高玉峰

（航空工業(yè)沈陽(yáng)飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司，遼寧沈陽(yáng) 110000）

國(guó)產(chǎn)裝配機(jī)在開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程中，首次提出了“以骨架形態(tài)作為開(kāi)發(fā)基準(zhǔn)”的裝配方法，此項(xiàng)方法的提出彌補(bǔ)了我國(guó)數(shù)十年技術(shù)開(kāi)發(fā)過(guò)程中原有裝配技術(shù)的缺陷。在原有的裝配技術(shù)中，我國(guó)一直沿用原蘇聯(lián)的“以裝配機(jī)外形與結(jié)構(gòu)為基準(zhǔn)”的開(kāi)發(fā)技術(shù)，但新技術(shù)的引進(jìn)，不僅解決了原有裝配技術(shù)在使用過(guò)程中存在的精度方面問(wèn)題，同時(shí)也為我國(guó)現(xiàn)代化裝配制造行業(yè)的發(fā)展提供了一個(gè)新的發(fā)展空間[1]。相比常規(guī)的裝配方法，無(wú)余量裝配是一種集成了數(shù)字化技術(shù)的裝配技術(shù)，其中涉及不同構(gòu)件的協(xié)調(diào)化處理、精準(zhǔn)度計(jì)算、容差均衡配比等內(nèi)容。目前，相關(guān)此方面的研究在我國(guó)仍屬于一個(gè)初步研究階段，與之相關(guān)的工程成果較為薄弱，無(wú)論是在技術(shù)使用層面，或是在質(zhì)量管理層面，均存在不同程度上的問(wèn)題。為了提高無(wú)余量裝配機(jī)在完成開(kāi)發(fā)投入使用后的質(zhì)量，技術(shù)單位對(duì)基于骨架法的裝配機(jī)翼形態(tài)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了分析，經(jīng)過(guò)綜合分析發(fā)現(xiàn)，此種機(jī)體結(jié)構(gòu)中，零構(gòu)件的質(zhì)量占比較高，在使用中的抗疲勞性能較強(qiáng)，整體壁板與外部形成一種氣動(dòng)結(jié)構(gòu)，并且，機(jī)體的連接部位較少，可承載較高的飛行任務(wù)量。為了實(shí)現(xiàn)將此種裝配式安裝技術(shù)推廣到市場(chǎng)應(yīng)用，本文將在原有技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合骨架法對(duì)其形態(tài)進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)一種針對(duì)無(wú)余量裝配機(jī)翼質(zhì)量的控制技術(shù)，以此種方式，為我國(guó)裝配制造行業(yè)的發(fā)展提供一個(gè)新的指示方向。

1 基于骨架法形態(tài)分析的無(wú)余量裝配機(jī)翼質(zhì)量控制技術(shù)

1.1 構(gòu)建無(wú)余量裝配機(jī)翼容差分析模型

為了落實(shí)對(duì)無(wú)余量裝配機(jī)翼在集成裝配過(guò)程中的質(zhì)量控制，需要在開(kāi)展相關(guān)研究前，進(jìn)行裝配機(jī)翼的容差分析。本章在開(kāi)展此方面的研究中，選擇以構(gòu)建容差分析模型作為基準(zhǔn)的方式，進(jìn)行裝配機(jī)翼容差的綜合分析。在此過(guò)程中，引進(jìn)B-rep 理念，將裝配機(jī)翼的邊界條件作為建模標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)裝配機(jī)翼的實(shí)體結(jié)構(gòu)，對(duì)實(shí)體構(gòu)造進(jìn)行高層次虛化[2]。并在完成對(duì)結(jié)構(gòu)的虛化處理后，建立虛化接口與前端的直接聯(lián)系，以此種方式，實(shí)現(xiàn)實(shí)體結(jié)構(gòu)與裝配機(jī)翼虛化結(jié)構(gòu)的對(duì)接，確保完成對(duì)其的裝配處理后，通過(guò)對(duì)連接效果的解讀，可實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)容差的分析。其中基于B-rep 理念的裝配機(jī)翼實(shí)體模型可以是一種名義上的實(shí)體，參照模板結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)信息的交互處理，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)模型參數(shù)的定義[3]。以此作為建模標(biāo)準(zhǔn)，可將容差分析模型劃分為四個(gè)主要節(jié)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)分別為容差數(shù)據(jù)生成節(jié)點(diǎn)，實(shí)體結(jié)構(gòu)基準(zhǔn)參考框架節(jié)點(diǎn)、實(shí)體與虛體結(jié)構(gòu)互聯(lián)節(jié)點(diǎn)、公差節(jié)點(diǎn)。四個(gè)節(jié)點(diǎn)在模型中對(duì)應(yīng)的參數(shù)可以表示為：ED、DRF、EL、D/T，對(duì)接模型中各個(gè)節(jié)點(diǎn)信息，生成對(duì)應(yīng)的裝配機(jī)翼容差分析模型。如圖1 所示。

