飛機(jī)機(jī)翼前緣與縫翼數(shù)字化裝配協(xié)調(diào)技術(shù)研究

齊鵬斌

飛機(jī)機(jī)翼前緣與縫翼數(shù)字化裝配協(xié)調(diào)技術(shù)研究

齊鵬斌

齊鵬斌 薛蘭珠

中航飛機(jī)西安飛機(jī)分公司

齊鵬斌，中航飛機(jī)西安飛機(jī)分公司制造工程部工藝處，工程師，從事飛機(jī)數(shù)字化裝配協(xié)調(diào)技術(shù)、構(gòu)型管理等方面的研究。

飛機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)采用了MBD技術(shù)，研制周期短、技術(shù)難度高的特點(diǎn)使得機(jī)翼前緣與縫翼采用數(shù)字化裝配協(xié)調(diào)技術(shù)成為必然選擇。本文介紹了機(jī)翼前緣與縫翼產(chǎn)品技術(shù)要求及裝配協(xié)調(diào)難點(diǎn)，確定了數(shù)字化裝配協(xié)調(diào)方法和技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)機(jī)翼前緣與縫翼在總裝配現(xiàn)場所有交點(diǎn)一次對合成功，展示了此類方法的應(yīng)用前景。

飛機(jī)裝配對于有協(xié)調(diào)關(guān)系的部位，為了保證其互換協(xié)調(diào)性，傳統(tǒng)上一直采用模擬量傳遞方式，即用標(biāo)準(zhǔn)工藝裝備來保證其外形和交點(diǎn)的協(xié)調(diào)性。隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品設(shè)計(jì)機(jī)翼前緣與縫翼采用了MBD（Model Based Definition，基于模型定義）技術(shù)，為數(shù)字化裝配協(xié)調(diào)技術(shù)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。本文針對數(shù)字化協(xié)調(diào)與模擬量協(xié)調(diào)方法，結(jié)合機(jī)翼前緣與縫翼產(chǎn)品技術(shù)要求及裝配協(xié)調(diào)技術(shù)難點(diǎn)，制定了數(shù)字化裝配協(xié)調(diào)方法和技術(shù)措施，并在實(shí)踐中得到成功應(yīng)用。

飛機(jī)裝配協(xié)調(diào)方法

模擬量協(xié)調(diào)

傳統(tǒng)的飛機(jī)制造是利用模線-樣板-標(biāo)準(zhǔn)樣件-生產(chǎn)工裝，把飛機(jī)的設(shè)計(jì)要求傳遞到最后產(chǎn)品上的。其尺寸傳遞環(huán)節(jié)多、路線長，產(chǎn)品的制造準(zhǔn)確度低，難以滿足飛機(jī)的高精度要求。

數(shù)字化協(xié)調(diào)

在數(shù)字化裝配協(xié)調(diào)體系中，采用獨(dú)立制造原則保證產(chǎn)品的制造準(zhǔn)確度，在保證產(chǎn)品制造符合性的基礎(chǔ)上以保證產(chǎn)品的協(xié)調(diào)性。在裝配的過程中，采用激光跟蹤儀等數(shù)字化測量設(shè)備，保證零組件在坐標(biāo)系中的正確空間位置。

機(jī)翼前緣與縫翼數(shù)字化協(xié)調(diào)技術(shù)

機(jī)翼前緣與縫翼產(chǎn)品技術(shù)要求

零組件組成

機(jī)翼前緣由前梁、機(jī)加加強(qiáng)隔板、普通機(jī)加隔板、前墻、金屬化銑上蒙皮、復(fù)合材料下蒙皮等組成。

產(chǎn)品技術(shù)要求

結(jié)構(gòu)軸線偏離理論軸線的允許值為：加強(qiáng)肋的結(jié)構(gòu)軸線偏差為±0.2mm；縫翼梁的結(jié)構(gòu)軸線偏差為±0.2mm；端肋的結(jié)構(gòu)軸線偏差為±1mm；隔板的結(jié)構(gòu)軸線偏差為±1mm；前緣加強(qiáng)隔板的結(jié)構(gòu)軸線偏差為±0.1mm。每段縫翼加強(qiáng)肋耳片前、后交點(diǎn)的同軸度要求ф0.3mm。

裝配協(xié)調(diào)難點(diǎn)分析

裝配難點(diǎn)

（1）前梁的裝配難點(diǎn)

前梁外形、梁腹板面的平面度等參數(shù)是決定后續(xù)各零件裝配準(zhǔn)確度的關(guān)鍵。如何準(zhǔn)確檢查前梁各項(xiàng)參數(shù)的偏差，以便提前考慮應(yīng)對措施，是前梁準(zhǔn)確裝配的難點(diǎn)之一。

梁定位的準(zhǔn)確性直接影響機(jī)翼總裝肋裝配的準(zhǔn)確性。如何對梁進(jìn)行精確定位，采用什么樣的定位形式，是前梁裝配的難點(diǎn)之一。

