KR100583036B1 - 복합 받침공구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복합공구를 제조하는 방법에 관한 것으로, 이 공구는 구성부재들이 필요한 형태의 부품으로 접착되거나 경화되는 데에 사용되고, CNC공작기계에 의해 부품의 외주끝의 다음 기계가공 동안 본래 적용된 위치에서 접착되거나 경화된 재료들을 고정시키는 데에 사용되는 형태로 작용하게 된다.

Description

복합 받침공구 {HYBRID LAY-UP TOOL}

본 발명은 복합부품들이 제조되는 받침공구에 관한 것으로, 특히 지지구조물의 기준면에 대체로 평행한 기준면을 갖추고서 상기 지지구조물에 장착된 복합표면시트를 구비한 복합 받침공구를 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 복합부품들은 이들의 공학적 특성과 설계의 융통성 및 저중량 때문에 산업 전반에 걸쳐 사용되어 왔다. 특히, 2개의 복합표면시트 사이에 접착된 벌집모양 코어(core)를 갖춘 벌집모양 복합부품은 중량비에 대하여 우수한 강도와 경도를 제공하여서, 이들은 특히 항공산업에 널리 사용되어 그 진가를 발휘하고 있다. 하지만, 이러한 유형의 부품들은 그 이득이 인정되고 폭넓게 사용됨에도 불구하고, 이들 부품이 비교적 비싸고 특히 생산하는 제조공정이 발달되어 있지 않아 이용하기가 어려워서, 복합부품에 대한 높은 거부율과 재가공율을 초래하였다.

복합부품들을 제조하는 일반적인 공정에는 "접착조립용 지그(jig)" 또는 BAJ로 알려진 받침공구의 표면에, 일반적으로 수지를 함유한 여러 겹의 섬유유리 또는 흑연직물로 된 공구쪽 외피를 올려놓는 단계가 포함된다. 복합부품이 벌집모양 코어를 갖춘 것이라면, 벌집모양 재료가 절단되어 공구쪽 외피에 맞춰지고, 이 조립체는 공기가 진공원에 의해 제거된 진공주머니로 덮어씌워진다. 주머니에 넣어진 조립체는 고압솥에 넣어지고 진공원에 다시 연결되는 한편, 공구쪽 외피내에 있는 수지를 경화시키도록 가열되어 상기 외피에 벌집모양 코어가 접착된다. 그 후에, 주머니에 넣어진 조립체는 고압솥으로부터 제거되고 주머니에서 나오게 된다.

미국 특허 제 5,746,553호에 기술된 다른 방법에서는, 그 접합면에 개방되어 있는 표면시트의 홈이 받침공구 본체의 접합면과 접촉하고 있는 상부면을 형성하는 희생재료로 채워지는데, 이 희생재료는 상기 받침공구 본체의 접합면과 접촉하는 단단하고 매끄러운 외피를 형성하는 발포합성물이다. 장식된 표면에 박판이나 공구쪽 외피를 놓고서 외주홈 내에 있는 희생재료의 접촉표면에 이 공구쪽 외피를 접착시킴으로써 부품들이 이루어진다. 벌집모양 코어가 상기 외피에 놓일 수 있고, 이 조립체는 받침공구의 표면을 따르는 공구쪽 외피와 접착되거나 경화된다. 경화된 후, 상기 받침공구는 고압솥으로부터 제거되고, 상기 벌집모양 코어가 적당한 커터(cutter)를 사용하여 원하는 형상으로 기계가공되는 CNC공작기계의 베드에 위치되며, 상기 코어는 진공청소되어 먼지가 제거된다. 여러 겹으로 된 주머니쪽 외피가 상기 코어의 기계가공된 표면에 붙여지고, 이 조립체는 경화된다. 경화된 후, 상기 받침공구는 CNC공작기계의 베드에 정확히 재위치되고, 외주선단은 CNC공작기계의 커터를 사용하여 부품 주위에서 절단된다. 공작기계의 제어기는 상기 커터를 외주홈 주위로 유도하도록 프로그램되는데, 이 커터는 외주홈에 투입되고 부품의 전체 두께와 맞물려 외주선단을 절단하게 된다. 선단의 가공 후, 마무리된 부품은 받침공구로부터 옮겨진다. 상기 부품이 전체 제조공정 동안 공구 위에 머물게 되어서, 상기 부품이 다른 제조단계를 위해 받침공구들 사이에서 이동될 때 일어나는 통상적인 조정문제가 없어진다.

이 발명은 매우 비싼 2개의 받침공구를 사용하지 않게 하고, 2개의 받침공구에 위치시키고 제거하는 동안 이전에 요구되었던 몹시 힘든 부품의 수동조작을 없애게 되었다. 재위치되어질 받침공구 위로 유연성이 큰 복합부품을 위치에 맞추는 어려움도, 상기 부품이 그 제조 동안 같은 받침공구에 머무르게 되어서 없어지게 되었다. 마찬가지로, 단지 하나의 외피를 갖춘 부분적으로 제조된 부품은 경화되는 동안 감소된 외피의 응력에 의해 형상이 엉망이 되지 않는데, 이는 상기 부품이 그 본래의 놓인 위치에서 공구표면에 접착된 채로 남아 있기 때문이다. 상기 부품에 다음의 기계가공이나 천공작업은 이 부품이 받침공구상의 제위치에 정확히 위치되어 있기 때문에 지정된 위치에서 정밀하게 이행된다. 이제, 통계적인 공정제어 및 이와 유사한 통상의 품질관리절차가 이 방법에 의해 만들어진 부품들에 대하여 이루어질 수 있다. 따라서, 통계적으로 결정된 공차 내에서 제조되는 부품의 정확성과 치수제어가, 사업의 성공에 있어 중요한 빠른 속도로 제품을 제조하는 능력과 함께 중대하게 되는 환경 하에서, 전술된 특허출원에 기술된 "이중목적의 받침공구"의 발명은 큰 복합부품들의 제조품질과 생산효율에 상당한 기여를 하였다.

상기 이중목적의 받침공구는 흑연-에폭시 복합재료의 열확장계수와 거의 같은 열확장계수를 갖는 철과 니켈의 합금인 인바(Invar) 36으로 만들어진다. 이 인바로 된 표면시트는 울퉁불퉁하게 형성되거나 거의 그물모양으로 주조되며, 용접에 의해 "계란판"형상의 기초구조물에 부착된다. 부착된 표면시트를 갖춘 기초구조물은 CNC공작기계의 베드상에 위치되고, 상기 표면시트의 표면은 완전히 기계가공되어 알맞은 윤곽을 가진 매끄러운 표면을 제공한다. 상기 공작기계는 받침공구상에서 만들어질 부품의 디지털 모델(digital model)의 전환에 의거한 파트 프로그램(part program)을 이용하는 제어기의 제어하에 있다. 그 후에, 대체로 연속적인 홈이 전술된 출원에 기술된 바와 같이 마무리된 표면시트에 기계가공된다. 형성된 받침공구는 내구력과 신뢰성이 있으며, 부품 명세의 공차내에서 반복적으로 부품을 잘 생산할 수 있다.

상기 이중목적의 받침공구에 있는 인바로 된 표면시트는 고품질의 부품을 생산하는 데에 효과적이고 내구력이 있는 반면, 무겁고 비싸다. 인바는 밀도가 높은 재료이고 큰 부품들이 만들어질 받침공구를 제조하는 데에 막대한 양이 필요하게 된다. 이러한 받침공구의 중량은 공장에서 통상 이용할 수 있는 승강 및 이송설비의 하중용량을 초과할 수 있어서 특별한 승강 및 이송설비의 구입을 필요로 하게 되는데, 이는 부품들의 비용에 부가된다.

인바로 된 이중목적의 받침공구를 만들기 위한 제조시간은, 시간이 걸리는 형성단계 또는 주조단계와 요구되는 광범위한 기계가공 때문에 길게 된다.

인바로 된 받침공구의 열적 질량(thermal mass)은 높아서, 받침공구 위에 놓인 복합부품의 경화온도에 도달하기 위한 고압솥이나 가마에서의 시간이 현저하게 연장될 수 있다. 연장된 가열시간은 에너지 비용과 부품들을 만드는 공정시간에 대하여 비용이 많이 들게 한다.

만들어질 부품과 같은 열팽창계수를 갖는 복합재료로 된 받침공구를 만드는 것은 공지되어 있다. 흑연-에폭시 복합재료로 된 받침공구는 다년간 만들어져 왔으며, 에폭시와 같은 경화온도에서 품질이 떨어지지 않는 보다 새로운 재료가 이용될 수 있게 되었고, 이들의 이득이 인정되면서 더욱 널리 사용되고 있다. 하지만, 여러 복사물로 생산될 수 있으며, 받침공구로부터 부품을 옮기지 않고 전체적으로 만들어지면서 완전히 짜맞춰지고 경화되며 끝이 다듬어진 부품을 생산할 수 있는 복합 받침공구는 결코 알려져 있지 않다.

