張力民

（航空工業(yè)西安飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，陜西?西安?710089）

新舟飛機(jī)發(fā)房上蓋在組件安裝過程中會出現(xiàn)連接螺栓孔錯位與短艙9框階差超差問題，導(dǎo)致安裝、維護(hù)困難。上蓋接頭上φ6孔與9框接頭有時會出現(xiàn)偏差約1/3孔的情況，造成上蓋帶應(yīng)力裝配，不但工人勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)周期長，而且嚴(yán)重影響飛機(jī)外觀質(zhì)量。通過對發(fā)房上蓋安裝問題進(jìn)行分析，提出數(shù)字化設(shè)計(jì)和制造改進(jìn)方案，保證發(fā)房上蓋滿足裝配要求。

1 發(fā)房上蓋安裝階差原因分析

發(fā)房上蓋采用鋁合金鈑彎鉚接結(jié)構(gòu)。由于成型模具精度低，鈑金零件制造誤差大，造成組件裝配質(zhì)量不穩(wěn)定，與短艙9框易產(chǎn)生階差超差問題。影響因素主要表現(xiàn)在以下方面：

（1）對接部位產(chǎn)生階差

發(fā)房上蓋、短艙在9框搭接區(qū)材料厚度不一致，對接部位產(chǎn)生階差。協(xié)調(diào)要求高的對接部位，設(shè)計(jì)部門不但應(yīng)該協(xié)調(diào)尺寸的形成過程，而且應(yīng)該掌握協(xié)調(diào)尺寸形成過程中各個傳遞環(huán)節(jié)固有的誤差特性（包括隨機(jī)誤差、裝配變形等）[1]。短艙9框與發(fā)房上蓋搭接區(qū)理論值為3.7 mm，而上蓋與9框搭接處為蒙皮、墊板及隔框三層結(jié)構(gòu)，理論厚度為：3.5（1+1+1.5）mm+0.2 mm（漆層）+0.5 mm（密封膠），即發(fā)房上蓋理論厚度為4.2 mm。從設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上分析，此處已產(chǎn)生了0.5 mm的階差。

（2）裝配時零件不協(xié)調(diào)

由于不同材料在不同的實(shí)際裝配環(huán)境中會引起變形，造成尺寸上的變化，進(jìn)一步導(dǎo)致零部件之間裝配時的不協(xié)調(diào)。發(fā)房、短艙在9框搭接區(qū)零件精度不一致。一般機(jī)械產(chǎn)品零件剛度大，連接產(chǎn)生的變形小。短艙9框與上蓋搭接區(qū)由機(jī)加零件與蒙皮鉚接而成，外形相對準(zhǔn)確。但發(fā)房上蓋與9框?qū)犹幱擅善?、墊板與隔框鉚接而成，且均為鈑金零件，隔框厚度為1.5 mm，相對剛性強(qiáng)，鉚接后蒙皮外形受框的影響比較大，因此隔框外形準(zhǔn)確性十分重要。由于隔框?yàn)殡p曲面鈑金成型零件，成形后易產(chǎn)生彈性變形。在自由狀態(tài)下檢查與模胎貼合度，最大處間隙為2 mm，可見隔框零件制造精度低、誤差大，再加上鉚接變形的隨機(jī)性，上蓋理論外形也就無法完全滿足裝配要求。

（3）裝配時易產(chǎn)生階差

上蓋接頭與9框安裝連接為長圓孔，裝配時易產(chǎn)生階差。影響裝配準(zhǔn)確度的各種誤差可以分成2大類：一類是與定位方法無關(guān)的各種誤差；另一類是與裝配時所采用的定位方式有關(guān)的各種誤差。為了裝配協(xié)調(diào)性，上蓋接頭與短艙9框?qū)涌自黾恿嗽O(shè)計(jì)補(bǔ)償，為8 mm×10 mm垂直長圓孔。在上蓋裝配夾具上定位接頭過程中，必須保證接頭連接孔在中立位置的準(zhǔn)確性，即便如此也已產(chǎn)生了0.5 mm階差。在發(fā)房組件安裝對接時，由于上蓋鈑金零件（隔框）回彈及鉚接應(yīng)力，連接螺栓有時會處在上蓋接頭的最底部（即長圓孔上部有2 mm間隙），這就造成了上蓋與短艙對接階差問題的出現(xiàn)。

2 設(shè)計(jì)改進(jìn)