（2）加強(qiáng)隔板組件的裝配

加強(qiáng)隔板共分4組，每組4個(gè)，共16個(gè)。每個(gè)加強(qiáng)隔板之間的相對位置、加強(qiáng)隔板相對于前梁位置的準(zhǔn)確性，將直接影響前緣縫翼的成功懸掛。因此，加強(qiáng)隔板必須精確定位，而如何保證加強(qiáng)隔板的精確定位是固定前緣裝配難點(diǎn)之一。

（3）機(jī)加隔板的裝配

機(jī)加隔板相對于前梁位置的準(zhǔn)確性會直接影響前緣上下翼面蒙皮的裝配。機(jī)加隔板外形相對于前梁外形之間的階差不好控制，這是前緣裝配的難點(diǎn)之一。

協(xié)調(diào)難點(diǎn)

（1）固定前緣的內(nèi)、中、外段均安裝縫翼，縫翼是活動面，每段均有互換要求，各段的協(xié)調(diào)就非常重要；加強(qiáng)隔板間距相對于縫翼滑軌間距位置的準(zhǔn)確性，影響前緣縫翼的成功懸掛和協(xié)調(diào)互換。

（2）縫翼加強(qiáng)肋的結(jié)構(gòu)軸線偏差為±0.2mm；實(shí)際裝配時(shí)存在縫翼加強(qiáng)肋的結(jié)構(gòu)軸線偏差；裝配型架定位器經(jīng)濟(jì)定位精度：±0.127mm；定位精度應(yīng)控制：±0.08mm。

（3）前緣加強(qiáng)隔板的結(jié)構(gòu)軸線偏差為±0.1 mm；實(shí)際裝配時(shí)存在前緣加強(qiáng)隔板的結(jié)構(gòu)軸線偏差；裝配型架定位器經(jīng)濟(jì)定位精度：±0.127 mm；定位精度應(yīng)控制：±0.08 mm。

（4）安裝縫翼時(shí)，滑軌與徑向滾輪之間的間隙要求，滑軌與側(cè)向滾輪之間的間隙要求需要滿足設(shè)計(jì)要求。縫翼滑軌與固定前緣加強(qiáng)肋滑輪架的間距、運(yùn)動軌跡需要協(xié)調(diào)。

如何保證縫翼滑軌與固定前緣加強(qiáng)肋滑輪架的間距協(xié)調(diào)、運(yùn)動軌跡協(xié)調(diào)，并滿足縫翼互換要求，是固定前緣、縫翼的協(xié)調(diào)難點(diǎn)。

裝配協(xié)調(diào)方法和技術(shù)措施

裝配協(xié)調(diào)方法分析

（1） 模擬量協(xié)調(diào)方法

在飛機(jī)部件機(jī)翼固定前緣與縫翼的裝配協(xié)調(diào)中，傳統(tǒng)的模擬量協(xié)調(diào)方法，制造和裝配依據(jù)不唯一，協(xié)調(diào)環(huán)點(diǎn)多，實(shí)物標(biāo)工的設(shè)計(jì)和制造周期長，研制成本高，出現(xiàn)問題查找和問題定位很難。

（2）模擬量+數(shù)字化結(jié)合協(xié)調(diào)方法

采用間距量規(guī)和協(xié)調(diào)板（實(shí)物標(biāo)工）+零件數(shù)控加工的協(xié)調(diào)方案。

為保證間距協(xié)調(diào)要求，按關(guān)聯(lián)制造原則，選用縫翼滑軌間距量規(guī)和固定前緣加強(qiáng)隔板間距量規(guī)，用來協(xié)調(diào)滑軌與固定前緣加強(qiáng)隔板的間距關(guān)系。

為保證運(yùn)動協(xié)調(diào)要求，按關(guān)聯(lián)制造原則，選用固定前緣-縫翼滑軌孔位協(xié)調(diào)板，用來協(xié)調(diào)固定前緣加強(qiáng)隔板滾輪孔位與滑軌型面的空間位置關(guān)系。

模擬量與數(shù)字化結(jié)合協(xié)調(diào)方法在新支線飛機(jī)已取得成熟的經(jīng)驗(yàn)，能確保新型飛機(jī)研制成功，但未完全消除傳統(tǒng)的模擬量協(xié)調(diào)方法帶來的缺點(diǎn)。

（3）全數(shù)字化協(xié)調(diào)方法

機(jī)翼固定前緣與縫翼采用MBD技術(shù)，MBD產(chǎn)品數(shù)據(jù)源唯一。以產(chǎn)品MBD數(shù)模為依據(jù)，零件與零件、零件與工裝、工裝與工裝之間采用獨(dú)立制造原則的全數(shù)字化協(xié)調(diào)方法。