圖1 無(wú)余量裝配機(jī)翼容差分析模型結(jié)構(gòu)

按照上述圖1 所示的結(jié)構(gòu)，完成對(duì)裝配機(jī)翼容差分析的建模，在此基礎(chǔ)上，基于CSG 結(jié)構(gòu)樹(shù)的原有特征，進(jìn)行機(jī)翼容差的分析。由于基于CSG 結(jié)構(gòu)樹(shù)的容差信息表達(dá)內(nèi)容中可能存在冗余信息，所有信息均在一個(gè)相同層面上，難以進(jìn)行裝配機(jī)翼容差分析過(guò)程中更高層次數(shù)據(jù)的描述[4]。因此，可定義此時(shí)裝配機(jī)翼實(shí)體結(jié)構(gòu)在終端表現(xiàn)為一個(gè)二維平面，通過(guò)面→邊關(guān)系的表達(dá)，進(jìn)行實(shí)體元素間基本關(guān)系構(gòu)成的描述。在進(jìn)行容差描述時(shí)，根據(jù)裝配式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在終端成像設(shè)備上進(jìn)行機(jī)體與機(jī)翼關(guān)系的表達(dá)，并根據(jù)表達(dá)過(guò)程中的缺失信息，進(jìn)行約束條件的設(shè)定，對(duì)應(yīng)的約束條件包括裝配機(jī)翼各個(gè)構(gòu)件單元銜接約束、尺寸約束、余量約束等。在掌握裝配過(guò)程中的約束條件后，結(jié)合實(shí)體結(jié)構(gòu)的信息模型，計(jì)算不同裝配構(gòu)件的尺寸鏈關(guān)系，按照此種方式，便可以得到一個(gè)針對(duì)無(wú)余量裝配機(jī)翼的標(biāo)準(zhǔn)容差分析結(jié)果。根據(jù)得到的結(jié)果，在基礎(chǔ)分析報(bào)告上進(jìn)行容差結(jié)果的協(xié)調(diào)化處理，將容差數(shù)據(jù)與構(gòu)建的實(shí)體裝配機(jī)翼模型進(jìn)行對(duì)接，通過(guò)容差信息的反饋渠道，便可以掌握容差分析結(jié)果是否有效。

1.2 基于骨架法形態(tài)分析的機(jī)翼結(jié)構(gòu)配準(zhǔn)

在完成對(duì)裝配機(jī)翼的容差分析后，引進(jìn)骨架法，對(duì)裝配機(jī)翼結(jié)構(gòu)進(jìn)行形態(tài)分析，并以此為標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行裝配機(jī)翼結(jié)構(gòu)的配準(zhǔn)。在此過(guò)程中的配準(zhǔn)流程為：將裝配機(jī)體的大梁結(jié)構(gòu)與翼肋結(jié)構(gòu)按照假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定位，在其上層張貼一層蒙皮或隔板，使用鋼板帶、橡皮繩或卡板等結(jié)構(gòu)，將定位的結(jié)構(gòu)與機(jī)體骨架結(jié)構(gòu)進(jìn)行銜接，再使用蒙皮或隔板，對(duì)銜接結(jié)構(gòu)進(jìn)行鉚接[5]。此種以裝配機(jī)翼骨架外形作為標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)配準(zhǔn)方法，在集成裝配過(guò)程中是存在一定誤差的，并且產(chǎn)生的誤差是“由內(nèi)向外”的，屬于一種累積產(chǎn)生的誤差。即在鉚接的第一層產(chǎn)生的誤差可能為0.01mm，但此種誤差倘若沒(méi)有及時(shí)進(jìn)行校正，會(huì)隨著裝配結(jié)構(gòu)進(jìn)行累積。在現(xiàn)有0.01mm 誤差的基礎(chǔ)上，繼續(xù)對(duì)裝配機(jī)翼骨架結(jié)構(gòu)進(jìn)行鉚接與綁定，累計(jì)的誤差便可以表示為0.01+0.01+…+0.01，最終產(chǎn)生的配準(zhǔn)誤差將映射到裝配機(jī)翼外形上。