따라서, 실제로 "이중목적의" 받침공구 위에서 짜맞춰진 복합부품의 제조는 단일한 주 받침공구를 기초로 하여 이중목적의 받침공구를 여러 복사물로 생산하는 방법을 이용할 수 있다면 크게 향상될 수 있다. 이들 복사물은 바람직하기로 높은 정밀도로 값싸고 신속하게 만들어지며, 낮은 열적 질량을 가져 고압솥에서 부품의 경화주기가 가능한 한 짧게 될 수 있다. 또한, 이들은 공작기계의 베드상에서 받침공구의 표면시트의 방위와 높이를 설정하는 "A"기준면을 포함하되, "스퍼드(spud)" 및 "사인 키(sine key)"와 같은 형태를 나타내는 위치관련형태를 정확히 복사할 수 있는 방법으로 이루어질 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 요구되는 치수에 대하여 크게 향상된 적합성을 갖는 부품들을 생산할 수 있는, 외피 또는 적층판과, 벌집모양 코어 및, 수지가 미리 함유된 직물과 같은 구성부재로부터 접착되거나 경화된 부품을 제조하는 복합 받침공구를 제조하는 향상된 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 접착되거나 경화된 부품의 구성부재들이 조립되거나, 접착되거나, 경화된 후에, 우수한 정밀도로 조각되거나, 다듬어지거나, 천공되는 것과 같이 기계가공될 수 있는 복합 받침공구와 이를 제조하는 방법을 제공하는 것으로, 이 모든 것은 상기 부품이 기계가공단계 후까지 상기 받침공구로부터 옮겨지지 않고서 최초로 조립된 복합 받침공구상의 본래의 위치에 있는 동안 이루어진다. 본 발명의 또 다른 목적은 복합 받침공구 위에서 접착되거나 경화된 구성부재로 조립되고, 최종 기계가공단계 후까지 그 위치로부터 옮겨지지 않고서 접착되거나 경화된 동일한 받침공구상의 본래의 위치에서 기계가공되는 향상된 부품을 제공하는 것이다.

본 발명의 이들 목적과 다른 목적들은, 구성부재들이 원하는 형태의 부품으로 접착하거나 경화시키기 위해 사용되고, 공작기계의 베드상에 위치되어 CNC공작기계에 의해 부품의 외주선단을 기계가공하는 동안 본래의 위치에 상기 접착되거나 경화된 재료들을 보유지지하기 위해 사용되는 형태로 모두 적용되는 복합 받침공구로 성취된다. 복합재료로 만들어진 표면시트는 받침공구상에서 만들어질 부품의 한쪽 표면의 원하는 형상으로 형성된 접합면을 갖추는데, 상기 표면시트는 공작기계의 베드 위에서의 방위와 높이가 파트 프로그램으로 지정되어 있는 기준평면을 갖춘다. 상기 복합 받침공구의 표면시트에 있는 대체로 연속적인 홈은 접합면에서 개방되어 있다. 기초구조물이 상기 표면시트를 지지하여 원하는 형상으로 접합면을 유지하는 바, 이 기초구조물은 각각 접촉표면을 갖추면서 함께 "A"기준면을 형성하는 지상고정용 패드를 갖추는데, 지지구조물이 공작기계의 베드와 접촉하고 이에 의해 지지된다. 상기 표면시트상의 부착물은 "A"기준면에 평행한 표면시트의 기준평면에 의해 지지구조물상의 표면시트를 지지한다. 상기 부품용 재료는 표면시트에 붙여지고, 접착되거나 경화되며, 선단이 다듬어지는데, 이 모두는 표면시트상의 본래 적용된 위치에서 이루어진다. 끝다듬질은 부품의 전체 두께와 맞물리도록 홈으로 뻗은 커터를 움직이게 하는 파트 프로그램에 따라 CNC공작기계에 의해 이행된다. 상기 홈은 표면시트의 기준평면과 "A"기준면의 정확한 관계에 의해 파트 프로그램에서 커터의 이동경로로 나타내어진 위치에 상응하게 된다.

본 발명과 수반되는 목적 및 장점은 첨부도면들을 참조로 한 바람직한 실시예의 다음 설명으로 더욱 명확하게 될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 복합 받침공구의 사시도이고,

도 2는 공작기계에 장착된 받침대의 기저부에 넣어진 복합 받침공구의 사시도,

도 3은 여전히 받침공구상의 본래 위치에 장착되어 있는 부품에 다듬질과 다른 기계가공작업 중인 커터의 이동경로를 도시하고, 부품의 부재들과 함께 도 1에 도시된 받침공구의 상부판의 표면을 도시한 정단면도,

도 4는 그 안에서 희생재료가 경화되는 홈 위에 있는 막시트를 도시하고, 도 1에 도시된 받침공구의 상부판의 일부를 도시한 정단면도,

도 5는 본 발명에 따른 받침공구 위에서 전기적으로 가열된 막시트를 도시한 분해사시도,

도 6은 여러 절개부에 대하여 받침공구의 상부판에 있는 오목부들을 도시하고, 본 발명에 따른 다른 형상의 받침공구를 도시한 사시도,

도 7은 도 1에 도시된 받침공구와 유사한 받침공구용 기초구조물의 측면도,

도 8은 도 7에 도시된 기초구조물의 평면도,

도 9는 디지털 모델에서 공작기계의 제어기로 이용할 수 있는 형태로 디지털 데이터를 변환하는 과정을 도시한 블록선도,

도 10은 도 1에 도시된 받침공구상에서 기계가공되는 벌집모양 코어의 셀(cell)로부터 먼지를 청소하는 진공장치의 사시도,

도 11은 도 1에 도시된 복합 받침공구를 만드는 방법의 개략적인 흐름도,

도 12는 패드의 표면을 연마하기 위해 공작기계의 베드상에 위치된 복합 받침공구용 기초구조물의 사시도,

도 13은 여전히 주몰드에 부착되고 그 위에서 만들어진 표면시트에 장착되는 도 12에 도시된 기초구조물의 정면도,

도 13a는 주몰드의 부싱내에 있는 핀에 정확히 위치됨으로써 복합 받침공구의 표면시트에 설치되는 부싱의 정단면도,

도 14는 도 13에 도시된 주몰드 위에서 만들어진 표면시트가 기초구조물에 부착되게 하는 부착장치의 측면도,

도 15는 도 14에 도시된 부착장치상의 부착판의 평면도,

도 16은 도 15에 도시된 부착판의 측면도,

도 17 및 도 18은 지상고정용 다리 위의 주몰드 위에 지지된 기초구조물과 함께 주몰드를 도시한 사시도이다.

도면들을 참조로 하되, 동일하거나 상응하는 부재에는 동일한 참조번호를 부여한다. 특히 도 1을 참조로 하는바, 도시된 받침공구(30)는 기초구조물(34)에 의해 지지된 표면시트(32)와 같은 본체를 갖추고 있다. 이 표면시트(32)는 화학 및 물리적 성질에서 부품의 구성재료에 대해 친화적인 복합재료로 만들어진다. 예컨대, 상기 표면시트(32)는 바람직하기로 부품의 구성재료, 특히 상부판과 접촉하도록 위치되고서 "공구쪽 외피"라고 통상 불리우는 층의 열팽창계수와 조화되는 열팽창계수를 가져야 한다. 상기 공구쪽 외피가 통상적으로 사용되는 에폭시수지가 미리 함유된 탄소섬유 직물이라면, 상기 표면시트(32)는 그 자체가 탄소섬유/에폭시수지 복합재료로 될 수 있거나, 바람직하기로는 "두러 툴(Dura Tool) 450"이라는 명칭하에 캘리포니아주, 애너하임의 싸이텍 엔지니어드 머티리얼스(Cytec Engineered Materials)에 의해 판매되는 재료와 같은 탄소섬유/비스말레이미드(bismaleimide) 재료로 될 수 있다. 이 탄소섬유/비스말레이미드 재료는 상기 부품들이 통상 만들어지는 탄소섬유/에폭시수지 복합재료의 열팽창계수와 밀접하게 조화되는 열팽창계수를 갖는다.

상기 기초구조물(34)은 바람직한 실시예가 도 1에 도시된 종래의 "계란판"구조이지만, 임의의 적당한 구조로 될 수 있다. 이는 도 1에 도시된 개방형으로 배열되어 횡단부재와 함께 미끄럼맞춤되고 끼워넣어진 편평한 인바판으로 이루어지는데, 이 인바판과 횡단부재는 교차점에서 서로 용접된다. 적당한 다른 지지구조물로는 미국 특허 제 5,100,255호에 도시된 부속품들과 함께 부착된 복합튜브로 이루어진 것이 있는데, 이는 참조로 여기에 인용된다. 상기 "계란판" 구조는 높은 정밀도로 매우 신속하게 조립될 수 있기 때문에 바람직하고, 값이 싸며, 에폭시와 같은 열적 손상을 입지 않게 된다.

상기 기초구조물(34)은 이송용 부속품을 갖추어 공장에서 받침공구(30)의 이동을 용이하게 한다. 도 1에 도시된 바람직한 실시예의 이송용 부속품은, 공장내에서 상기 받침공구(30)를 승하강시켜 건너보내는 고가(高架)식 크레인의 걸쇠에 걸어맞춰지는 승강용 케이블의 부착을 위해 기초구조물(34)의 앞뒤면에 각각 2개씩 고정된 승강용 고리(36)를 구비한다. 이 승강용 고리(36)의 위치에 사용될 수 있거나 바람직하기로 이들에 부가될 수 있는 다른 이송용 부속품으로는, 도 1에 도시된 바와 같이 기초구조물(34)내에 설치된 포크 리프트(fork lift)용 튜브(40)이다. 이 포크 리프트용 튜브(40)는 상기 받침공구(30)가 승하강되어 공장 주위로 이동될 수 있게 하는 포크 리프트의 이격된 포크가지부를 받아들이게 된다.