最終協(xié)調(diào)方法的確定

綜合權(quán)衡以上協(xié)調(diào)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，為適應(yīng)基于MBD技術(shù)數(shù)字化環(huán)境下自動化裝配技術(shù)的應(yīng)用、取消實(shí)物標(biāo)工、減少工藝裝備數(shù)量、降低研制成本、縮短研制周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量，結(jié)合機(jī)翼前緣與縫翼產(chǎn)品技術(shù)要求及裝配協(xié)調(diào)技術(shù)難點(diǎn)，確定采用全數(shù)字化協(xié)調(diào)的方法。

數(shù)字化裝配協(xié)調(diào)技術(shù)措施

根據(jù)機(jī)翼前緣與縫翼產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及協(xié)調(diào)難點(diǎn)，保證縫翼滑軌與固定前緣加強(qiáng)肋滑輪架的間距協(xié)調(diào)、運(yùn)動軌跡協(xié)調(diào)，是固定前緣、縫翼裝配協(xié)調(diào)的核心。數(shù)字量傳遞協(xié)調(diào)路線如下。

（1） 飛機(jī)整體結(jié)構(gòu)件（與飛機(jī)外形及定位相關(guān)）前緣加強(qiáng)隔板與縫翼滑軌結(jié)構(gòu)件采用數(shù)控加工、數(shù)控檢測。飛機(jī)鈑金件模具數(shù)字化設(shè)計(jì)以及用數(shù)控方式加工，鈑金零件數(shù)控加工。

（2） 在飛機(jī)坐標(biāo)系下，工裝設(shè)計(jì)人員以產(chǎn)品工程數(shù)模為原始依據(jù)，進(jìn)行工裝的數(shù)字化設(shè)計(jì)，并且在工裝與產(chǎn)品定位相關(guān)的零件上用數(shù)控方式加工出所有的定位元素。帶有理論外形或協(xié)調(diào)關(guān)系的工裝型面采用數(shù)控加工、數(shù)控檢測。

（3） 工裝在裝配時(shí)利用數(shù)字標(biāo)工（數(shù)據(jù)）協(xié)調(diào)，采用激光自動跟蹤測量系統(tǒng)測量，通過坐標(biāo)系擬合，定位出零件的安裝位置，滿足安裝基準(zhǔn)的空間坐標(biāo)及精度要求。

（4）運(yùn)動機(jī)構(gòu)交點(diǎn)協(xié)調(diào)采用數(shù)字量協(xié)調(diào)方法，交點(diǎn)定位器安裝采用激光測量技術(shù)。

（5）為保證縫翼的懸掛交點(diǎn)與滑輪架滾輪、齒輪齒條沿機(jī)翼展向的協(xié)調(diào)性固定前緣、縫翼裝配型架定位精度在±0.08mm。

（6）為保證縫翼的懸掛交點(diǎn)與滑輪架滾輪、齒輪齒條沿機(jī)翼弦向的協(xié)調(diào)性，關(guān)鍵零件固定前緣加強(qiáng)隔板4個(gè)滾輪孔、1個(gè)齒輪孔、滑軌與縫翼加強(qiáng)肋的2個(gè)連接孔位需要控制在±0.05 mm以內(nèi)，在型架定位器上定位加強(qiáng)隔板的2個(gè)滾輪孔位要與零件鏜孔夾具協(xié)調(diào)，滑軌與縫翼加強(qiáng)肋的2個(gè)連接孔位需要夾具之間協(xié)調(diào)（孔系一致原則）。

（7）合理設(shè)計(jì)裝配順序，減少應(yīng)力裝配、控制裝配變形、進(jìn)行容差分配、提高裝配準(zhǔn)確度。

（8）數(shù)字化方法測量方法

綜合采用能實(shí)現(xiàn)高精度實(shí)時(shí)跟蹤測量的激光設(shè)備，對產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)字化測量。內(nèi)容包括測量基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置方案和測量方法，如圖1所示。

圖1 測量基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置方案和測量方法示意圖

數(shù)字化裝配工藝協(xié)調(diào)與容差分配制定

嘗試選用了數(shù)字化裝配工藝協(xié)調(diào)與容差分析Siemens Vis VSA軟件工具，進(jìn)行數(shù)字化裝配工藝協(xié)調(diào)與容差分析。確定了影響裝配準(zhǔn)確度的主要尺寸，作為制造過程中的關(guān)鍵尺寸進(jìn)行了控制。

結(jié)束語

飛機(jī)機(jī)翼前緣與縫翼采用數(shù)字化裝配協(xié)調(diào)技術(shù)方案，采用數(shù)字量協(xié)調(diào)、合理制定容差分配、運(yùn)用激光跟蹤儀安裝型架，對有協(xié)調(diào)關(guān)系的部位采用全數(shù)字量傳遞方式，經(jīng)過了總裝配驗(yàn)證：機(jī)翼固定前緣部件所有交點(diǎn)與其對應(yīng)的縫翼部件所有交點(diǎn)一次對合成功。本協(xié)調(diào)方法可廣泛應(yīng)用于飛機(jī)部件裝配協(xié)調(diào)中，具有廣闊的應(yīng)用前景。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.01.001