【導讀】飛機是高度綜合的現(xiàn)代科學技術的體現(xiàn)。自從飛機發(fā)明100多年來，飛機作為航。要求，也同時對科學技術的發(fā)展起了促進、推動的作用。現(xiàn)代飛機具有外形氣動要求。十分緊湊、各類系統(tǒng)布置密集和零部件數(shù)量巨大等特點。以提高產品質量，縮短研制周期。設計，使零件、組合件的設計達到了前所未有的精度。其中，裝配型架的設計和制造。在整個生產工藝裝配中占很大的比重。提供了技術基礎。由于飛機結構不同于一般機械，在它的裝配過程中，不能單靠自身。形狀和尺寸的加工準確性來裝配出合格的部件，而須采用一些特殊的裝配工藝裝備。程中，用以控制起形狀幾何參數(shù)，且具體有定位功能。裝配型架設備是其中主要的一。型架的種類很多，按其裝配對象（工件）的連接方法劃分為：鉚接裝配型架、膠。接裝配型架、焊接裝配型架等。因此，垂直尾翼前緣的裝配就采用了本設計中垂直尾翼前緣裝配型架。工藝裝備，屬于鉚接裝配型架。通過裝配型架將工件安防

　　

【正文】 結構和工裝的并行設 計方法 飛機的工作環(huán)境比較惡劣，且其精度要求又越來越高。機身內部成件愈來愈多，結構越來越復雜，導致設計周期更長，設計更改更多，這必然影響工裝的設計、制造周期，延長了產品的研制周期。要縮短產品的上市周期，在結構設計的同時，就應開始工裝設計，即產品和工裝的并行設計。由于工裝的設計依據(jù)來源于產品的數(shù)據(jù)。要在最終產品數(shù)據(jù)還未確定的情況下進行工裝設計，工裝的部分結構必須獨立于產品數(shù)據(jù)。工裝和產品并行設計的一個基本思路是改變傳統(tǒng)的工裝結構，將其劃分為獨立于產品設計數(shù)據(jù)或只需要基本數(shù)據(jù)的標準結構和依賴于最終產品數(shù)據(jù)的專用 結構件兩部分。裝配型架的標準結構部分主要有立柱、底座、輔助支撐等，標準結構尺寸相對較大，需用專用大型加工設備，制造周期長。專用部分主要有刻度板、接頭定位件等，專用件一般尺寸較小，設計、加工制造周期短，不需要專門的大型專用設備。因此，在產品設計的初期就可以進行工裝標準結構件的設計制造，當產品最終版本發(fā)放后，只需設計制造專用結構就可以進行裝配了。 2． 裝配型架的柔性設計方法 柔性裝配工裝是基于產品數(shù)字量尺寸協(xié)調體系的、可重組的模塊化、自動化裝配工裝系統(tǒng)，其目的是免除設計和制造各種產品 (如飛機壁板、翼梁等 )裝配專 用的傳統(tǒng)裝配型架、夾具，從而降低工裝制造成本，縮短工裝準備周期，減少生產用地，同時大幅度提高裝配生產率。提高產品工藝裝備“柔性”的方式有兩種，一種是拼裝型架方式，用標準化、系列化的型架元件來拼裝型架 。另一種是可卸定位件方 式，即型架骨架基本不變，而分布于骨架上的定位器全部做成可拆卸的，這樣，當生產任務發(fā)生變化時，只需要更換行動定位器即可。柔性裝配工裝技術在國外飛機制造中體現(xiàn)的特某型機垂直尾翼前緣組合型架的設計 31 別明顯，典型的應用有空客飛機機翼壁板柔性裝配工裝、水平安定面升降舵柔性裝配工裝、機身柔性裝配工裝和總裝用的柔性對接工裝等。 飛機的研制 型號改型多，更新速度快，型架大 .裝配型架相應就非常多，淘汰速度快，占地面積大。傳統(tǒng)裝配工裝采用剛性結構，一套型架只能裝配一個組合件或部件。柔性裝配型架可以裝配不同產品，能夠減少型架數(shù)量，從而減少工裝制造周期和費用，減少生產用地。柔性裝配技術在國外大型航空企業(yè)已經普遍采用，國外飛機制造技術的發(fā)展表明，采用柔性裝配是縮短生產準備周期，降低生產成本的有效途徑。柔性設計的基本思想是在型架中采用可以快速調整的機構，以滿足不同裝配對象的裝配要求。一般型架有數(shù)個立柱，每個立柱上有很多定位件。型架上的立柱和定位件甚至底座都 是可以調整的。