的鉆370。
[0038] 一旦鉆套372被固定在鉆適配器250中，則能夠使用合適的鉆頭374在第二工件 114B內(nèi)鉆出所需新孔，該鉆頭374具有尺寸與所述新孔的內(nèi)直徑相匹配的外直徑。因為鉆 孔過程跟隨上述對準過程，所以有利地在與第一工件114A內(nèi)的對應(yīng)孔116基本相同的相同 X-Y-Z位置處且具有與其基本相同的相同向量來鉆取新孔。即，相對于第二工件114B的新 孔的X-Y-Z位置和向量相對于第一工件114A的原孔116的X-Y-Z位置和向量基本相同。
[0039] 圖4是將選定孔116從第一工件114A轉(zhuǎn)換到第二工件114B的方法400的一種示 例的流程圖。在步驟470中，萬向節(jié)組件200被定位在第一工件114A內(nèi)的選定孔116的 X-Y坐標之上。如上所述，這個步驟470可以通過使用X-Y轉(zhuǎn)換臺120完成：通過沿X-導 軌104滑動臺架106并且沿Y-導軌106滑動橫向滑座110直到萬向節(jié)組件200到達期望 的X-Y位置。在這個步驟470期間，橫向滑座110的分度銷138與對應(yīng)于第一工件114A的 第一分度襯套134A相接合，不過臺架夾124、鎖定夾132以及橫向滑動夾136松動以允許橫 向滑座110和轉(zhuǎn)換桿128在對準過程期間根據(jù)需要移動。
[0040] 在步驟472中，段銷254被插入到選定孔116中，并且對應(yīng)的對準銷266被插入到 萬向節(jié)組件200的鉆適配器250中。在步驟474中，萬向節(jié)組件200的空心軸套筒236被 調(diào)整到相對于第一工件114A表面的所需堅直位置。某些情況下，例如，操作者可以將空心 軸套筒236伸縮到如下堅直位置：使鉆套372處在第二工件114B的表面之上約0. 5倍至約 1倍的鉆頭374直徑的范圍內(nèi)的距離處。如上所述，這個步驟474能夠通過旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺母 244到期望的堅直位置且然后將錐形螺母242擰緊直到其達到萬向節(jié)222的底部表面來實 現(xiàn)。
[0041] 在步驟476中，操縱萬向節(jié)222直到對準銷266與段銷254對準，在某些情況中， 例如，操作者操縱萬向節(jié)222直到對準銷266緊密配合在段銷254的上部258上。如上所 述，當緊固螺母224松動時，萬向節(jié)222能夠在鎖緊圈226內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)和傾斜，這使得萬向 節(jié)組件200的對準銷266能夠機械地確定段銷254的向量。然后，在步驟478中，將緊固螺 母224擰緊以便將萬向節(jié)222在期望的取向鎖定就位，從而捕捉段銷254的向量，并且因 此，捕捉到選定孔116的向量。在步驟480中，操作者試圖從段銷254移除對準銷266。如 果檢測到明顯的摩擦，那么在步驟482中，松動緊固螺母224,并且操作者重復步驟476和 478,直到對準銷266能夠在沒有檢測到明顯的摩擦的情況下從段銷254移除。這種情況表 明選定孔116的向量已經(jīng)被準確確定并被機械地捕捉。
[0042] 一旦這種情況發(fā)生，則在下一步驟484中，擰緊臺架夾124以將臺架106鎖定在 X-軸線上的基本固定位置，并且擰緊鎖定夾132以便暫時鎖定轉(zhuǎn)換桿128,并且因此橫向滑 座110和萬向節(jié)組件200處于Y-軸線上基本固定位置。在步驟486中，將對準銷266從鉆 適配器250移除，并將段銷254從選定孔116移除。
[0043] 在步驟488中，將萬向節(jié)組件200移動到第二工件114B之上的期望的X-Y位置 處，并將其鎖定就位。如上所述，這個步驟488能夠這樣執(zhí)行：使分度銷138與第一分度襯 套134A脫離，將橫向滑座110沿Y-軸線移動選定偏距d，并且然后使分度銷138接合于與 第二工件114B對應(yīng)的第二分度襯套134B。如上所述，工件114A、114B以Y-軸線上具有相 同偏距d且X-軸線上基本零偏移的情況在X-Y轉(zhuǎn)換臺120上對齊。因此，一旦分度銷138 與第二分度襯套134B接合，則萬向節(jié)組件200被定位在第二工件114B之上的期望的X-Y 位置處。然后，能夠擰緊臺架夾124以進一步固定橫向滑座110且因此固定萬向節(jié)組件200 在Y-軸線上的基本固定位置。
[0044] 在最后步驟490中，用合適的鉆370在第二工件114B中鉆取新孔。如上所示，這 個最后步驟490能夠這樣被執(zhí)行：通過使合適的鉆套372接合于對應(yīng)的鉆適配器250,并且 然后使用適當?shù)你@頭374鉆取所述新孔。通過采用上述步驟，有利地在第二工件114B中鉆 取與第一工件114A中對應(yīng)孔116的基本相同X-Y-Z位置處且基本相同向量的新孔。例如， 在某些情況下，在與第一工件114A中的對應(yīng)孔116的X-Y-Z位置和向量具有不大于0. 001 英寸的偏差的情況下，方法400在第二工件114B中復制選定孔116。方法400能夠針對第 一工件114A中的每個孔116被重復，直到第一工件114A的整個孔模式以及被復制到第二 工件114B中。