도 2에 개략적으로 도시된 5축받침 공작기계(44)와 같은 공작기계의 베드(42)에 받침공구(30)를 정확히 위치시키며, 원하는 위치에서 공작기계의 베드(42)에 기초구조물(34)을 고정시키는 위치선정 및 부착장치가 기초구조물(34)에 구비된다. 공작기계의 제어기(46)에 의한 제어하에서, 상기 공작기계(44)는 부품이 경화된 후 상기 받침공구(30) 위에 놓인 부품에 기계가공작업을 수행하고, 복합 받침공구(30)를 조립하는 데에 중요한 기능을 수행하기도 한다. 상기 위치선정 및 부착장치는 베드(42)상의 알려진 위치에 복합 받침공구(30)를 정밀하게 위치시키는 것을 용이하게 하여서, 공작기계의 제어기(46)가 부품의 정확한 기계가공을 위해 공작기계의 절단공구를 올바른 위치로 이동시킬 수 있다. 상기 위치선정장치는 "스퍼드"로 알려진 세트 포인트(set point)와 사인 키 및 툴 볼(tool ball)을 구비하는데, 그 사용은 아래에 상세히 기술된다. 이들 장치의 사용은 아주 정확하게 공작기계의 베드(42)상에 복합 받침공구(30)를 위치시키고, 그 위치를 확인하여 받침공구(30)의 표면시트(32)의 실제 위치를 따르도록 공작기계의 프로그램을 조정할 수 있게 하여서, 받침공구(30)와 그 위에 놓인 부품의 위치가 정확히 알려지기 때문에 다음의 기계가공작업에서 정밀성을 향상시킨다.

상기 받침공구(30)가 공작기계의 베드(42)에 고정되게 하는 부착장치는 공작기계의 베드에 제품소재를 고정시키는 당해분야에서 공지된 종래의 장치로 될 수 있다. 이 실시예에서, 상기 부착장치는 종래의 꺽쇠판(toe clamp)인데, 그 구조는 당해분야의 숙련자들에게 공지되어 있다. 통상, 위치선정용 스퍼드나 사인 키 핀에 부가되는 부착장치는 위치선정장치와 받침공구의 중량이 공작기계의 베드상의 적소에 받침공구를 보유지지하기에 충분하기 때문에 필요하지 않게 된다.

상기 표면시트(32)는 부품의 구성부재가 놓여지는 상부의 위로 향한 접합면(60)을 갖춘다. 이 상부의 접합면(60)은 아래에 상세히 기술되는 공정에 의해서, 상기 받침공구에서 만들어질 부품의 한쪽 표면의 원하는 형상으로 형성되어 있다. 위로 개방된 오목부들은 제조공정에서 기계가공작업이 나중에 요구되는 부품상의 위치에 상응한 위치에서 표면시트(32)의 접합면(60)에 기계가공된다. 상기 오목부들은 부품의 외주선단이 절단되는 표면시트(32)에 위치된 홈(62)과, 구멍들이 부품을 관통하여 뚫려 있고 표면시트(32)에 위치된 원통형 벽(63;도 3 참조)을 구비한다. 부품에서 절삭되어질 개구부들이 있는 홈(62)에 의해 한정된 영역 내에, 다른 연속적인 홈들이 위치된다. 오목부들의 다양한 형상들의 일부가 도 5와 도 6에 도시되어 있다. 상기 오목부들은 아래에 기술되는 희생폼재(64)를 수용하는데, 여기서 부품의 구성재료들이 접합면(60)과 접촉하는 표면시트(32)에 놓일 수 있다.

상기 홈(62)은 바람직하기로 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 열장이음식 단면을 갖는데, 이는 희생폼재가 제거될 때까지 홈에 폼재를 유지하는 데에 도움이 된다. 경화 후, 상기 폼재는 약 500psi의 강도를 갖는 바, 이는 통상의 환경하에서 받침공구의 표면시트(32)의 표면과 접촉하는 공구쪽 외피를 보유지지하는 지지표면을 제공하기에 충분히 강하다. 하지만, 보다 큰 강도가 요구되면, 한 겹 이상의 흑연/에폭시 침투가공재 테이프가 희생폼재(64) 위에서 홈(62)에 덧붙여져, 경화될 때 더 넓은 표면 위로 하중을 분배시켜 보다 큰 하중을 버틸 수 있는 보다 단단한 표면을 제공할 수 있게 된다. 부품이 제거된 후에 홈(62)에서 희생폼재(64)의 제거를 용이하게 하기 위해, 수지가 미리 함유된 직물로 된 별도의 스트립(strip)이 그 안에 폼재를 사용하기 전에 홈(62) 안에 넣어질 수 있다.

상기 홈(62)은 부품의 구성부재가 놓이게 될 표면시트(32)의 접합면(60)의 중심부 주위로 완전히 뻗어 있는데, 상기 표면의 영역내에 그물모양 끝다듬질부가 위치된다. 다른 오목부들은 구멍들이 부품을 관통하여 뚫리거나 이 부품을 통해 다른 기계가공이 필요한 받침공구상의 영역내에 위치된다. 외부의 외주홈은 부품이 놓이는 영역을 완전히 둘러싼다는 점에서 "연속적인" 홈이다. 하지만, 상기 홈에 틈새나 간격을 필요로 하는 특별한 구조의 부품이 있을 수 있어서, "대체로 연속적인" 홈으로 될 수 있다. 바람직하기로, 상기 홈은 밀 커터(mill cutter;68)가 그 절단경로에 있는 동안 접합면(60)의 아래로 뻗기에 아주 충분한 깊이로 되어서 그 외주의 절삭이빨이 부품의 외주선단의 전체 두께와 맞물려 절단할 수 있게 된다. 도 4에 도시된 실시예에서 홈(62)의 깊이(D)는 약 0.050인치(1.27mm)이지만, 밀 커터(68)가 장착되는 공작기계가 필요한 정밀도로 표면시트(32)의 윤곽을 따르도록 프로그램될 수 없다면 더욱 깊이 될 수 있다.

상기 홈(62)의 폭(W)은 밀 커터(68)의 직경과 더불어 공작기계(44)에 있는 밀 커터(68)의 이동경로의 필수공차를 수용하도록 선택된다. 희생폼재(64)에 접착되어 놓여 있는 재료의 공구쪽 표면을 보유지지하도록, 밀 커터(68)로 절단된 절단면 양쪽으로 홈(62)의 추가적인 폭이 제공되어서, 절단작업이 완료되어 부품이 받침공구(30)로부터 옮겨지도록 준비될 때까지, 상기 부품이 절단작업 동안 이동하지 않고서 표면시트(32) 위의 알맞은 위치에 견고히 고정되게 한다.

상기 희생폼재(64)는 홈(62)을 채우는 데에 편리하게 사용될 수 있고, 충분한 강도와 온도저항성 및 다른 성질들을 가져 접착 또는 경화작업 동안 구성재료를 지지할 수 있는 임의의 적당한 재료로 될 수 있다. 이 실시예에 사용되는 바람직한 재료로는 열팽창가능한 자체 피장폼인 비.에프.굳리치(B.F.Goodrich) #PL657이다. 이는 홈(62) 안에 절단된 스트립이나 비드(bead)로 사용되고, 도 4에 도시된 바와 같이 매끄럽게 성형된 막시트(70)로 덮어 씌워진다. 이 막시트(70)는 바람직하기로 상기 홈(62)과 다른 오목부들이 기계가공되기 전에 표면시트(32)의 상부면에 바로 성형된 흑연/에폭시수지 구조물이고, 경화주기 동안 경화온도로 가열됨으로써 경화되는 한편, 공기를 뺀 진공주머니(71)로 덮어씌워진다. 진공트랙(73)은 상기 홈 (62)이 표면시트의 접합면(60)에서 기계가공될 경로의 양측면을 따라, 통상 진공주머니(71)의 선단을 받침공구에 대해 밀봉시키는 데에 사용되는 방울모양의 밀봉테이프를 씌움으로써 막시트(70)의 하부면에 형성될 수 있다. 막시트가 만들어지는 흑연/에폭시 시트는 상기 방울모양의 테이프 위에서 받침공구의 접합면(60)상에 놓이고, 그 형상으로 경화되어 진공트랙(73)을 형성한다. 상기 희생폼재(64)는, 막시트(70)와 진공주머니로 홈(62)을 덮어씌우고 이 용도로 당해분야에서 공지된 퍼티(putty)와 같은 밀봉테이프(75)로 진공주머니의 선단을 표면시트(32)의 접합면(60)에 대해 밀봉함으로써 홈 안에서 팽창되고 경화된다. 상기 진공주머니는 약 10인치(254mm)의 진공도로 공기를 빼게 되며, 진공이 진공트랙(73)에 가해져 홈(62) 위에서 받침공구의 접합면(60)에 대해 아래로 막시트를 보유지지하는 데에 도움이 되는 한편, 폼재는 홈(62) 위에 있는 막시트의 하부면에 대해 팽창한 후 팽창된 상태에서 경화된다. 상기 폼재를 팽창시켜 경화시키기 위해, 받침공구(30)는 가마나 고압솥에 위치되어 폼재의 공급자에 의해 지정된 온도로 가열되는데, 비.에프.굳리치 #PL657 재료에 대해서는 약 90분간 대략 260℃ 내외로 된다.