柔性裝配型架采用確定裝配設計方法可以縮短型架的制造周期，同時采用內定位的裝配方法又可以簡化型架。 3． 裝配型架的內定位裝配設計方法 在剛性較好的骨架零件 (或組合件 )上預先制出坐標定位孔，裝配時在裝配型架(或裝配夾具 )中以骨架零件上的坐標定位孔按相應定位器進行定位，即內定位裝配方法。主旨是以孔代替外形作為定位基準，用簡單的定位孔定位件代替外形卡板 ， 型架不采用或少采用外形卡板或包絡板，這種裝配方法所用的裝配型架結構比較簡單，制造費用低，裝配時工作開敞性好。傳統(tǒng)的裝配型架均是以骨架外形為基準進行設 計，裝配型架采用的外卡板定位骨架外形和夾緊蒙皮，從而又要求卡板帶蒙皮的外形，外卡板存在下述缺點 :第一是 卡 板尺寸大，重量重，型架骨架粗大、復雜、笨重 。第二是型架開敞性差 。第三是卡板制造工作量大 。第四是卡板需開啟，型架實際占地面積較大 。第五是對大型部件，可開啟的卡板，影響型架工作梯的安裝 。第六是型架制造成本高。采用內定位裝配方法，裝配型架結構設計與傳統(tǒng)的型架設計相比有兩大改變 :一種是大量采用孔定位件。在剛性好的結構件上，直接利用結構孔定位或者事先在結構件上留取工藝孔。另一種是采用多支點可調支撐。裝配型架在設計時 采用多支點可調的支撐形式，以便將地基的不均勻變形對裝配型架精度的影響限制在局部范圍內。這是一種“以動制動”的制約方式，型架結構也變得輕巧，焊接框架的截面尺寸普遍減小。另外，采用多支點可調支撐給吊裝、搬運帶來很大的方便。采用內定位裝配方法時，以骨架上的工藝孔為基準裝配，準確定位骨架，在剛性骨架準確定位連接后，覆蓋蒙皮壁板，就可以保證外形的準確，對外形卡板的應用可大量減少。這樣可極大地簡化工裝，最大限度的減少工裝的品種和數(shù)量，減少 工 裝設計工作量，降低工裝制造成本，縮短生產準備周期，并使得飛機裝配的施工通路開敞， 從而提高工藝制造工作的效率，某型機垂直尾翼前緣組合型架的設計 32 以贏得寶貴的研制周期。某公司轉包產品均采用內定位方法，主要是用孔定位代替外形定位 (即用簡單的定位孔定位件代替外卡板 )和用內形定位代替外形定位 (即采用內形 板定位件代替外卡板 )。如波音垂尾裝配時垂尾總裝型架結構比較簡單，前梁組合件以型架上垂尾接頭定位器、梁腹板定位孔定位件定位 。后梁組合件以型架上后梁接頭定位器、方向舵懸掛支臂接頭定位器定位，以外形壓緊件壓緊 。根肋靠前、后梁零件面和定位孔定位件進行定位 。翼尖斜肋處設定位板，以兩個定位孔和肋前緣處局部外形定位。還有法航 340翼盒裝配型架也 是采用了內定位的形式。內定位的裝配方法大大的縮短了研制周期和簡化了工裝。 4． 裝配型架的數(shù)字化設計方法 對于裝配工裝的設計，要進行產品與產品、產品與工裝、工裝與工裝之間靜動態(tài)干涉檢查。對于裝配型架的設計要考慮工件的出架方式。由于零部件形狀和工裝都是空間三維形狀。在進行干涉檢查過程中，工藝人員很難想象這些三維空間的兒何體之間的相互位置關系，干涉現(xiàn)象是減少設計更改的關鍵，傳統(tǒng)的設計方法對此是無能為力的。利用數(shù)字化設計，可以根據(jù)產品外形和內部結構數(shù)字化模型，利用數(shù)字化預裝配技術在計算機上進行產品造型和裝配的全過 程，達到零件加工前就能進行配合檢查，可以檢查工件的干涉和配合不協(xié)調的情況，降低由于工程錯誤和返工等造成的設計更改成本。 裝配型架的 數(shù)字化包括型架的數(shù)字化設計、數(shù)字化制造和數(shù)字化檢測。型架的數(shù)字化設計是指在三維環(huán)境下，進行型架結構件的零組件設計和數(shù)字化預裝配設計。數(shù)字化制造是指應用數(shù)字化設計的工裝模型，采用數(shù)字化加工設備，對工裝的關鍵特征型面、互換協(xié)調交點等進行加工和裝配。