通常情況下，裝配機(jī)翼的配準(zhǔn)誤差主要由下述四個(gè)方面導(dǎo)致，分別為制造裝配機(jī)翼構(gòu)件過(guò)程中外形誤差、裝配誤差、厚度匹配誤差、鉚接過(guò)程中由于貼合不緊密產(chǎn)生的誤差。以骨架法作為外形質(zhì)量分析的依據(jù)，進(jìn)行裝配機(jī)翼外部形態(tài)累計(jì)誤差的計(jì)算。計(jì)算公式如下：

公式（1）中：ΔH 表示為機(jī)翼結(jié)構(gòu)配準(zhǔn)過(guò)程中外部形態(tài)累計(jì)誤差；ΔS 表示為由于制造裝配機(jī)翼構(gòu)件產(chǎn)生的外形累計(jì)誤差；ΔA 表示為由于裝配行為造成的累計(jì)誤差；Δδ 表示為由于蒙皮或隔板厚度不均導(dǎo)致的累計(jì)誤差；ΔG 表示為蒙皮或隔板與裝配機(jī)翼結(jié)構(gòu)貼合不嚴(yán)密導(dǎo)致的累積誤差；C 表示為形變誤差；i 表示為形變點(diǎn)（對(duì)應(yīng)的取值為1～max）。

在完成上述相關(guān)計(jì)算后可知，裝配機(jī)翼結(jié)構(gòu)配準(zhǔn)誤差是由于多個(gè)因素共同誘發(fā)的，要在真正意義上實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)翼外形的配準(zhǔn)，應(yīng)當(dāng)合理地控制上述計(jì)算公式提出的多種誤差。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行ΔS、ΔA、Δδ、ΔG、C 等參數(shù)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，以此種方式，提高配準(zhǔn)的精度。但在此過(guò)程中應(yīng)當(dāng)注意的是，由于ΔG 導(dǎo)致的配準(zhǔn)誤差是無(wú)法避免的[6]。因此，可在進(jìn)行蒙皮或隔板與裝配機(jī)翼結(jié)構(gòu)貼合處理時(shí)，按照骨架分析法，對(duì)蒙皮或隔板的外形進(jìn)行綜合分析，根據(jù)對(duì)機(jī)型的定位，輔助使用撐桿結(jié)構(gòu)，將蒙皮或隔板盡量緊密地貼合在機(jī)翼上。并在有必要的情況下，使用補(bǔ)償構(gòu)件，將結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)接處理。相比常規(guī)的配準(zhǔn)方法，此種配準(zhǔn)方式產(chǎn)生的誤差是一種“由外向內(nèi)”的誤差，而此種累計(jì)誤差是可以通過(guò)增設(shè)補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的方式進(jìn)行消除與彌補(bǔ)的。