희생폼재(64)를 경화시키는 바람직한 기술은 도 5에 도시된 전기적으로 가열되는 막시트(72)를 사용한다. 이 막시트(72)는 홈(62) 위의 영역에서 막시트(72)의 상부면(76)에 고정되거나, 막시트(72)가 만들어질 때 그 안에 끼워넣어지는 전기가열용 테이프(74)를 갖춘다. 부분적으로 도 5에서 가상선으로 도시된 절연피복재(77)가 막시트(72)의 상부 위에 놓여 대기로의 열손실을 감소시키고, 경화되는 동안 희생폼재(64)의 상승된 온도를 유지하는 데에 필요한 전력을 낮출 수 있게 된다. 가열용 테이프에 인접한 온도센서(78)는 막시트(72)의 온도를 감시하고 전기가열용 테이프(74)로 전달되는 전원(82)으로부터의 전력을 조절하는 제어기(80)로 전도체(79)에 의해 전해지는 신호를 발생시켜 홈(62)에서 희생폼재(64)의 요구되는 경화온도로 온도를 유지하게 된다. 전기적으로 가열되는 막시트(72)는 폼재의 경화주기 동안 비싼 가마나 고압솥을 사용할 필요성을 제거하여서, 제조공정의 비용을 절감시킨다.

상기 희생폼재(64)가 경화된 후, 진공주머니(71)와 막시트(70 또는 72)는 제거되고, 분리용 코팅부가 홈(62)의 양측면에서 받침공구의 접합면(60)에 도포되되, 홈(62) 안에 있는 희생폼재(64)에는 도포되지 않는다. 이 분리용 코팅부는 부품이 받침공구(30)로부터 제거될 시간이 되었을 때 상기 부품이 받침공구의 표면에 부착되지 않게 한다. 상기 부품의 공구쪽 외피(85)의 겹들은 받침공구의 접합면(60)에 사용되어 홈(62)을 덮게 되고, 도 3에 도시된 바와 같이 홈을 지나 짧은 거리만큼 연장하여 여분 또는 가장자리를 제공한다. 상기 부품이 벌집모양 코어를 갖춘 샌드위치 형상품이라면, 벌집모양 코어부재(84)는 이들 코어부재(84) 사이에 있는 접합성 팽창폼재에 의해 공구쪽 외피의 상부에 고정된다. 바람직하기로, 홈(62)에 사용된 동일한 팽창폼재가 벌집모양 코어부재(84)를 함께 접착하는 데에 사용될 수 있다.

희생재료로 홈(62)을 채우는 다른 바람직한 기술로는 홈(62)에 분리용 코팅부를 도포하여 흑연 또는 섬유유리 에폭시로 간단히 채우는 것이다. 그 후에, 여러 겹으로 된 상기 부품이 홈(62)에 있는 에폭시의 상부에 놓인다. 섬유유리의 스트립이 홈 위에 놓여서 필요에 따라 경화 또는 끝다듬질 후의 분리를 용이하게 한다. 상기 홈(62)의 에폭시는 부품과 함께 경화되어 이 부품에 접착되되, 홈(62)을 통한 끝다듬질 후에 남아 있는 에폭시의 작은 선단은, 이 부품이 받침공구에서 들어 올려졌을 때 쉽게 제거된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 통기부(87)는 공구쪽 외피(85)의 겹들에 인접하게 놓이고, 진공주머니(71)는 공구쪽 외피(85)의 겹들과 벌집모양 코어부재(84)와 같은 다른 구성부품들 위에 놓이게 된다. 진공주머니(71)의 외주선단은 당해분야에서 공지된 바와 같이 밀봉테이프(75)나 이와 유사한 것으로 홈(62)의 외부 주위로 공구표면에 대해 밀봉된다. 진공주머니(71) 아래의 공간과 밀봉용 퍼티의 외주 내부는, 홈(62)에 인접한 받침공구의 표면시트(32)의 하부면에 있는 진공구(90)와 진공라인(88)을 거쳐 연통하는 진공펌프(86)에 의해 공기를 빼게 된다.

바람직하기로, 진공구의 첵밸브(도시되지 않음)는 받침공구(30)가 고압솥(도시되지 않음)으로 이동되는 동안 진공을 유지하게 된다. 이 고압솥에서, 상기 진공구(90)는 진공펌프(86)에 다시 연결되며, 고압솥이 가압되고 가열되면 부품에 미리 함유된 수지가 흐른 후 경화되는 한편, 경화하는 수지로부터 나오는 가스는 진공라인(88)을 통해 빠져나오게 된다.

부품의 겹들 및 구성요소내의 수지가 경화된 후, 고압솥의 온도와 압력은 실온과 실압으로 낮아지고, 받침공구(30)는 공작기계의 베드(42)로 운반된다. 받침공구(30)의 기초구조물(34)에 있는 신축가능한 다리(94)가 수축되어 기초구조물(34)의 하부면의 "A"기준면(96)과 공작기계의 베드(42)가 맞춰지게 된다. 이로써, 공작기계의 베드(42)로부터 받침공구(30)의 접합면(60)의 수직위치와 방위를 설정하게 되는데, 이는 공작기계(44)에 장착된 받침대의 이동을 제어하는 공작기계의 프로그램에 "알려진" 거리로 된다. 상기 신축가능한 다리(94)는 언제든지, 즉 받침공구(30)의 보관 및 이동 동안과 받침공구(30)상의 외피재료와 구성재료가 놓여 있는 동안 연장된 채로 유지되어, "A"기준면(96)과 표면시트(32)의 접합면(60) 사이의 거리에 영향을 끼칠 수 있는 흠이나 다른 손상으로부터 정밀하게 연마된 "A"기준면(96)을 보호하게 된다.

공작기계의 베드(42)에서 받침공구(30)의 위치와 방위는 도 7과 도 8에 도시된 세트 포인트(98)와 사인 키(100)를 포함하는 위치선정장치에 의해 설정된다. 상기 세트 포인트(98)는 용접이나 이와 유사한 방법으로 받침공구(30)의 기초구조물(34)의 하부면에 견고하게 고정된 판(102)과, 이 판(102)에 정확하게 뚫리고 연마된 수직구멍(104)을 구비한다. 전형적으로 직경이 2인치(5.08cm)인 정밀하게 연마된 핀(106)이 상기 수직구멍(104)과, 도 2에 도시된 공작기계의 베드(42)에 있는 다수의 동일한 크기의 구멍(108) 중 선택된 하나에 정밀한 미끄럼 맞춤으로 고정된다. 도 7과 도 8에 도시된 사인 키(100)는 상기 판(102)과 유사하게 기초구조물(34)의 하부면에 고정된 판(110)을 구비한다. 이 판(110)에는 작은 수직구멍(112)이 정밀하게 뚫리고 연마되어 있으며, 정밀한 미끄럼 맞춤에 의해 전형적으로 직경이 13/16인치(2.06cm)이고서 정밀하게 연마된 핀(114)을 받아들이게 되어 있는데, 이 핀은 판(110)을 지나 아래로 뻗어 있으며, 공작기계의 베드(42)에 있고서 구멍(108)이 중심에 있는 동일한 T홈(116)에 끼워지게 된다. 상기 핀들(106,114)이 판들(102,110)의 알맞은 위치에 있게 되면서 구멍(108)과 T홈(116)의 아래로 뻗어 있을 때, 받침공구(30)의 위치는 공작기계의 베드(42)상에 독특하게 위치된다. 그 위치는 상기 핀들이 위치되는 T홈(116)과 구멍(108)을 확인함으로써 공작기계의 제어프로그램에 입력될 수 있다. 공작기계의 제어기(46)에 입력된 받침공구의 구성데이터 세트 및 부품의 구성데이터 세트와 함께 상기 정보는 공작기계의 제어기가 공작기계를 안내하여 필요한 절단작업을 이행할 수 있도록 하는 충분한 정보를 제공한다.

이제 도 9를 참조로 하면, 공작기계(44)의 제어기에 의해 이해되고 사용될 수 있어서 선단의 가공경로와 구멍의 천공과 같이 부품에 요구되는 기계가공작업을 이행할 수 있는 기계명령으로 디지털 데이터를 변환시키는 공정이 개략적으로 도시되어 있다. 주컴퓨터(122)에 상주하는 디지털 모델(120)은 이 디지털 모델(120)을 사용하여 프로그램(124)을 만드는 NC머신 프로그래머에게 제공된다. 이 프로그램은 커터의 유형과, 스핀들의 속도, 커터공급속도, 절단깊이, 통과수 및, 커터에 의해 가로지르게 될 경로와 같은 정보들을 포함하고 있다. NC머신 프로그램은 다음 프로세서(126)를 통해 처리되어 공작기계의 제어기(46)가 읽을 수 있는 형식과 매체로 프로그램을 만들고 조정하게 된다. 이 프로그램은 필요할 때 검색되고 저장되는 데이터 베이스 관리시스템에 등록된다. 상기 프로그램은 공작기계 작업자가 부품을 만들 준비가 되었을 때 작업자에 의해 검색된다. 작업자는 부품이 공작기계의 베드(42)상에 알맞게 장착되어 그 위치가 확인됨을 검사한 후 공작기계의 제어기에 프로그램을 넣고 이 프로그램을 진행시켜 부품에 절단작업이 이행되게 한다.