發(fā)房上蓋為短艙上部整流和側(cè)蓋提供支持，屬于氣動性能要求較高部位，目前仍采用表面標(biāo)準(zhǔn)樣件、過渡模等較復(fù)雜的協(xié)調(diào)方法，以達(dá)到工藝裝備之間的協(xié)調(diào)。因移形次數(shù)多，協(xié)調(diào)路線過長，難以保證產(chǎn)品外形的準(zhǔn)確度和零件配合面之間相互協(xié)調(diào)。由設(shè)計(jì)部門構(gòu)建發(fā)房上蓋數(shù)字化模型，其內(nèi)容不僅包括產(chǎn)品外形、結(jié)構(gòu)形狀、相對位置、連接形式等幾何信息，同時還包括零組件的裝配關(guān)系、材料、尺寸、裝機(jī)數(shù)量等數(shù)據(jù)定義。采用數(shù)字化模型，直接按飛機(jī)外形數(shù)據(jù)和工藝裝備圖樣上的數(shù)據(jù)，用數(shù)控加工方法加工零件及模具，可大大提高工藝裝備的制造和協(xié)調(diào)準(zhǔn)確度[2]。通過以上分析，工程設(shè)計(jì)確定如下結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。

（1）對發(fā)房上蓋進(jìn)行數(shù)字模型設(shè)計(jì)，構(gòu)建三維模型，改進(jìn)不合理結(jié)構(gòu)形式。將上蓋與短艙9框搭接處三層結(jié)構(gòu)改為整體零件，減少鉚接變形，提高裝配準(zhǔn)確性。

（2）優(yōu)化上蓋強(qiáng)度、剛度設(shè)計(jì)，改善上蓋的結(jié)構(gòu)性能，改進(jìn)承力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式，將隔框由鈑彎零件改為整體機(jī)加件，并將接頭縱向連接長圓孔改為水平方向（如圖1所示）。

圖1 ??發(fā)房上蓋結(jié)構(gòu)圖

3 工藝優(yōu)化

結(jié)合設(shè)計(jì)改進(jìn)的產(chǎn)品數(shù)字化模型，對發(fā)房上蓋工裝設(shè)計(jì)、零件制造、組件裝配以及裝配流程進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化。對相關(guān)零件采取有效措施解決鈑金零件回彈及鉚接變形造成發(fā)房安裝過程上蓋局部階差超差、不能完全滿足裝配要求的問題。

3.1 成型模具數(shù)字模型設(shè)計(jì)

成型模具設(shè)計(jì)依據(jù)產(chǎn)品數(shù)字化模型，整個流程的重點(diǎn)體現(xiàn)在設(shè)計(jì)過程中的優(yōu)化分析以及與產(chǎn)品和工藝設(shè)計(jì)的并行協(xié)同。首先根據(jù)產(chǎn)品模型、工藝方案以及工裝設(shè)計(jì)技術(shù)要求，建立工裝設(shè)計(jì)需求信息，進(jìn)行模具整體方案規(guī)劃，然后基于快速工裝建模、參數(shù)化模型庫、模塊化設(shè)計(jì)等技術(shù)，進(jìn)行工裝詳細(xì)方案設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)完成后對工裝設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析與仿真優(yōu)化，依據(jù)優(yōu)化結(jié)果對工裝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，確定合理的工藝參數(shù)，給出最佳方案，最后生成工裝模型，按模具數(shù)字化模型數(shù)控加工蒙皮和墊板成型拉伸模，作為零件制造和檢驗(yàn)依據(jù)，實(shí)現(xiàn)精確制造（如圖2所示）。

圖2 ??蒙皮拉伸模三維模型圖

3.2 隔框零件數(shù)控加工

按產(chǎn)品三維模型直接將零件幾何信息輸入數(shù)控設(shè)備加工隔框零件和測量。數(shù)控加工方式基本排除了加工過程中人為的干擾因素，對產(chǎn)品質(zhì)量起決定作用的是三維數(shù)據(jù)的精度，數(shù)控程編員只需選擇合理的加工方式和參數(shù)，實(shí)現(xiàn)加工精度與質(zhì)量的嚴(yán)格控制，減少加工誤差、優(yōu)化表面質(zhì)量，滿足使用壽命要求；保持生產(chǎn)狀態(tài)結(jié)構(gòu)尺寸、尺寸精度、表面狀態(tài)一致性和穩(wěn)定性，滿足使用性能要求。對于雙曲度零件，使用的卡尺、量規(guī)、樣板等常規(guī)檢測手段難以對零件實(shí)現(xiàn)有效檢測。依據(jù)產(chǎn)品三維模型采用數(shù)字化檢測手段，可有效保證零件加工精度。