數(shù)字化檢測是指采用數(shù)字化檢測設備對型架進行檢測。在 JSF項目的競爭中。某公司的數(shù)字化檢測技術就是其戰(zhàn)勝波音而獲勝的關鍵技術之一。采用型架數(shù)字 化設計制造，產品的外形和協(xié)調互換信息用數(shù)字量代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模擬量傳遞，采用數(shù)字化設備加工和裝配，利用數(shù)字化檢測設備進行檢測，保證飛機制造的外形和協(xié)調互換的要求。數(shù)字化設計制造技術的應用，使型架設計和制造過程發(fā)生了很大變化，三維數(shù)字量取代了模擬量傳遞的協(xié)調方法，取消了樣板、樣件，縮短了裝配型架的制造周期。 5． 裝配型架的模塊化設計方法 型架的模塊化設計即工裝設計的各種數(shù)據(jù)庫的建立和完善，模塊化設計對提高工裝設計效率是一條簡單而有效的途徑，包括標準件庫的建立和完善，有關工藝數(shù)據(jù)的建立， 工裝 典型結構庫的開發(fā)等等。另 外，針對不同工裝開發(fā)各種專用工裝設計 系統(tǒng)對 提高設計效率也是 非常 有效的。 某型機垂直尾翼前緣組合型架的設計 33 在數(shù)據(jù)庫的開發(fā)過程中，應充分考慮目前工裝設計的主流平臺，使不同的系統(tǒng)能夠互相無縫連接。工裝的模塊化設計首先應對目前工裝的典型結構進行分析總結，對一些標準結構進行預先加工制造，這樣當接到訂單后就能很快的調用數(shù)據(jù)庫中的模塊進行型架的設計，可以大大的縮短設計、制造周期。模塊建成后，可以省去很多繁瑣的計算等工作。 飛機裝配定位的簡化 長期以來，飛機結構件以鈑金件為主。 由于鈑金件的剛性小，在裝配過程中需采用大量的工藝裝備來保證飛機結構的 剛性。在現(xiàn)代飛機機構中，大量應用整體框，肋和梁 以及整體壁板，它們便于進行數(shù)控加 。例如，在某型號殲擊機的研制中，機翼機械加工結構件占總量的 90％以上。由于 機械加工結構件剛性好，精度高，與傳統(tǒng)飛機相比，生產準備工作發(fā)生了很大的變化。一般把傳統(tǒng)和現(xiàn)代這兩種類型的飛機區(qū)分為 “ 軟殼 ” 式和 “ 硬殼 ” 式飛機。 MD 一 90 屬 于 “ 半硬殼 ” 式飛機，新型戰(zhàn)斗機常是“硬殼”式飛機。新的“硬殼”式飛機結構產準備工作帶來了很多變化。 “ 軟殼 ” 式飛機結構以鈑金件為主，鉚接工作量大。在這種飛機結構中，工 藝分離面的合理劃分具有重要的技術，經濟 意義，而大量的鉚接結構又給工藝分離面帶來了多種可能。因此，合理的工藝分離面劃分一般要經過試制，批生產等幾個階段才能定型?！?硬殼 ” 式飛機結構主要以整體機械加工件為主，鉚接結構大幅度減小，工藝 分離面劃分得以簡化。鉚接結構的減少，使得劃分工藝分離面的選擇余地也很小。在某型號工程的裝配廠房中，已看不到框、梁、壁板的裝配夾具，所有的飛機裝配工藝裝備只有 10 余臺。 “ 硬殼 ” 式飛機的裝配定位主要采用孔系定位。一方面，由于機械加工結構 剛性好，型面加工精度高，結構性能好，便于采用孔系定位；另一方面，鉚接剛性增大，不再需要像在 “ 軟殼 ” 式飛機中那樣使用以外形卡板為主的定位方式。 工藝裝備結構和設計的改變 （ 1） 工藝裝備結構的改變 大量采用孔定位件。在剛性好的結構件上，直接利用結構孔定位。為了能夠使用 孔定位件，要事先在結構件上留取工藝孔。如果在結構件區(qū)域內無法或不允許留取工藝孔，則采取附加工藝凸臺的方法，待實現(xiàn)裝配后，再將工藝凸臺銑切掉。采用多支點可調支撐。在新機研制中，所有裝配工藝裝備均采用多支點可調的支撐形式，以某型機垂直尾翼前緣組合型架的設計 34 便將地基的不均勻變形對工藝裝備精度的影響限制在局部范圍內。這是一種“以動致靜 ” 的制約方式，型架結構也變得輕巧 ，焊接框架的截面尺寸普遍減小。