李科，縣喜龍

（中航天水飛機(jī)工業(yè)有限責(zé)任公司，甘肅天水，741025）

引言

由于飛機(jī)是通過空氣動(dòng)力學(xué)原理進(jìn)行飛行，飛機(jī)外形直接影響到整個(gè)飛機(jī)的性能［1］。上個(gè)世紀(jì)由于機(jī)械加工行業(yè)整體水平較低，飛機(jī)所有零件只能通過車鉗銑等普通工序完成加工，由于飛機(jī)結(jié)構(gòu)的特殊性許多結(jié)構(gòu)復(fù)雜尤其是帶有曲面外形的零件通過普通的工序難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求的外形參數(shù)，鈑金零件是組成飛機(jī)機(jī)體的主要部分，尤其是二代機(jī)以前的飛機(jī)多采用鈑金零件，整個(gè)飛機(jī)中鈑金零件數(shù)量占到整機(jī)零件的70%左右。進(jìn)入二十一世紀(jì)隨著加工設(shè)備的變革，出現(xiàn)了加工中心，五軸加工中心等先進(jìn)的加工設(shè)備，通過先進(jìn)的加工設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)在線加工進(jìn)而解決了復(fù)雜薄壁類零件的加工問題［2-4］，且由于技術(shù)的成熟，通過銑削加工的薄壁類零件已應(yīng)用到工程實(shí)際［5-7］。在一些重要的關(guān)鍵承力結(jié)構(gòu)中采用機(jī)械加工零件代替了傳統(tǒng)的鈑金零件，這樣大大提高了關(guān)鍵零件的強(qiáng)度和剛度，提高了飛機(jī)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，而且重量上機(jī)械加工零件并不比鈑金零件重，且較好的制造精度減少了裝配鉚接的難度，有效保證了飛機(jī)的外形曲面尺寸。

1 飛機(jī)裝配質(zhì)量要求

在飛機(jī)制造領(lǐng)域，為了保證飛機(jī)的飛行性能，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)零部件間的間隙和階差都提出了具體要求［8］。由于飛機(jī)零部件尺寸大，鈑金件和符合材料零件易變形，結(jié)構(gòu)形狀和裝配關(guān)系復(fù)雜，導(dǎo)致由多個(gè)零件裝配而成的部件之間的間隙和階差經(jīng)常超出設(shè)計(jì)容限，影響飛機(jī)質(zhì)量和生產(chǎn)效率［9］。本文以某型飛機(jī)的一橫梁在U型框的裝配為例，如圖1。通過對(duì)典型的間隙、階差超差進(jìn)行分析，總結(jié)造成間隙、階差超差的主要原因，并提出解決間隙及階差問題的系統(tǒng)思路及指導(dǎo)方法。

圖1 橫梁裝配圖Fig.1 Crossbeam Assembly Drawing

2 裝配方法

零件在二代機(jī)中多采用鈑金零件通過在鉚接過程中的校形可以很好的保證飛機(jī)理論外形，如圖2。此部件為飛機(jī)主要部位，承受一定的壓力，將鈑金零件改為機(jī)械加工零件可增加部件整體的強(qiáng)度。零件外表面為曲面時(shí)，通過設(shè)計(jì)下陷與框進(jìn)行鉚接可保證飛機(jī)理論外形。裝配過程中橫梁和帶板與框的內(nèi)表面貼合鉚接到一起，如圖3，橫梁的非下陷區(qū)和框外表面形成一個(gè)曲面，飛機(jī)蒙皮與該面貼合鉚接，其中要求橫梁非下陷區(qū)域與框外表面保持在一個(gè)面內(nèi)，這樣才能保證蒙皮與橫梁和框鉚接的過程中保證蒙皮理論外形，并且使外蒙皮表面光滑無下陷地方。

圖2 橫梁裝配零件Fig.2 Beam Assembly Parts

圖3 橫梁與框連接示意圖Fig.3 Sketch of Connection Between Beam and Frame

3 機(jī)械加工零件在裝配過程中的問題

在設(shè)計(jì)過程中對(duì)下陷區(qū)域沒有公差規(guī)定，所以裝配過程中很容易出現(xiàn)間隙和階差超差現(xiàn)象。

由于該零件較為復(fù)雜，且為薄壁零件，檢驗(yàn)人員檢測的尺寸如圖4所示壁厚（2mm）和寬度（90mm和96mm），設(shè)計(jì)規(guī)定壁厚和寬度公差按照HB5800-1999執(zhí)行，通過查閱標(biāo)準(zhǔn)可知2mm的公差為±0.12 mm，90mm和96mm的公差為±0.43mm。在零件生產(chǎn)過程中工人為了保證零件合格率防止出現(xiàn)失誤造成零件報(bào)廢，在加工過程中始終按照上差進(jìn)行加工，即寬度為90.47mm和96.47mm壁厚為2.12mm。采用這種方法當(dāng)寬度超差時(shí)可以通過挫修壁厚而且還能保證寬度尺寸在公差范圍內(nèi)，同樣當(dāng)壁厚超差時(shí)可以挫修壁厚來保證零件的合格。這種方法在現(xiàn)在的航空制造業(yè)中普遍存在，單純對(duì)于零件加工而言這樣的加工方法沒有錯(cuò)誤，通過這樣的方法生產(chǎn)的零件都能符合設(shè)計(jì)要求。