3.3 裝配夾具數(shù)字化標(biāo)工協(xié)調(diào)

數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)工裝是包含產(chǎn)品協(xié)調(diào)部位幾何形狀和尺寸的數(shù)學(xué)模型，其利用產(chǎn)品3D數(shù)字化模型和統(tǒng)一的坐標(biāo)基準(zhǔn)系統(tǒng)作為設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和協(xié)調(diào)所有零件加工工裝、部段內(nèi)部裝配工裝和檢驗(yàn)工裝的數(shù)字量標(biāo)準(zhǔn)，是保證生產(chǎn)用工藝裝備之間與產(chǎn)品之間、產(chǎn)品部件之間的尺寸和形狀相協(xié)調(diào)的重要依據(jù)[3]。按數(shù)字化標(biāo)工采用激光跟蹤定位測量系統(tǒng)，新制上蓋裝配夾具并進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，數(shù)控加工內(nèi)外形卡板，以短艙9框及連接交點(diǎn)為基準(zhǔn)，以內(nèi)型卡板定位隔框、長桁和蒙皮，并設(shè)壓緊器，實(shí)現(xiàn)上蓋的準(zhǔn)確組合裝配。

3.4 裝配工藝流程優(yōu)化

部件裝配工藝設(shè)計(jì)是為部件裝配提供工藝技術(shù)上的準(zhǔn)備。貫穿于飛機(jī)設(shè)計(jì)、試制和批產(chǎn)的全過程。為保證部件的準(zhǔn)確度和互換協(xié)調(diào)要求，必須制定合理的工藝方法，確定協(xié)調(diào)路線和裝配過程中的工序。發(fā)房上蓋最終狀態(tài)是在涂密封膠后裝機(jī)與短艙9框連接，而在對合臺上與發(fā)房側(cè)蓋、前罩、下蓋和短艙9框?qū)蠙z查是在未涂密封膠情況下進(jìn)行的，兩者一致性存在差異。按協(xié)調(diào)性要求調(diào)整工藝流程，要求部件狀態(tài)下發(fā)動機(jī)整流罩在不涂膠的情況下在對合臺上進(jìn)行檢查，然后涂膠狀態(tài)下再進(jìn)行對合檢查，以便在部件狀態(tài)下發(fā)現(xiàn)差異并予以解決，最終滿足裝機(jī)要求。

3.5 驗(yàn)證結(jié)論

綜上所述，根據(jù)優(yōu)化后的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和裝配方案，結(jié)合新舟飛機(jī)發(fā)房上蓋生產(chǎn)過程存在的問題，對裝配單元進(jìn)行分析研究，優(yōu)化裝配工藝流程及工藝方法。按改進(jìn)后的數(shù)字化模型及技術(shù)條件要求新制零件，裝配生產(chǎn)發(fā)房上蓋試驗(yàn)件。在未涂膠和涂膠兩種狀態(tài)下分別在發(fā)動機(jī)罩對合臺上與發(fā)房側(cè)蓋、前罩、下蓋和短艙9框?qū)蠙z查制造符合性，階差均滿足要求。再將試驗(yàn)件進(jìn)行裝機(jī)驗(yàn)證，重點(diǎn)檢查發(fā)房上蓋與9框?qū)与A差及間隙，均滿足裝機(jī)要求。

4 結(jié)束語

發(fā)房上蓋應(yīng)用數(shù)字化模型裝配組合，可以明顯地增強(qiáng)對裝配過程和裝配質(zhì)量的控制能力，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。因此，在數(shù)字化裝配研究和應(yīng)用的基礎(chǔ)上，通過自主創(chuàng)新學(xué)習(xí)和與先進(jìn)企業(yè)合作，吸收和借鑒國內(nèi)外其它機(jī)型先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，跟蹤和掌握消化數(shù)字化設(shè)計(jì)制造先進(jìn)技術(shù)的精髓，在新舟系列飛機(jī)研制生產(chǎn)過程中，改變傳統(tǒng)模式，推廣應(yīng)用數(shù)字化裝配技術(shù)，盡快形成生產(chǎn)力，提高飛機(jī)裝配水平，全面提升新舟飛機(jī)產(chǎn)品的競爭能力。