李蒙江 樂(lè)淑玲 鄢自凱 余文軒

（航空工業(yè)昌河飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，江西 景德鎮(zhèn) 333000）

0 引言

隨著激光測(cè)量技術(shù)的迅速發(fā)展，飛機(jī)裝配工裝的制造方式已由模擬量傳遞裝配轉(zhuǎn)向數(shù)字化測(cè)量裝配。在飛機(jī)裝配工裝的設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以更多的采用工裝定位件對(duì)飛機(jī)裝配零件進(jìn)行定位，使飛機(jī)部件在鉚接過(guò)程中獲得更加精確的空間位置，以滿足對(duì)裝配精度的較高要求。因此，提高工裝定位件的安裝精度成為保證飛機(jī)裝配精度的關(guān)鍵。

目前，已開(kāi)展了關(guān)于飛機(jī)裝配的研究，該研究主要集中在飛機(jī)數(shù)字化、柔性化裝配技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀以及工裝數(shù)字化、柔性化制造的總體設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)驗(yàn)證等方面[1-5]，對(duì)工裝制造過(guò)程中定位件的安裝精度以及提高飛機(jī)裝配精度方面的報(bào)道相對(duì)較少。崔兆杰等[6]針對(duì)機(jī)身部件的裝配特點(diǎn)，確定柔性工裝的總體結(jié)構(gòu)為橋架式，并劃分了功能模塊。研究指出該調(diào)型方法可以輔助橋架式柔性工裝穩(wěn)定、可靠地完成調(diào)型運(yùn)動(dòng)。王巍等[7]對(duì)柔性工裝的調(diào)裝技術(shù)進(jìn)行了研究，通過(guò)應(yīng)用數(shù)字化測(cè)量設(shè)備規(guī)劃與仿真技術(shù)對(duì)坐標(biāo)系擬合的原理與算法進(jìn)行了研究和分析。張連環(huán)[8]研究了數(shù)字化測(cè)量技術(shù)在飛機(jī)裝配中的應(yīng)用，并對(duì)其發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，指出現(xiàn)階段數(shù)字化測(cè)量水平的不足。

為此，該文從工裝定位件的調(diào)裝方式入手，重點(diǎn)分析了測(cè)量點(diǎn)的公差取值對(duì)定位件調(diào)裝精度的影響，優(yōu)化了測(cè)量點(diǎn)公差取值的設(shè)計(jì)參數(shù)，為提高飛機(jī)部件在工裝中的裝配精度提供一定的理論依據(jù)。

1 卡板定位件的調(diào)裝

卡板定位件是比較特殊的一類定位件，其特點(diǎn)是在外形零件鉚接過(guò)程中，不僅具有定位功能，還起到壓緊零件的作用。

圖1 為卡板定位件的典型零件示意圖，圖中型面部分為卡板定位件的工作面，卡板定位件的安裝過(guò)程實(shí)際上是對(duì)其型面進(jìn)行定位，使其在工裝中處于正確的空間位置。

圖1 卡板定位件的調(diào)裝狀態(tài)示意圖

在調(diào)裝卡板定位件時(shí)，通常在卡板型面的最大輪廓面處設(shè)置3 個(gè)OTP孔，并將這3 個(gè)測(cè)量孔同時(shí)設(shè)為數(shù)控加工基準(zhǔn)孔，在型面的加工過(guò)程中須以這3 個(gè)測(cè)量孔作為數(shù)控加工基準(zhǔn)，保證型面加工完成后與OTP測(cè)量孔在尺寸上存在協(xié)調(diào)關(guān)系。將對(duì)型面的調(diào)裝轉(zhuǎn)化為對(duì)3 個(gè)OTP測(cè)量點(diǎn)的調(diào)裝，既能簡(jiǎn)化卡板定位件的調(diào)裝方式，又能提高卡板定位件的安裝精度。在飛機(jī)蒙皮件的定位過(guò)程中，可以保證蒙皮件具有可靠的氣動(dòng)外形，降低機(jī)身部件對(duì)接時(shí)在蒙皮對(duì)接面處產(chǎn)生對(duì)接階差。

2 接頭定位件的調(diào)裝

接頭定位件起著協(xié)調(diào)飛機(jī)部件對(duì)接的重要作用。接頭定位件在工裝中的安裝精度直接決定了飛機(jī)部件對(duì)接時(shí)的裝配精度。