[0045] 上述孔轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和方法提出了優(yōu)于傳統(tǒng)孔轉(zhuǎn)換方法的許多獨特的優(yōu)點。例如，孔 轉(zhuǎn)換系統(tǒng)100使得孔模式能夠被機械地從現(xiàn)有零件復制到新零件，而不需要數(shù)控機床、坐 標鏜床、計算機或者其他電子器件。系統(tǒng)100包括機械捕捉現(xiàn)有孔模式中每個孔的X-Y-Z位 置和取向（即，5軸線）的萬向節(jié)組件200。結(jié)果，孔轉(zhuǎn)換系統(tǒng)100可以能夠由無可靠電源 的設(shè)置（例如，邊遠地區(qū)，不發(fā)達地區(qū)，等等）中的發(fā)電機有利地驅(qū)動?？邹D(zhuǎn)換系統(tǒng)100還 遠遠地比需要數(shù)控機床的傳統(tǒng)技術(shù)方案更經(jīng)濟。
[0046] 此外，孔轉(zhuǎn)換系統(tǒng)100高度精確，如上所述，這部分地因為萬向節(jié)組件200包括能 夠在Z-軸線上伸縮的空心軸套筒236。通過使得操作者能夠調(diào)整空心軸套筒236的堅直位 置，能夠有利地將鉆放置在第二工件附近，這將大大地減少鉆的"步程"，并且提高了孔轉(zhuǎn)換 系統(tǒng)100的整體精度。
[0047] 參考圖5-6,本申請的系統(tǒng)和方法可以在如圖5所示的飛行器制造和使用方法500 以及如圖6所示的飛行器600的背景中被實現(xiàn)。在預生產(chǎn)期間，示例性方法500可包括飛 行器600的規(guī)格和設(shè)計502,以及材料采購504。在生產(chǎn)期間，發(fā)生飛行器600的部件和子 組件制造506和系統(tǒng)整合508。然后，飛行器600可能會經(jīng)過認證和交付510以便投入使用 512。在客戶使用512中，飛行器600定期進行日常維護和維修514(這會包括改進、重構(gòu)、 翻新等等）。
[0048] 方法500的每個環(huán)節(jié)可能由系統(tǒng)集成商、第三方和/或操作者（例如：客戶）完成 或執(zhí)行。對于本描述，系統(tǒng)集成商可能包括但不限于任何數(shù)量的飛行器制造者和主系統(tǒng)分 包商；第三方包括但不限于任何數(shù)量的銷售商、分包商和供應(yīng)商；并且操作者可以是航空 公司、租賃公司、軍事實體、服務(wù)組織等等。
[0049] 如圖6所示，根據(jù)示例性方法500生產(chǎn)的飛行器600可包括具有多個系統(tǒng)622和 內(nèi)部624的機身620。高級系統(tǒng)622的示例包括推進系統(tǒng)626、電氣系統(tǒng)628、液壓系統(tǒng)626 和環(huán)境系統(tǒng)628中的一個或更多個。還會包括其他一些系統(tǒng)。盡管示出航空航天的例子， 不過本公開的實施例的原則對其他的行業(yè)也適用，如汽車行業(yè)。
[0050] 這里提到的設(shè)備和方法可在生產(chǎn)和使用方法500中的一個或更多個階段期間使 用。例如，與生產(chǎn)過程506對應(yīng)的部件或子組件可以以類似于飛行器600在使用512時生 產(chǎn)的部件或子組件類似的方式制作或制造。同樣，一個或更多個設(shè)備實施例、方法實施例或 其組合可以在生產(chǎn)階段506和508期間使用，例如，可以大大加快飛行器600的組裝或者降 低飛行器600的成本。相似地，一個或更多個設(shè)備實施例、方法實施例或其組合可以應(yīng)用于 飛行器600處于使用512時，例如但不限于，維護和維修514時。
[0051] 雖然已根據(jù)某些優(yōu)選的配置描述了本公開，但是其他配置對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員 來說也是很顯然的，包括這里沒有闡述其特點和優(yōu)點的一些配置，也在本公開的范圍內(nèi)。因 此，本公開的范圍只能通過參考附加權(quán)利聲明和其等價物來限定。
【權(quán)利要求】