圖4 橫梁檢測尺寸Fig.4 Inspection Size of Cross Beam

在裝配時(shí)，當(dāng)下陷區(qū)為負(fù)差時(shí)，會(huì)出現(xiàn)蒙皮凸起，一般解決方法是對(duì)下陷區(qū)或蒙皮進(jìn)行搓修，傳統(tǒng)飛機(jī)通常都是采用此方法。但隨著現(xiàn)代飛機(jī)對(duì)零件精度及外形要求越來越嚴(yán)格，此方法會(huì)帶來以下問題：

（1）對(duì)于尺寸要求控制很嚴(yán)格機(jī)械加工零件挫修很難修到理想狀態(tài)，這種情況不但會(huì)降低裝配效率而且還給裝配帶來一定的風(fēng)險(xiǎn)；

（2）通過挫修勢必會(huì)使下陷區(qū)域的壁厚減少，同時(shí)會(huì)增加下陷區(qū)域的下陷深度，在裝配中出現(xiàn)橫梁與蒙皮貼合的形面高于框與蒙皮貼合形面，如圖5所示；

（3）在搓修過多時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響零件的強(qiáng)度；

（4）搓修會(huì)損害零件的表面處理。

圖5 橫梁與框裝配示意圖Fig.5 Assembly Sketch of Cross Beam and Frame

由機(jī)械加工件代替鈑金件進(jìn)行鉚接裝配，雖然機(jī)械加工件提高了整體骨架結(jié)構(gòu)精度與強(qiáng)度，但如果在工藝方面沒有進(jìn)行協(xié)調(diào)會(huì)起到適得其反的效果，最終導(dǎo)致部件超重或階差不能滿足要求而報(bào)廢，且這類超差報(bào)廢在前期是無法預(yù)計(jì)的，只有在裝配完工后可能出現(xiàn)，這就會(huì)造成生產(chǎn)任務(wù)拖期，如果從工藝角度不進(jìn)行公差分配去消除后期超差報(bào)廢的風(fēng)險(xiǎn)，會(huì)造成巨大的損失。

4 零件二次公差分配

所以在零件加工之前要從工藝角度進(jìn)行零件二次公差分配，以保證零件的裝配。如圖6所示，對(duì)本文零件進(jìn)行二次公差分配，首先保證96mm的外形尺寸，該尺寸公差為自由公差（±0.43mm），其次保證下陷尺寸4mm和3mm，由于橫梁和框裝配過程中貼合蒙皮一側(cè)的下陷面和框內(nèi)腔完全貼合，另一側(cè)貼合面允許留裝配間隙通過添加可薄墊片填充。將89mm尺寸的自由公差（±0.43mm）分配到兩側(cè)下陷尺寸中，89mm尺寸可以不做檢測要求。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定兩側(cè)下陷尺寸公差分配原則為靠近蒙皮一側(cè)為4±0.28mm，另一側(cè)為3±0.15mm，為避免裝配過程中進(jìn)行修配，所以下陷區(qū)尺寸全取正差。最后保證壁厚尺寸2mm，壁厚尺寸公差按照自由公差執(zhí)行（±0.13mm）。下陷外形89mm尺寸為封閉環(huán)尺寸。

圖6 橫梁加工示意圖Fig.6 Sketch of Crossbeam Machining

此方法可以嚴(yán)格控制下陷尺寸，保證裝配過程中橫梁蒙皮貼合面與框與蒙皮的貼合面在同一個(gè)平面內(nèi)，確保外蒙皮裝配質(zhì)量同時(shí)使部件的重量控制在合理的范圍內(nèi)。

5 結(jié)束語

通過上述分析，飛機(jī)鉚接裝配中機(jī)械加工零件尺寸公差分配原則如下：

（1）首先保證理論外形尺寸和壁厚，其中理論外形尺寸和壁厚尺寸公差按照自由公差；

（2）保證下陷尺寸，將下陷外形尺寸公差的自由公差分配到兩側(cè)下陷尺寸中，其中將自由公差按照近似2：1的比例進(jìn)行分配，并取正差以避免搓修；

（3）使下陷外形尺寸作為閉環(huán)尺寸可以不做控制。

通過對(duì)機(jī)械加工零件尺寸公差的分配，可控制零件質(zhì)量，保證機(jī)身裝配質(zhì)量，為后續(xù)裝配過程減低難度，保證飛機(jī)部件整體的鉚接質(zhì)量。