일부 부품은, 별도의 코어 조립체들이 공구쪽 외피로부터 떨어져 만들어진 후 공구쪽 외피와 주머니쪽 외피에다 하나의 작업으로 맞춰져 함께 경화될 필요가 있다. 이러한 부품들에서, 한 겹으로 된 흑연 에폭시가 받침공구의 접합면(60)에 놓이고, 벌집모양 코어부재는 공구쪽 외피의 상부에 놓이게 된다. 비.에프.굳리치 #PL657 재료와 같은 폼재의 스트립들은 폼코어부재들 사이에 삽입된다. 진공주머니는 조립체의 위에 놓이고 진공펌프(86)로 공기를 빼게 된다. 받침공구가 고압솥에 넣어지고, 온도와 압력이 경화주기 동안 상승된다. 이러한 변형된 공정에서, 벌집모양 코어부재가 홈 위에 놓여 있고 이 홈을 걸쳐 있게 되면 막시트를 사용하여 홈(62)내의 폼재를 별도로 경화시키는 것이 불필요하게 되는데, 경화되기 전에 진공주머니가 홈(62)내의 폼재를 움푹 들어가게 하는 것을 방지하는 지지부를 제공한다. 상기 코어부재가 경화된 후, 받침공구는 공작기계(44)로 보내어져서 공작기계의 베드(42)상에 장착되며, 적소에 놓이게 된다. 코어부재는 기계가공되어, 사용되어질 부품에 요구되는 조각된 형상을 만들게 되고, 코어부재의 외주는 홈(62)을 따라 절단되어 코어부재를 받침공구로부터 자유롭게 한다. 조각되고 기계가공된 코어부재는 옮겨져서, 같거나 다른 받침공구에서 공구쪽 외피에 장착된다. 주머니쪽 외피는 코어부재의 위에 사용되고, 진공주머니는 받침공구 위에 놓여 이 받침공구에 밀봉된다. 상기 진공주머니에서 공기를 빼게 되고, 받침공구는 고압솥에 넣어져 양쪽 외피를 동시에 경화시키게 된다.

부품에 요구되는 조각된 윤곽을 만들기 위해 코어부재(84)를 기계가공하는 것은 코어부재의 요구되는 형상을 만들기 위한 효율적이고 정교한 기술이다. 하지만, 기계가공 후 코어셀로부터 먼지나 부스러기들을 제거하는 것은 특히 주머니쪽 외피가 경화될 때까지 부품이 받침공구에 부착된 채로 남아 있으면 어렵다는 것이 알려져 있다. 코어셀로부터 먼지와 부스러기의 제거를 용이하게 하기 위해, 도 10에 도시된 진공장치(130)가 코어부재의 상부면 위로 미끄럼이동된다. 이 진공장치는 진공호스(136)가 부착된 고정부(134)를 갖춘 덮개(132)를 갖추고 있다. 파이프(138)는 그 개구부를 가로질러 덮개(132)의 맞은편에 장착된다. 이 파이프는 덮개의 개구부쪽으로 향한 작은 구멍들(140)의 열을 갖추고 있으며, 그 끝에 신속하게 분리되는 연결부(142)를 갖추어 공압호스(144)에 부착된다.

작동 중에, 상기 진공장치는 공장 진공청소기와 같은 진공원으로부터의 진공호스(136)에 연결되고, 공압호스(144)는 연결부(142)에 연결된다. 상기 덮개는 벌집모양 코어의 표면에 있는 그 개구부에 위치되어, 구멍들(140)의 열을 통해 내뿜는 공기가 코어셀의 밖으로 먼지를 불어내고, 더러운 공기는 진공호스(136)를 통해 덮개(132)로부터 진공에 의해 제거된다. 구멍들(140)을 통해 내뿜어지는 공기의 비율은 진공원에 의해 덮개(132)의 밖에서 흡입되는 공기의 비율보다 작아서, 덮개(132)의 밖으로 불어내어진 먼지는 없게 된다. 상기 덮개(132)의 안내선단을 따르는 일련의 얕은 새김눈(146)은 공기가 덮개내로 흡입될 수 있게 하고, 진공상태가 덮개내부에 형성되는 것을 방지하는데, 이는 덮개가 코어부재(84)의 표면 위의 주위로 이동되는 것을 어렵게 할 수 있다.

전술된 복합 받침공구(30)는, 정확한 윤곽을 갖고서 "A"기준면(96)에 대해 정확한 방위로 기초구조물(34)에 부착된 복합재료의 표면시트(32)를 생산하도록 된 공정에 의해 제조된다. 상기 표면시트(32)는 기초구조물(34)과 별도로 만들어지고 윤곽이 설정된 후에 기초구조물에 부착되어서, 상기 공정은 기초구조물(34)의 "A"기준면에 평행한 표면시트(32)의 기준평면을 정확히 정렬시킬 수 있어야 한다.

도 11의 공정흐름도로 개략적으로 도시된 바람직한 공정은 별도의 유사한 단계들에서 기초구조물(34)과 표면시트(32)를 제조하는 것을 포함한다. 도 7과 도 8 및 도 12에 도시된 기초구조물은 인바판 더미로 제조되는 바, 이는 레이저나 물젯트로 절단되어 판에 있는 홈에 미끄럼 끼워맞춤된 횡단부재에 의해 알맞은 위치에 보유지지되고 용접되어 평행하게 이격된 판들의 배열을 제공하여서 고강도와 내구성 있는 견고하고 개방된 구조물이 만들어진다. 도 7과 도 8에 도시된 바와 같이 횡단부재나, 도 1과 도 6 및 도 12에 도시된 바와 같이 판에 있는 일련의 "성곽문양부"(150)는 아래에 상세히 기술될 바와 같이 표면시트(32)가 기초구조물(34)에 부착될 수 있게 하는 이격된 부착버팀벽을 제공하게 된다. 인접한 성곽문양부(150)들 사이의 거리는 약 0.25인치(6.35mm) 내지 0.30인치(7.62mm) 두께인 흑연/비스말레이미드 표면시트에서 약 18인치(457mm)이다.

상기 표면시트(32)는 도 13에 도시되고 "DFT"로도 알려진 주몰드(155)에서 제조된다. 이 주몰드(155)는 바람직하기로 "A"기준면을 제공하도록 정밀하게 기계가공된 지지패드(160)를 갖춘 인바 "계란판"형 기초구조물(157)로 만들어진다. 인바 상부판(162)은 주몰드(155)의 기초구조물에 있는 성곽문양부(161)에 부착되고, 성형될 부품표면의 정확한 윤곽으로 기계가공되며 연마된다. 이 기계가공은 공작기계의 베드(190)상에서 "A"기준면에 따라 CNC공작기계로 이루어져서, 주몰드의 상부판(162)의 기준평면이 기계가공작업으로 형성된다. 동시에, 기준형태는 기준평면을 한정하는 주몰드의 상부판(162)에서 기계가공되고, 기준평면이 복합 받침공구(30)의 표면시트(32)로 옮겨지게 하는 수단을 제공한다. 기준형태는 바람직하기로 도 13a에 도시된 바와 같이 경화된 부싱(163)이 설치된 주몰드의 상부판(162)에 뚫려 있는 3개 이상의 구멍들이다. 이들 구멍은 나중에, 기초구조물(34)의 표면시트(32)가 알맞게 정렬되도록 툴 볼이나 레이저 타겟이 설치될 수 있는 복합 받침공구(30)의 표면시트에 상응하는 구멍을 뚫기 위한 드릴 안내부로 사용될 수 있다. 바람직하기로, 표시용 핀(165)이 부싱(163)에 보유지지되고, 부싱(167)이 표시용 핀(165)에 장착되어 표면시트(32)가 주몰드(155)상에 놓일 때 보강용 패드와 함께 복합 받침공구의 표면시트(32)에 결합된다. 그 후에, 상기 부싱(167)은 기준평면을 형성하기 위해 복합 받침공구의 표면시트에서 툴 볼이나 핀과 같은 기준형태용 장착소켓을 제공한다.

주몰드(155)를 제조하는 다른 방법은 바람직하기로 인바 중에서 고정밀도로 제조된 현존하는 이중목적의 생산공구를 사용하는 것이다. 기준형태는 나중에 주몰드(155)로 이동되기 위해 현존하는 생산공구에서 기계가공될 수 있다. 주몰드의 표면시트는 생산공구상에 놓여 부피가 작게 되면서 경화되고, 기준형태는 전술한 바와 같은 방식으로 주몰드의 표면시트로 이동된다. 다음에, 주몰드의 기초구조물은 복합 받침공구를 만들기 위해 아래에 기술된 바와 같은 방식으로 주몰드의 표면시트에 부착된다. 주몰드를 만드는 이 공정은 그 생산공구가 이미 이용가능하기 때문에 편리하고 값이 싸게 되나, 주몰드의 표면시트를 놓아두는 동안 주몰드에 작은 치수오차가 도입될 수 있기 때문에 바람직하지 않다.