1.3 無(wú)余量裝配機(jī)翼余量裝配補(bǔ)償

在確保無(wú)余量裝配機(jī)翼的配準(zhǔn)精度與誤差可以得到預(yù)設(shè)要求后，可在裝配結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，采用余量補(bǔ)償?shù)姆绞剑M(jìn)一步提高裝配機(jī)翼的質(zhì)量。在此過(guò)程中應(yīng)明確，余量補(bǔ)償是裝配機(jī)翼中不可或缺的重要步驟，但增設(shè)此操作步驟會(huì)在一定程度上增加裝配工作的任務(wù)量，并在某種程度上延長(zhǎng)裝配機(jī)翼的工作周期。因此，需要在補(bǔ)償工作中，采取有效的措施，進(jìn)行給定準(zhǔn)確度的適配，并結(jié)合補(bǔ)償過(guò)程中的經(jīng)濟(jì)適應(yīng)性，進(jìn)行余量裝配補(bǔ)償[7]。同時(shí)，在補(bǔ)償時(shí)應(yīng)注意所有執(zhí)行的補(bǔ)償行為，不得影響到機(jī)翼的原有性能、不得出現(xiàn)增重、過(guò)度表面保護(hù)等問(wèn)題。需要在無(wú)余量裝配機(jī)翼補(bǔ)償處理時(shí)，選擇零件與裝配構(gòu)件處于交接狀態(tài)入手。例如，在裝配機(jī)翼的填角與翼盒的上部、下部連接壁板位置，預(yù)留13.0mm～18.0mm（精準(zhǔn)到15.0mm 為最佳）的余量，余量與翼箱上部、下部連接壁板進(jìn)行鉆孔連接處理。在裝配機(jī)翼的外翼前緣進(jìn)行下壁板連接，為選擇的蒙皮與隔板預(yù)留13.0mm～18.0mm 的余量。

在完成對(duì)補(bǔ)償余量的預(yù)留后，在裝配機(jī)翼III 與II 懸掛支架位置，進(jìn)行支臂的銜接，連接孔周?chē)枰A(yù)留1.0mm～3.0mm的余量。在此基礎(chǔ)上，協(xié)調(diào)基準(zhǔn)外形，對(duì)預(yù)留的余量進(jìn)行工藝補(bǔ)償，完成相關(guān)結(jié)構(gòu)的參數(shù)補(bǔ)償與處理后，進(jìn)行機(jī)翼實(shí)體結(jié)構(gòu)的三維虛化建模，進(jìn)行構(gòu)件的反比，只有構(gòu)件的實(shí)體結(jié)構(gòu)與預(yù)設(shè)建模骨架誤差控制在±0.05mm 范圍內(nèi)時(shí)，才能認(rèn)為預(yù)設(shè)的結(jié)構(gòu)符合無(wú)余量裝配機(jī)翼的質(zhì)量需求。綜合上述分析，完成基于骨架法形態(tài)分析的無(wú)余量裝配機(jī)翼質(zhì)量控制技術(shù)的設(shè)計(jì)與研究。

2 實(shí)例應(yīng)用分析

結(jié)合上述論述內(nèi)容，在引入骨架法形態(tài)分析的基礎(chǔ)上，針對(duì)無(wú)余量裝配機(jī)翼的質(zhì)量問(wèn)題，從理論角度提出了一種全新的控制技術(shù)。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證該控制技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的可行性以及應(yīng)用效果，本文選擇以某機(jī)翼生產(chǎn)廠加工生產(chǎn)的無(wú)余量裝配機(jī)翼作為研究對(duì)象，在對(duì)該機(jī)翼結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工和生產(chǎn)的過(guò)程中，引入本文上述質(zhì)量控制技術(shù)。

已知本文選擇的機(jī)翼結(jié)構(gòu)骨架外形需要通過(guò)A05 肋外形、A06 肋外形、A07 肋外形、A08 肋外形和A10 肋外形完成協(xié)調(diào)，在前端包含一個(gè)H7-1650-56 型號(hào)接齒板結(jié)構(gòu)，還包括中外翼襟翼艙、外翼副翼艙、襟翼、副翼等結(jié)構(gòu)。由于該機(jī)翼結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，因此采用以往質(zhì)量控制技術(shù)很難滿(mǎn)足其質(zhì)量控制精度要求，需要一種全新的控制技術(shù)應(yīng)用。將本文控制技術(shù)應(yīng)用到該機(jī)翼生產(chǎn)加工當(dāng)中，能夠針對(duì)不同部件、段件、板件、組合件等結(jié)構(gòu)對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行全面控制，并實(shí)現(xiàn)對(duì)各結(jié)構(gòu)上偏差、下偏差、余量等數(shù)據(jù)的展示，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)翼的質(zhì)量控制。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證該控制技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中的質(zhì)量控制精度，選擇將上述五個(gè)不同編號(hào)的肋外形結(jié)構(gòu)作為研究對(duì)象，通過(guò)人工增加數(shù)據(jù)誤差的方式，將其中A05 肋外形、A06 肋外形、A07 肋外形設(shè)置為存在結(jié)構(gòu)誤差的機(jī)翼構(gòu)件，利用本文質(zhì)量控制技術(shù)對(duì)其進(jìn)行測(cè)量控制，并以此判斷本文質(zhì)量控制技術(shù)是否能夠找出存在結(jié)構(gòu)誤差的機(jī)翼構(gòu)件。完成對(duì)機(jī)翼結(jié)構(gòu)參數(shù)的測(cè)量后，利用下述公式（2）計(jì)算得出各個(gè)結(jié)構(gòu)的誤差大小：