1. 一種系統(tǒng)，其包括： 萬向節(jié)，該萬向節(jié)被鎖緊圈和緊固螺母圍繞， 其中所述萬向節(jié)被設(shè)置成當所述緊固螺母松動時在所述鎖緊圈內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)并且當所 述緊固螺母被擰緊時保持鎖定在所述鎖緊圈內(nèi)的基本固定位置；以及 被裝納在所述萬向節(jié)內(nèi)的空心軸套筒， 其中所述空心軸套筒被配置為調(diào)整到相對于所述萬向節(jié)的期望的堅直位置并進一步 被配置成接收和固定鉆適配器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括調(diào)整螺母和錐形螺母，二者被聯(lián)接到所述空心 軸套筒并且被配置成將所述空心軸套筒調(diào)整到相對于所述萬向節(jié)的期望的堅直位置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括： 可滑動地安裝到X-Y轉(zhuǎn)換臺的臺架；和 可滑動地安裝到所述臺架的橫向滑座組件， 其中所述萬向節(jié)被裝納在被聯(lián)接到所述橫向滑座組件的萬向節(jié)組件內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，還包括： 被聯(lián)接到所述X-Y轉(zhuǎn)換臺的基座模塊， 其中所述基座模塊被配置成在X-軸線、Y-軸線和Z-軸線上的選定第一位置處接收并 固定第一工件，所述第一工件具有以第一孔模式排列的多個孔，和 其中所述基座模塊進一步被配置成接收并固定與所述第一工件基本相同的第二工件， 其中所述第一孔模式需要被復制，所述第二工件被固定在選定第二位置處，以致所述第二 工件在所述Y-軸線上基本間隔選定偏距d的情況下與所述第一工件基本平行，并且在所述 X-軸線和所述Z-軸線上具有基本零偏移的情況下基本對齊于所述第一工件。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，還包括可滑動地安裝到所述臺架的轉(zhuǎn)換桿，其中所述 轉(zhuǎn)換桿包括兩個或更多個分度襯套，其間隔開選定偏距d并且被配置成與被聯(lián)接到所述橫 向滑座組件的分度銷接合。
6. -種用于將孔從第一工件復制到與所述第一工件基本相同的第二工件的方法，該方 法包括： 將萬向節(jié)組件定位在相對于所述第一工件在第一位置處的第一孔之上； 將段銷插入到所述第一孔中； 將對準銷插入到所述萬向節(jié)組件內(nèi)； 將所述對準銷與所述段銷機械地對準以便確定所述第一孔的第一向量； 固定與所述第一向量對準的所述萬向節(jié)組件； 從所述萬向節(jié)組件移除所述對準銷； 從所述第一孔移除所述段銷； 移動所述萬向節(jié)組件到所述第二工件之上的第二位置，其中，相對于所述第二工件的 所述第二位置與相對于所述第一工件的所述第一位置基本相同； 在所述第二位置處且在與所述第一向量基本相同的第二向量處在所述第二工件中鉆 取第二孔。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，將所述萬向節(jié)組件定位在所述第一孔之上包括 沿一個或更多個基座導軌滑動臺架以及沿一個或更多個臺架導軌滑動橫向滑座。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，機械地對準所述萬向節(jié)組件包括旋轉(zhuǎn)和傾斜鎖 緊圈內(nèi)的浮動萬向節(jié)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，固定所述萬向節(jié)組件包括擰緊緊固螺母。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，還包括調(diào)整對準部件到所述萬向節(jié)組件內(nèi)的期望的 堅直位置。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，調(diào)整所述對準部件包括將調(diào)整螺母旋轉(zhuǎn)到期 望的堅直位置，并且然后將錐形螺母擰緊直到其到達萬向節(jié)的底部表面。
12. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，還包括在所述萬向節(jié)組件被固定成與所述第一向量 對準之后，將所述萬向節(jié)組件暫時固定在所述第一孔之上。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，暫時固定所述萬向節(jié)組件包括使得鎖定夾接 合于轉(zhuǎn)換桿，其中該轉(zhuǎn)換桿可滑動地安裝到裝納有所述萬向節(jié)組件的臺架。
14. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，將所述萬向節(jié)組件移動到所述第二工件之上的 所述第二位置包括： 使得分度銷脫離于第一分度襯套； 將所述橫向滑座移動選定偏距d ;和 使得所述分度銷接合于第二分度襯套。
【文檔編號】B23B35/00GK104416183SQ201410407507
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月26日
【發(fā)明者】P·R·格爾森 申請人:波音公司