상기 주몰드(155)상에서 복합 받침공구의 표면시트(32)의 제조는 흑연/비스말레이미드 침투가공재인 듀러 툴 450의 공급자인 싸이텍이 지정해 놓은 방법을 따르게 된다. 주몰드의 상부판(162)의 표면은 청소되고 이형제로 코팅된다. 침투가공재층은 점진적인 45°의 위치로 순차적으로 위치되도록 놓여 있다. 매 4 내지 6겹의 더미들은 90psi로 가압된 고압솥에서 넣어진 겹들의 진공처리에 의해 진공에 넣어지고 부피가 작아진다. 약 20겹들이 약 30인치(762mm)의 경화된 적층판을 만들게 된다.

모든 겹들이 놓여진 후, 부착장치가 표면시트(32)의 위로 향한 표면에 고정된다. 위로 향한 표면은 기초구조물(34)의 부착 후에 뒤집어지면 실제로 표면시트(32)의 하부면으로 될 것이다. 도 14 내지 도 16에 도시된 부착장치는 수지가 흐를 수 있는 다수의 구멍(169)이 뚫려 있고서 직경이 약 3인치(7.62cm)인 부착판(164)을 구비하고, 인접한 겹들이 부풀어서, 경화 후 상기 부착판(164)을 알맞은 위치에 확실히 보유지지하게 된다. 너트(166)는 부착판(164)의 중심에 용접되고, 직각인 브라켓(170)의 수평한 다리에 있는 구멍을 통과한 나사산이 형성된 로드(168)를 수용한다. 이 로드(168)는 브라켓의 상부 및 하부면에서 자체로 중심이 맞춰진 와셔(174)를 지지하는 마주보는 너트(172)에 의해 브라켓의 요구되는 축방향위치로 고정된다. 상기 브라켓(170)은 기초구조물(34)의 성곽문양부(150)에 볼트(175)로 고정되어 성곽문양부(150)에 표면시트(32)를 지지하는 수직한 다리를 갖춘다.

상기 부착판(164)은 표면시트(32)의 부피가 작아지되 여전히 경화되지 않은 겹들 위에서 흑연-비스말레이미드 침투가공재로 된 추가적인 2겹 위에 놓이게 되고, 추가적인 10겹이 이 부착판(164) 위에 놓이는데, 상기 로드(168)는 이들 겹의 구멍을 통해 뻗어 있다. 경화되는 동안, 상기 로드(168)는 나사산이 형성된 마개로 편리하게 대체되고, 진공처리를 용이하게 하면서 너트(166)의 나사산으로 수지가 흐르는 것을 방지하도록 밀봉된다.

경화주기는 약 6시간 동안 약 90psi의 압력과 약 350도의 온도로 최초 강화 및 경화된 다음, 냉각 및 압력이 해제되고, 또 다시 6시간동안 약 440도로 표면시트를 독립적으로 최종 후경화시키는 것을 포함한다.

상기 표면시트(32)가 주몰드(155)에서 경화된 후, 진공은 표면시트(32)와 주몰드의 상부판(162)의 교차면에서 진공원(180)에 연결된 라인(178)을 통해 빨아들여져서 표면시트(32)를 알맞은 위치에 확실히 유지하게 된다. 상기 기초구조물(34)은 크레인에 의해 들어 올려지고, 4개 이상의 아우트리거 다리(183)에 의해 주몰드(155)의 측면에 용접된 브라켓(185)에 위치되게 된다. 이 아우트리거 다리(183)는 브라켓(185)상에서 기초구조물을 지지하고, 주몰드(155)가 안착되는 표면(190)에 상응하는 "A"기준면에 평행한 기초구조물의 패드(187)의 상부면, 즉 복합 받침공구(30)가 뒤집어진 후의 바닥접촉면을 대강 정렬시키도록 조정될 수 있다.

상기 주몰드(155)가 공작기계의 베드에 있지 않으면, 베드로 이동되고 스퍼드와 사인 키를 사용하여 알려진 방위와 위치에 놓이게 된다. 기계가공작업은 복합 받침공구(30)의 "A"기준면을 형성하도록 주몰드(155)의 "A"기준면에 평행하고 편평한 패드(187)를 밀링(milling)하는 것과, 복합 받침공구의 스퍼드와 사인키용 구멍을 뚫는 것을 포함한다.

이제, 복합 받침공구(30)는 브라켓(185)으로부터 아우트리거 다리(183)를 해제하고 진공원(180)으로부터 라인(178)을 분리함으로써, 주몰드(155)로부터 옮겨질 수 있다. 이 복합 받침공구(30)는 주몰드(155)에서 들어 올려지고, 도 1에 도시된 것과 유사한 신축가능한 다리(94)나 그 패드로 뒤집혀 세워져서, 보관 및 운반 동안 패드(187)의 표면이 손상되지 않게 보호한다. 아우트리거 다리(183)가 복합 받침공구(30)의 사용에 방해가 되면, 이들은 다른 기능을 갖지 않아서 제거될 수 있다.

도 17과 도 18에 도시된 본 발명에 따른 제 2실시예도 정해진 단계들의 절차가 있어서, 패드(187)의 기계가공 전에 기초구조물(34)이 표면시트(32)에 부착된다. 이 실시예에서, 바닥에 닿도록 충분히 긴 길이를 가진 아우트리거 다리(193)는 기초구조물(34)의 측면에 부착되고, 주몰드(155)의 위에 위치되어 "A"기준면에 평행한 기초구조물(34)의 상부를 대강 정렬시키도록 조정된다. 패드(187)가 아직 부착되어 있지 않으면, 이때 기초구조물(34)에 용접된다. 상기 표면시트(32)는 전술된 바와 동일한 방식으로 성곽문양부(150)에 부착된다. 아우트리거 다리(193)는 이제 복합 받침공구(30)를 위한 임시 "A"기준면을 형성하여서, 그 표면시트(32)와 함께 주몰드(155)로부터 제거될 때 공작기계의 베드로 이동될 수 있고, 이 공작기계의 베드에 대해 정확하게 위치된 베드상에 세워질 것이다. 공작기계는 이 공작기계의 베드에 평행하고 편평한 패드(187)를 밀링작업하여서, 복합 받침공구(30)에 대한 "A"기준면을 형성하게 된다. 기준형태는 제 1실시예에서와 같이 표면시트내에 형성되어서, 상기 받침공구가 그 패드(187) 위로 뒤집혀 공작기계용 베드상에 복합 받침공구를 위치시키고 스퍼드와 사인 키로 구멍을 정밀하게 기계가공할 때 이들 기준형태가 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 제 3실시예와 제 4실시예에서는, 표면시트(32)에 기초구조물(34)을 부착하기 전에 복합 받침공구의 기초구조물에 대한 "A"기준면을 형성하도록 패드(187)를 기계가공하는 단계들의 순서가 다시 정해지게 된다. 도 12에 도시된 기초구조물은 대략 정확한 방위로 기초구조물(34)을 보유지지하도록 된 임시 다리(195) 위에 지지된다. 상기 패드(187)는 공작기계의 베드에 평행하고 편평하게 기계가공되고, 기초구조물은 주몰드(155)의 위치로 이동된다. 임시 다리(195)가 제거되고, 도 18에 도시된 것과 유사한 아우트리거 다리가 부착된다. 기초구조물(34)은 그 다리 위에 지지된 주몰드(155) 위에 위치되고, 레이저 트래커나 세오돌라이트(theodolite)가 설치되어 패드(187)의 상부면의 방위를 측정하게 된다. 다리는 패드의 표면, 즉 그 위에 세워놓게 될 표면이 주몰드의 "A"기준면에 평행하고 같은 높이가 될 때까지 길이가 조정된다. 이제, 부착장치가 기초구조물(34)의 성곽문양부(150)에 고정되고, 복합 받침공구는 주몰드(155)로부터 제거될 준비를 하게 된다.