圖2 為叉耳式接頭定位件的典型零件示意圖。由圖2 可知，OTP的測(cè)量公差為±0.1 mm，接頭厚度尺寸B的公差為±0.1 mm。在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，OTP01 和OTP02 是存在先后關(guān)系的。假設(shè)OTP01 為先測(cè)量的點(diǎn)，OTP02 為后測(cè)量的點(diǎn)，那么，先測(cè)點(diǎn)OTP01 的實(shí)測(cè)值會(huì)對(duì)后測(cè)點(diǎn)OTP02 的測(cè)量值產(chǎn)生一定的影響。當(dāng)接頭厚度尺寸取極值 時(shí)，由于OTP01 先進(jìn)行測(cè)量，可以不受接頭厚度尺寸B的影響，能夠順利調(diào)裝到位；但當(dāng)調(diào)裝OTP02 時(shí)，其測(cè)量值會(huì)受到接頭厚度尺寸B和OTP01 實(shí)測(cè)值的共同影響，不一定能順利調(diào)裝到位。因?yàn)楫?dāng)接頭厚度尺寸為（B+0.1）mm 且OTP01的實(shí)測(cè)值為（H-0.1）mm（H為激光測(cè)量時(shí)光學(xué)工具球相對(duì)于零件測(cè)量面的偏置量）時(shí)，OTP02 的實(shí)測(cè)值應(yīng)為（-B-H-0.2）mm，已不處于理論公差帶（-B-H±0.1）mm 內(nèi)；同理可知，當(dāng)接頭厚度尺寸為（B-0.1）mm 且OTP01 的實(shí)測(cè)值為（H+0.1）mm 時(shí)，OTP02 的實(shí)測(cè)值應(yīng)為（-B-H+0.2）mm，同樣不處于理論公差帶（-B-H±0.1）mm 內(nèi)，因此OTP02無(wú)法調(diào)裝到位。出現(xiàn)上述情況的原因是接頭厚度尺寸B的公差設(shè)計(jì)不合理，尺寸B在公差取值時(shí)，應(yīng)當(dāng)保證OTP01 的實(shí)測(cè)值取其公差帶內(nèi)任意值時(shí)，OTP02 的實(shí)測(cè)值均能處于其理論測(cè)量值的公差帶范圍內(nèi)。

圖2 接頭定位件的調(diào)裝狀態(tài)示意圖

此外，還需注意的是槽寬尺寸A相對(duì)于接頭厚度尺寸B的位置關(guān)系，通常設(shè)計(jì)者會(huì)忽略尺寸A與中心線的位置關(guān)系，只限定槽寬尺寸A的公差，而未對(duì)尺寸A的位置加以公差約束，這樣會(huì)導(dǎo)致“U”形槽加工后位置不居中，即接頭兩側(cè)壁厚不一致，使接頭兩側(cè)定位面到測(cè)量面的位置尺寸產(chǎn)生偏差，對(duì)測(cè)量結(jié)果會(huì)產(chǎn)生一定程度的影響，即使將接頭外側(cè)面尺寸B調(diào)裝到理論位置，也會(huì)由于尺寸A與尺寸B的位置尺寸不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致接頭尺寸A不在理論位置上，影響飛機(jī)部件對(duì)接時(shí)接頭定位面的定位精度。

3 平板定位件的調(diào)裝

圖3 為尾梁對(duì)接平板的典型結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3 所示，平板上起定位作用的部分為定位孔和定位面，OTP01～04 為調(diào)裝測(cè)量孔，測(cè)量孔與定位孔之間存在尺寸協(xié)調(diào)關(guān)系，通過(guò)調(diào)裝4 個(gè)測(cè)量孔的空間位置來(lái)保證平面上定位孔和定位面在工裝中的位置正確。

圖3 平板定位件的典型結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 為尾梁對(duì)接平板定位尾梁筒體狀態(tài)示意圖。由圖4可知，尾梁筒體的鉚接狀態(tài)由尾梁對(duì)接平板和尾斜梁對(duì)接接頭共同控制。假設(shè)工裝上尾斜梁對(duì)接接頭定位件的安裝精度為理想狀態(tài)，那么可以理解為，在鉚裝過(guò)程中，尾梁筒體的軸線不會(huì)隨平板調(diào)裝狀態(tài)的改變而改變，在平板的實(shí)際調(diào)裝狀態(tài)與理論狀態(tài)發(fā)生較小偏差時(shí)，偏差角度對(duì)平板定位孔的影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其對(duì)平板定位面的影響。因?yàn)楫?dāng)平板調(diào)裝狀態(tài)出現(xiàn)較小的偏差時(shí)，由于平板厚度尺寸相對(duì)較小，定位孔的軸線在平板厚度方向上的偏差量非常小。因此，平板調(diào)裝過(guò)程中產(chǎn)生的微小偏差只對(duì)平板定位面有一定影響，而對(duì)平板定位孔的影響可以忽略不計(jì)。為此，在實(shí)際調(diào)裝過(guò)程中，可以忽略調(diào)裝偏差對(duì)定位孔的影響，只討論調(diào)裝偏差對(duì)定位面的影響，進(jìn)而說(shuō)明平板定位面的調(diào)裝偏差對(duì)尾梁與機(jī)身對(duì)接造成的影響。