另外，采用多支點可調支撐給吊裝 。搬 運帶來了很大的方便。 在 民機生產中則走向另一極端。裝配型架及其地基極牢固， 剛 性好。與之相應，整個廠房足封閉式空調，以防止溫差對飛機裝配的影響。例如，我國為波音 737— 700尾段，其裝配型架比我國軍機的型架要龐大和笨重很多。這主要是考慮這種機型一般要生產 20 余年，每月要達到 20 多架份，為了保證飛機制造的質量，這是必要的技術措施。 （ 2） 柔性裝配 工藝裝備 為了縮短生產準備周期 ， 向產品工藝裝備提出了 “ 柔性 ” 要 求。 同時，現(xiàn)代飛機制造業(yè)的系列化特點。使得 同類型飛機的工藝裝備基本相同 或 相似為實現(xiàn)產品工藝裝備的“柔性”提供了可能。提高產品工藝裝備“柔性”的方式目前有如下兩種。 拼裝 型架方式。用標準化 。 系列化的型架元件 來 拼 裝 型架 。當進行新型飛機研制時，仍然中用原來的型架元件來拼出新的工藝設備。早在 20 世紀 五六十年代，我國就用標準化的底座，立柱，支臂等來拼裝型架骨架；但這些元件均鑄鐵件，其結構粗笨，后來被較輕巧的焊接框架所取代．新型的拼裝型架很少采用鑄鐵件，多為高精度機械加工件，且拼出的工藝裝備結構輕巧。拼裝元件不僅用于構造型架骨架，而且也用于在梁上固定和轉接型架 定位器。 可卸定位件方式。 即型架骨架基本不變，而分布于骨架上的定位器全部 做 成可拆卸的。這樣，當生產任務發(fā)生變化時，只需 要 換新的定位器即可，從而可達到工藝裝備制造的快速反應。將型架定位器 做 成全部可 拆卸的，在我國 飛機生產中還不多見。從近幾年與國外進行能轉包生產中可以看到，英，美等國采用這種做法比較多，例如MD 一 80， MD 一 90 的大部 分工藝裝備都采用這種放式。而且，如果 二次換裝的定位器需 要在骨架結構上新增骨架元件來滿足定位器位 定的要求，那么 ，新增的骨架元件也做成可拆卸的。 建立 工藝裝備的三維數(shù)字模型 隨著 CAD／ CAM 技術的普遍應用， 以及飛機結構件采用整體機械加工工件為主的“ 硬殼 ” 式飛機的發(fā)展，飛機裝配工 藝裝備的設計將采用與飛機 產品同樣的設計方法和設計環(huán)境。首先建立工藝裝備的三維數(shù)字實體模型，進行飛機的裝配過程模擬。當滿足飛機裝配工藝要求后，在繪制生產用圖紙。 某型機垂直尾翼前緣組合型架的設計 35 工藝裝備制造的改進 在波音 777，波音 737— 700 等新型客機 以及我國的型號工程中，采用了一數(shù)字定義為主的協(xié)調手段。在工藝裝備元件上，與外形有關的型面均采用數(shù)控加工，與相對位置 (站位 )有關的尺寸有工藝裝備元件上 的坐標孔來確定。坐標孔也由數(shù)控加工 獲得。使用光學以前裝型架，并在部分型架安 裝中采用以電子經緯儀為代表的新一代CAT 光學工具系統(tǒng) (有人稱之為第三代安裝 技術 )。出于技術經濟因素上的考慮，仍 采用一定數(shù)量的標準工藝裝備和樣件，以保證工藝裝備之間的協(xié)調。在型號工程中以機身為例，前，中機身分 4 段對和型架沒有 完整的機身安裝樣件；用中，后機身對接平板，機翼，機身對接平板，主起落架量具等，來協(xié)調安裝型架上有關對接關系的交點定位件。在波音 737— 700 的尾段中，情況 是類似的，機身尾段與機身中斷之間用安裝平板進行協(xié)調，垂直尾翼，水平尾翼與村．身尾段之間用標準量規(guī) 進行協(xié)調。 由 此可知，在現(xiàn)代飛機制造中， 正 在逐 斬擺脫以實物模擬量傳遞且相互聯(lián)系的傳統(tǒng)型的制造方式，取而代之的是以三維數(shù)字量傳遞的并行獨立制造方式。 某型機垂直尾翼前緣組合型架的設計 36 5 結論 本次論文的課題是 “ 某 飛機垂 直 尾 翼 前緣 組合型架設計 ” ，在