제 4실시예는 제 3실시예와 동일한 방식으로 기초구조물(34)의 "A"기준면을 형성하되, 도 17 및 도 18에 도시된 것과 유사한 지상고정용 아우트리거 다리를 부착하는 대신에 도 13의 다리(183)와 유사한 보다 짧은 다리가 부착된다. 공작기계의 베드상에서 패드(187)의 표면을 밀링한 후, 기초구조물은 주몰드(155)로 이동되고, 짧은 아우트리거 다리는 도 13에 도시된 브라켓(185)과 유사한 주몰드의 브라켓에 부착된다. 짧은 아우트리거 다리의 조절너트는, 브라켓이 부착되어 있어 이들이 주몰드(155)의 "A"기준면에 평행하게 되면 브라켓(185)의 상부면에 평행하거나, 주몰드(155)가 안착된 표면에 평행한 지상패드의 표면의 평면을 정렬시키도록 조정된다. 기초구조물(34)의 방위를 조정하여 패드의 표면의 평면이 주몰드(155)의 "A"기준면에 평행하게 된 후, 표면시트의 부착장치가 복합 받침공구의 기초구조물(34)의 성곽문양부(150)에 연결되고, 이 복합 받침공구는 주몰드로부터 제거될 수 있다. 전술한 바와 같이, 스퍼드와 사인 키의 구멍들은 주몰드(155)로부터 옮겨지고 표면시트(32)에 설치된 기준형태를 검사함으로써 기계가공되어, 공작기계의 베드상에 복합 받침공구(30)의 위치를 설정할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명은 받침공구상에 부품을 올려 놓고 경화 또는 접착시키는 방법과 장치를 제공하고, 여전히 본래의 받침공구와 본래의 위치에 있는 동안 벌집모양 코어를 조각하고 부품을 다듬고 천공하는 수단을 제공함으로써 전술된 목적을 만족시킨다. 종래기술의 공정과 장치에서 제기된 모든 문제들은 본 발명에 의해 해소되고, 특별한 공차에 적합하여 대체로 향상되게 제조되는 한편, 공구를 설치하고 유지하며 보관하는 비용이 현저하게 절감된다. 우선, 작은 공차로 제조하는 향상된 능력으로 인하여, 통계적인 공차를 갖고서 제한적인 조립체와 같은 큰 부품에 대해 최신 제조기술을 사용할 수 있게 되어서, 품질이 더욱 향상되고 부품이 사용되는 조립체의 비용을 절감시킨다.

확실히, 이 바람직한 실시예의 다양한 응용과 변형이 당해분야의 숙련자들에 의해 이루어질 것이다. 따라서, 이들 응용과 변형 및 이와 동등한 것이 다음 청구항들에 의해 한정된 바와 같은 본 발명의 정신과 범주내에서 고려될 것이다.

Claims (31)

1. 구성재료들이 필요한 형태의 부품으로 접착되거나 경화되는 데에 사용되고, 받침공구가 공작기계의 베드 위에 위치되면서 CNC공작기계에 의해 부품의 외주선단의 다음 기계가공 동안 본래 위치에 상기 재료들을 보유지지하는 데에 사용되되, 상기 CNC공작기계는 이 CNC공작기계의 제어기에 의해 읽히는 파트 프로그램에 따라 작동되고,

   상기 받침공구상에서 만들어질 부품의 한쪽 평면의 형상으로 형성된 접합면을 갖추고, 상기 공작기계의 베드 위에서의 그 방위와 높이가 상기 파트 프로그램으로 지정된 기준평면을 갖춘 복합재료로 만들어진 본체와;

   상기 접합면에서 개방된 본체에 있는 연속된 홈;

   상기 본체를 지지하여 요구되는 형상으로 접합면을 유지하되, 기초구조물과 접촉하고 공작기계의 베드에 의해 지지되며 "A"기준면을 한정하는 접촉표면을 각각 갖춘 패드를 구비한 기초구조물 및;

   상기 "A"기준면에 평행한 본체의 기준평면에 따라 기초구조물에서 본체를 지지하는 본체의 부착부;를 구비하여서,

   상기 부품용 재료가 상기 본체에 사용되고, 그 위에서 접착되거나 경화되며 끝다듬질되되, 이 모두는 본래 위치에 있는 본체에서 이루어지는 한편, 상기 끝다듬질은 부품의 전체 두께와 맞물리도록 홈으로 뻗게 되는 커터를 이동시키는 파트 프로그램을 따라 CNC공작기계에 의해 이행되며, 상기 홈은 본체의 기준평면과 "A"기준면의 정확한 관계에 의해 파트 프로그램의 커터의 이동경로로 나타내어진 위치에 상응하게 되는 복합 받침공구.
2. 제 1항에 있어서, 상기 홈은 이 홈의 길이방향 축에 직각인 평면에서 열장이음식 단면형상이고, 상기 홈은 접합면에서의 폭보다 넓은 바닥폭을 갖는 복합 받침공구.
3. 제 1항에 있어서, 상기 홈을 채우면서 본체의 접합면과 접촉하는 상부면을 형성하는 희생재료를 추가로 구비하는 복합 받침공구.
4. 제 3항에 있어서, 상기 희생재료는 본체의 접합면과 접촉하며 밀도가 높고 단단한 외피를 형성하는 자체 피장폼을 구비하는 복합 받침공구.
5. 제 3항에 있어서, 상기 희생재료는 외주선단이 부품 주위에서 절단된 후 홈으로부터 이 희생재료의 제거를 용이하게 하도록 섬유스트립이 접착되어 있는 복합 받침공구.
6. 제 3항에 있어서, 상기 희생재료는 홈에 사용되고 상기 부품용 재료와 함께 경화된 에폭시수지를 포함하는 복합 받침공구.
7. 제 1항에 있어서, 공작기계의 베드에 기초구조물과 본체를 정확히 위치시키는 위치선정장치를 추가로 구비하여, 상기 공작기계가 홈에 관련된 구성데이터와, 이 공작기계에 의해 외주선단을 자동으로 절단하기 위해 기초구조물과 본체의 위치에 관련된 위치데이터로 프로그램될 수 있는 복합 받침공구.
8. 제 7항에 있어서, 상기 위치선정장치는 공작기계의 베드상에 기초구조물을 정확히 위치시키기 위해 정확히 위치된 핀들을 각각 갖춘 사인 키와 세트 포인트를 구비하는 복합 받침공구.
9. 제 8항에 있어서, 상기 위치선정장치는 본체에서 툴 볼을 수용하는 툴 볼 소켓으로 이루어지고, 상기 툴 볼은 공작기계에 의해 작동되는 핀과 맞물리는 표면을 갖추어서 상기 받침공구상의 기준평면의 실제위치를 설정하는 복합 받침공구.
10. 제 1항에 있어서, 상기 기초구조물은 인바로 만들어지는 복합 받침공구.
11. 제 1항에 있어서, 상기 본체는 흑연/비스말레이미드 재료로 만들어지는 복합 받침공구.
12. 부품과 유사한 형상과 크기를 갖는 몰드표면을 갖추면서 이 몰드표면과 알려진 관계를 갖는 "A"기준면을 갖춘 주몰드를 제조하는 단계와;

    상기 몰드표면의 방위와 위치를 형성하는 효과적인 기준형태를 몰드표면에 설치하는 단계;

    상기 주몰드의 접합면에 다수의 수지가 함유된 섬유층을 놓되, 이 수지는 상승된 온도에서 접착 또는 경화되는 특징을 가져 복합 받침공구를 위해 단단한 복합 받침공구의 표면시트를 창출하는 단계;

    상기 복합 받침공구의 표면시트로 몰드표면의 기준형태를 이동시키는 단계;

    상기 기준형태의 외피 위에 진공주머니를 놓고, 이 외피와 구성부품 주위로 상기 진공주머니의 외주영역을 밀봉시키는 단계;

    상기 진공주머니의 아래로부터 공기를 빼내어 이 진공주머니 외부의 공기압이 상기 외피에 대해 진공주머니를 압박시키게 하는 단계;

    상기 외피를 단단한 복합 받침공구의 표면시트로 변형시키도록 접착제 또는 함유된 수지를 접착 또는 경화시키는 단계;

    상기 주몰드의 접합면으로부터 진공주머니를 제거하여 단단한 표면시트를 노출시키는 단계;

    상기 복합 받침공구의 표면시트를 기초구조물에 부착하는 단계;

    상기 기초구조물에서 제 2의 "A"기준면을 공작기계로 기계가공하는 단계 및;

    상기 공작기계로부터 복합 받침공구를 제거하는 단계;를 포함하는, 접착되고 경화된 복합부품을 만드는 복합 받침공구의 제조방법.
13. 제 12항에 있어서, 공작기계에 의해 기초구조물에서 패드를 밀링하는 표면을 위해 알려진 위치에 받침공구의 접합면을 위치시키도록 위치선정장치를 사용하여 CNC공작기계의 베드상의 알려진 위치에 복합 받침공구를 위치시키고, 상기 복합 받침공구의 "A"기준면을 형성하도록 공작기계의 베드에 평행한 패드를 밀링하는 단계와;

    상기 공작기계의 작동을 제어하는 제어기에 상기 받침공구의 디지털 한정치를 갖는 데이터 세트를 입력하는 단계 및;

    상기 데이터 세트를 통합한 기계제어 프로그램을 진행시키는 제어기에 의해 상기 복합 받침공구의 표면시트 주위의 예정된 경로에서 공작기계의 커터를 안내하여, 이 커터가 표면시트 주위의 연속적인 외주홈을 절단하는 단계;를 추가로 포함하는 복합 받침공구의 제조방법.
14. 제 12항에 있어서, 상기 표면시트를 위한 기준평면을 형성하도록 상기 몰드표면의 기준형태를 표면시트로 옮기는 단계를 추가로 포함하는 복합 받침공구의 제조방법.
15. 제 12항에 있어서, 상기 표면시트의 위치와 방위를 설정하고, 이 표면시트의 특정한 위치와 방위에 상응하게 공작기계를 제어하는 데에 사용된 CNC 제어기의 기계명령을 변환시키도록 조정하는 절차를 이행하기 위해, 표면시트의 기준형태를 검사하는 단계가 추가로 포함된 복합 받침공구의 제조방법.
16. 제 12항에 있어서, 상기 표면시트상에 적어도 3개의 기준위치의 실제위치를 설정하도록 CNC공작기계에 장착된 핀에 의해 표면시트의 기준형태를 검사하는 단계와;