圖4 尾梁對(duì)接平板定位狀態(tài)示意圖

圖5 為尾梁對(duì)接平板中心軸線定位件的調(diào)裝狀態(tài)示意圖。在平板的調(diào)裝過(guò)程中，OTP測(cè)量值是有公差范圍的（一般為±0.1 mm），只要實(shí)際測(cè)量值處于理論測(cè)量值的公差范圍內(nèi)即為測(cè)量合格，因此，平板調(diào)裝過(guò)程中必然會(huì)形成圖5所示的α角。當(dāng)平板按實(shí)測(cè)值OTP01′和OTP02′進(jìn)行調(diào)裝時(shí)（這里只討論在X、Z平面內(nèi)OTP實(shí)測(cè)值對(duì)平板定位面的影響，同理可得其在X、Y平面內(nèi)的影響），在此狀態(tài)下進(jìn)行尾梁筒體的鉚裝，尾梁1 腹板與平板定位面貼合并由平板上定位孔進(jìn)行固定，尾梁末端靠工裝上尾斜梁定位接頭進(jìn)行定位（這里默認(rèn)工裝定位接頭對(duì)尾梁末端的定位為理想狀態(tài)，只討論對(duì)接平板對(duì)尾梁筒體鉚裝產(chǎn)生的影響）。由圖4 可知，當(dāng)平板定位面的調(diào)裝發(fā)生較小偏差時(shí)，調(diào)裝偏差對(duì)平板定位孔的影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于對(duì)定位面的影響。因此，可以認(rèn)為尾梁筒體軸線在鉚裝過(guò)程中幾乎不受平板調(diào)裝偏差的影響，仍然與理論軸線重合；但尾梁1 框腹板的對(duì)接面會(huì)隨平板定位面的實(shí)際調(diào)裝狀態(tài)的變化而變化。也就是說(shuō)，尾梁筒體鉚裝成型后筒體軸線與尾梁1 框腹板的對(duì)接面之間會(huì)形成α角。

圖5 平板實(shí)測(cè)狀態(tài)與筒體鉚裝狀態(tài)的位置變化示意圖

當(dāng)尾梁與機(jī)身對(duì)接時(shí)，尾梁筒體軸線會(huì)被抬高α角，即尾梁末端被抬高了H值，H值可由式（1）計(jì)算所得。當(dāng)H值超過(guò)尾梁裝配允許的最大偏差值時(shí)，不僅會(huì)影響尾梁上傳動(dòng)件的安裝，還會(huì)影響斜梁與尾梁的對(duì)接精度。為此，在尾梁段件的鉚裝過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制H值的偏差，保證其最大偏差不得超過(guò)尾梁裝配允許的公差范圍。

式中：S為OTP實(shí)測(cè)值與理論值在X方向上的偏差值；L為尾梁筒體長(zhǎng)度；A為OTP01 至OTP02 之間的距離。

為了避免尾梁與機(jī)身對(duì)接后出現(xiàn)H值偏差過(guò)大的現(xiàn)象，在工裝定位件調(diào)裝公差的設(shè)計(jì)上，須應(yīng)用式（1）對(duì)S值進(jìn)行理論驗(yàn)算，當(dāng)H值取極值時(shí)，得出S值的最大允許偏差，從而給定OTP測(cè)量值的公差取值范圍，使OTP測(cè)量公差的設(shè)定更加科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)，而不是一味地依靠工廠生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)將OTP測(cè)量值同意設(shè)定為±0.1 mm。

4 結(jié)語(yǔ)

工裝定位件的調(diào)裝精度對(duì)飛機(jī)部件的裝配精度起著至關(guān)重要的影響。1）調(diào)裝卡板定位件時(shí)，需要先保證測(cè)量孔與型面的尺寸協(xié)調(diào)性，將對(duì)卡板型面的調(diào)裝轉(zhuǎn)化為對(duì)測(cè)量孔的調(diào)裝，通過(guò)保證測(cè)量孔的調(diào)裝位置來(lái)保證型面的位置正確，避免直接調(diào)裝型面，簡(jiǎn)化調(diào)裝過(guò)程。2）調(diào)裝叉耳式接頭定位件時(shí)，應(yīng)充分考慮接頭定位件測(cè)量面的尺寸公差與其測(cè)量值的調(diào)裝公差的設(shè)計(jì)原則，須要求測(cè)量面的厚度尺寸公差在測(cè)量值公差允許的最小范圍內(nèi)，保證OTP01 的實(shí)測(cè)值取其公差帶內(nèi)的任意值時(shí)，后側(cè)點(diǎn)OTP02 的實(shí)測(cè)值均能處于其理論測(cè)量值公差帶范圍內(nèi)，同時(shí)還需考慮接頭定位面與測(cè)量面的尺寸協(xié)調(diào)性。3）調(diào)裝對(duì)接平板定位件時(shí)，需要嚴(yán)格控制測(cè)量值的調(diào)裝偏差，當(dāng)測(cè)量公差取極值時(shí)，H值仍能處于尾梁裝配允許的最大偏差范圍內(nèi)，保證尾梁與機(jī)身對(duì)接姿態(tài)正確以及尾傳動(dòng)件的安裝位置正確。

為了充分發(fā)揮工裝定位件在飛機(jī)裝配過(guò)程中的精確定位作用，應(yīng)根據(jù)不同類型定位件的定位方式和測(cè)量偏差對(duì)其定位精度的影響，合理的分配測(cè)量公差的取值以及測(cè)量孔到定位面的公差精度，以保證飛機(jī)部件鉚接裝配尺寸的協(xié)調(diào)性。