公式（2）中，σ 表示為機(jī)翼各個(gè)結(jié)構(gòu)的誤差大??；P 表示為通過(guò)本文提出的質(zhì)量控制技術(shù)測(cè)量得出的機(jī)翼結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)；P'表示為無(wú)余量裝配機(jī)翼設(shè)計(jì)圖紙中各結(jié)構(gòu)的尺寸數(shù)據(jù)。按照公式（2）計(jì)算得出各個(gè)機(jī)翼構(gòu)件結(jié)構(gòu)的誤差，并將上述操作流程得出的結(jié)果記錄，繪制成如表1 所示。

表1 本文質(zhì)量控制技術(shù)應(yīng)用效果分析

從表1 中得出的應(yīng)用結(jié)果可以看出，通過(guò)本文提出的質(zhì)量控制技術(shù)確定了存在結(jié)構(gòu)誤差的機(jī)翼構(gòu)件為A05 肋外形、A06肋外形、A07 肋外形構(gòu)件，并且分別針對(duì)其上偏差和下偏差給出了明確的數(shù)值。通過(guò)上述結(jié)果得出，本文質(zhì)量控制技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中準(zhǔn)確找出了本文上述設(shè)定的三個(gè)存在結(jié)構(gòu)誤差的機(jī)翼構(gòu)件，針對(duì)各個(gè)機(jī)翼構(gòu)件結(jié)構(gòu)誤差的測(cè)量精度能夠達(dá)到0.001mm，即構(gòu)件結(jié)構(gòu)誤差的測(cè)量精度能夠精確到小數(shù)點(diǎn)后三位，因此，可以認(rèn)為此項(xiàng)研究具有十分重要的意義。

在本文控制技術(shù)實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)上述操作確保最終生產(chǎn)出的機(jī)翼各個(gè)構(gòu)件的精度均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)時(shí)的各項(xiàng)精度要求，達(dá)到提高機(jī)翼整體加工生產(chǎn)質(zhì)量的應(yīng)用效果，為機(jī)翼生產(chǎn)企業(yè)提升整體生產(chǎn)加工質(zhì)量提供更加可靠的技術(shù)條件。

3 結(jié)論

本文結(jié)合骨架法的應(yīng)用，對(duì)裝配機(jī)翼形態(tài)進(jìn)行分析，以此為依據(jù)，設(shè)計(jì)一種針對(duì)無(wú)余量裝配機(jī)翼質(zhì)量的控制技術(shù)。并在完成設(shè)計(jì)后，采用實(shí)例應(yīng)用的方式證明了，設(shè)計(jì)的成果在實(shí)際應(yīng)用中，能夠在完成生產(chǎn)前對(duì)其進(jìn)行裝配補(bǔ)償，確保最終生產(chǎn)出的機(jī)翼各個(gè)構(gòu)件的精度均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)時(shí)的各項(xiàng)精度要求，從而達(dá)到提高機(jī)翼整體加工生產(chǎn)質(zhì)量的應(yīng)用效果。但相關(guān)裝配機(jī)翼的研究是一項(xiàng)較為漫長(zhǎng)的過(guò)程，僅通過(guò)此次實(shí)驗(yàn)便證明設(shè)計(jì)的技術(shù)具有一定效果，是不可行的。因此，還需要在后期的相關(guān)研究中，加大對(duì)質(zhì)量控制技術(shù)檢驗(yàn)的投入力度，只有通過(guò)多次實(shí)例檢驗(yàn)后，證明本文設(shè)計(jì)的技術(shù)在質(zhì)量控制方面的成功率超過(guò)99.0%，才能在后期將此項(xiàng)技術(shù)真正投入市場(chǎng)使用。