    상기 위치선정장치의 좌표에 의거한 제어기의 위치데이터로부터 공작기계의 베드에서 받침공구의 위치에 대한 기계제어 프로그램의 데이터를 수정하도록 기준지점의 실제위치로 기계제어 프로그램을 조정하는 단계;가 추가로 포함되는 복합 받침공구의 제조방법.
17. 부품의 표면과 동일한 형상과 크기를 갖는 몰드표면을 갖춘 주몰드로 만들어진 복합공구의 표면시트를 이형제로 코팅하는 단계와;

    요구되는 두께로 상기 표면시트에 수지가 함유된 여러 겹의 섬유재를 놓는 단계;

    가스압력으로 진공주머니내의 상기 겹들을 부피가 작게 하고, 상기 표면시트에서 부품을 형성하도록 수지를 경화시키는 단계;

    위치선정장치를 사용하여 공작기계의 프로그램에 지정된 위치에서 공작기계의 베드 위에 복합 받침공구를 놓는 단계;

    상기 주몰드의 상응하는 기준형태로부터 옮겨진 기준형태를, 공작기계의 귀환위치에 대해 표면시트의 위치를 정확히 설정하도록 복합 받침공구에서 검사하는 단계;

    상기 복합 받침공구의 기준형태를 검사하여 결정된 것과 같이, 공작기계의 베드상의 복합 받침공구의 실제위치에 상응하게 공작기계의 파트 프로그램을 조정하는 단계 및;

    상기 표면시트의 홈 안과 이 홈을 따르는 절단경로를 따르게 되어 절단공구가 상기 홈 안으로 돌출하고 복합 받침공구의 표면시트상에 놓인 부품의 전체 두께와 맞물리면서 상기 절단공구를 회전시키도록 공작기계를 작동시키는 단계;를 포함하는, 복합 받침공구에서 복합부품을 제조하는 방법.
18. 제 17항에 있어서, 상기 복합 받침공구의 표면시트는 흑연/비스말레이미드 재료로 만들어지는 복합부품을 제조하는 방법.
19. 몰드표면과 "A"기준면을 갖춘 주몰드를 만드는 단계와;

    상기 몰드표면상에 기준위치들을 설정하는 단계;

    상기 몰드표면상에 복합재료로 된 표면시트를 놓는 단계;

    상기 몰드표면상에서 표면시트를 경화시키는 단계;

    상기 기준위치를 표면시트로 옮기는 단계;

    상기 표면시트에 기초구조물을 부착하는 단계;

    상기 기초구조물에서 "A"기준면을 기계가공하는 단계;

    상기 주몰드로부터 복합 받침공구를 제거하는 단계;

    공작기계의 베드에 기초구조물을 놓고, 공작기계의 귀환위치에 대해 표면시트의 위치를 정확히 설정하도록 표면시트의 기준형태를 검사하는 단계 및;

    상기 받침공구의 표면상에 놓인 부품을 끝다듬질하는 커터를 수용하도록 상부면에 개방된 홈을 기계가공하는 단계;를 포함하는, 외주선단의 다듬질을 위한 홈을 갖춘 복합 받침공구의 제조방법.
20. 제 19항에 있어서, 상기 표면시트는 흑연-비스말레이미드 재료로 만들어지는 복합 받침공구의 제조방법.
21. 제 19항에 있어서, 상기 기초구조물은 인바재료로 만들어지는 복합 받침공구의 제조방법.
22. 제 19항에 있어서, 상기 기초구조물은 물젯트나 레이저에 의해 시트로부터 절단된 평탄한 인바재로 만들어지고 함께 미끄럼 끼워맞춤된 후, 요구되는 형태로 용접되는 복합 받침공구의 제조방법.
23. 제 19항에 있어서, 상기 기초구조물에서 "A"기준면의 기계가공은 베드의 상부면에 평행한 "A"기준면의 표면을 따라 공작기계의 베드상에서 복합 받침공구를 지지하는 동안 CNC공작기계를 사용하여 이루어지는 복합 받침공구의 제조방법.
24. 제 19항에 있어서, 상기 기초구조물에서 "A"기준면의 기계가공은 상기 표면시트가 여전히 주몰드에 부착되어 있는 동안 이루어지는 복합 받침공구의 제조방법.
25. 제 19항에 있어서, 상기 "A"기준면의 기계가공은 공작기계의 베드 상에서 기초구조물을 다리 위에서 지지하고 있는 동안 상기 주몰드로부터 복합 받침공구를 제거한 후 이루어지되, 상기 공작기계의 베드에서 복합 받침공구의 정확한 방위는 복합 받침공구가 DFT에 부착되어 있는 동안 다리의 길이를 조정함으로써 설정되는 복합 받침공구의 제조방법.
26. 제 19항에 있어서, 상기 기초구조물에서 "A"기준면의 기계가공은 표면시트에 기초구조물을 부착하기 전에 이루어지되, 이 방법은,

    베드의 상부면에 평행한 "A"기준면의 표면을 따라 공작기계의 베드상에서 복합 받침공구를 지지하는 동안, 레이저 트래커나 세오돌라이트와 같은 측정장치를 사용하여 표면시트의 위에서 기초구조물의 위치를 조정함으로써 표면시트의 기준평면에 평행한 기초구조물의 "A"기준면을 정위치시키는 단계와;

    파트 프로그램을 진행시켜 기계의 제어하에서, 공작기계의 베드에 평행한 기초구조물의 "A"기준면을 기계가공하도록 CNC공작기계를 작동시키는 단계;로 이루어지는 복합 받침공구의 제조방법.
27. 제 19항에 있어서, 상기 주몰드에다 DFT의 "A"기준면에 평행한 기준평면을 형성하는 표면을 갖춘 지지패드를 부착하는 단계와;

    상기 받침공구의 임시 "A"기준면에 평행한 평면을 형성하는 표면을 갖춘 패드를 기초구조물에 부착하는 단계 및;

    상기 패드에 연결된 다리로, 공작기계의 베드상에서 기초구조물을 지지하는 단계;를 추가로 포함하는 복합 받침공구의 제조방법.
28. 부품의 표면과 동일한 형상과 크기를 갖는 몰드표면을 갖춘 주몰드로 만들어진 복합공구의 표면시트를 이형제로 코팅하는 단계와;

    요구되는 두께로 표면시트상에 수지가 함유된 여러 겹의 섬유재를 놓는 단계;

    가스압력으로 진공주머니내의 상기 겹들을 부피가 작게 하고, 상기 표면시트에 부품을 형성하도록 수지를 경화시키는 단계;

    스퍼드와 사인 키를 사용하여 공작기계의 프로그램에 지정된 위치에서 공작기계의 베드 위에 복합 받침공구를 놓는 단계;

    상기 주몰드의 상응하는 기준형태로부터 옮겨진 기준형태를, 공작기계의 귀환위치에 대해 표면시트의 위치를 정확히 설정하도록 복합 받침공구에서 검사하는 단계;

    상기 공작기계의 베드에서 복합 받침공구의 실제위치에 상응하게 공작기계의 파트 프로그램을 조정하는 단계 및;

    상기 표면시트에서 이전에 절단된 홈 안과 이 홈을 따르는 절단경로를 따르게 되어 절단공구가 상기 홈 안으로 돌출하고 받침공구의 표면시트에 놓인 부품의 전체 두께와 맞물리면서 절단공구를 회전시키도록 공작기계를 작동시키는 단계;를 포함하는, 복합 받침공구에서 복합부품을 제조하는 방법.
29. 제 25항에 따른 방법을 따라 만들어진 부품.
30. 복합 받침공구에서 만들어질 부품의 표면과 같은 몰드표면을 갖추고, "A"기준면을 갖춘 주몰드를 설치하는 단계와;

    기초구조물이 정확하게 알려진 위치에서 공작기계의 베드에 정확히 놓일 수 있게 하는 표시형태를 갖춘 복합 받침공구용 기초구조물을 설치하는 단계;

    상기 주몰드의 표면상에서 표면시트를 놓고 경화시키는 단계;

    상기 표면시트가 주몰드에 놓이고 경화된 위치에 남아 있는 동안 표면시트에 기초구조물을 부착하는 단계;

    상기 주몰드의 "A"기준면에 평행한 복합 받침공구의 기초구조물에 "A"기준면을 형성하는 단계;

    상기 주몰드에서 표면시트와 부착된 기초구조물을 분리하는 단계;

    공작기계의 베드에 기초구조물을 놓는 단계 및;

    상기 표면시트에 놓일 부품을 끝다듬질하는 같거나 다른 공작기계에 의해 이용된 이동경로와 유사한 이동경로를 따라 커터를 유도하도록 파트 프로그램을 진행시키는 공작기계의 제어기의 제어하에 작동하는 공작기계의 커터를 사용하여 표면시트에서 홈을 기계가공하는 단계;를 포함하는, 외주선단 다듬질용 홈을 갖춘 복합 받침공구의 제조방법.
31. 제 30항에 따른 방법을 따라 만들어진 복합 받침공구.

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