第二章 国内航空工艺装备现状
一 数字量协调方法
1 完全数字量协调
即CAD/CAM工作法,是以飞机结构外形数学模型为基础,以计算机、激光跟踪仪、数控加工技术、照相检验为主要手段进行测量安装,必要时采用加强架/板、增加ERS点等方法,来完成工艺装备的设计制造与协调,其依据是同一数学模型。
数字量协调的特点:
(1)减少了制造误差的积累,提高了协调准确度。
(2)减少了标准工装,缩短了生产准备周期并减少了库房占用面积
(3)提高了机械加工零件的生产效率和质量。
数字量协调方法对于外形、结构复杂、机加件多以及协调要求高的产品,更显此方法的优越性。对于数控设备重复定位精度、加工精度、刀具选择、编程人员及设备操作人员水平、数控(照相)检测手段等的要求也不可忽视。同时仅有工程数据还不足以支撑制造。这就需要制造数据集和检验数据集——通过专业技术人员把工艺设计信息、检验信息加入到工程数据集中去,形成一种衍生数据集。这是数字量协调的重要一环。
2 综合协调方法
数字量和模拟量协调方法的综合运用,充分发挥各自的优点。当协调公差小于0.1mm时,尽量选用模拟量协调。这就需要工程设计人员(飞机设计师、工装设计师、工艺设计师)对几何公差有正确深刻的理解和运用;需要工艺设计人员正确理解几何公差并进行容差分配,正确选择标准工艺装备和生产工艺装备;需要工装设计人员正确理解几何公差进行工装设计来满足工装制造工艺性、可靠性、经济性,进而满足飞机设计、制造需求。
二 设计基本要求
数字化工艺装备完全依据数学模型进行设计、制造、检验;其检验依据以数字量形式出现(如工具球坐标参数、形状参数等)。工艺装备基本结构形式与传统工艺装备无本质区别。大型工装应有永久性的光学工具定位球座和设置目标的定位孔,并记录工具球中心的三维空间理论坐标值及实测值。
三 数字化工艺装备
1 标准工艺装备
数字化标准工艺装备,也称数字化主工装或数字化标准工装(简称数字化标工),是包含并通过统一基准系统(坐标系、主尺寸表面、几何基准)和实体几何(几何形状、尺寸公差)反应飞机产品结构之间、工艺装备之间、飞机产品与工艺装备之间协调关系,并以数字量形式存在的三维数字化飞机产品或工艺装备几何定义模型,并作为设计、制造、检验所有飞机产品零部件加工工装、装配工装、检验工装的数字量标准。采用一致的几何形状尺寸与合理的公差分配,达到各要素间的互换协调。
1.1 数字化标工建立
数字化标工的设计就是数字标工在建立过程中包含的要求、提取的飞机几何信息。数字化标工设计应考虑以下内容:
(1)数字化标工应采用通用的计算机3D设计软件;
(2)数字化标工应包含所有与飞机理论外形有关的几何信息;
(3)数字化标工应包含所有与飞机基准有关的信息(如水平基准面、对称基准面、飞机坐标原点、中心线方向);
(4)数字化标工应包含所有飞机结构轴线信息(如梁轴线、长桁轴线、肋轴线);
(5)数字化标工应包含所有飞机关键控制信息(如发动机安装交点、机身机翼对接交点等);
(6)数字化标工应包含所有飞机水平测量点;
(7)数字化标工应包含需要控制的容差分配等工艺制造信息。
1.2 数字化标工标注
数字化标工的标注就是在三维环境下进行飞机各种几何信息的三维标注。
(1)以三维文字标注所有信息;
(2)以三维文字标注飞机关键控制的位置及坐标值;
(3)以三维文字标注飞机水平测量点位置及坐标值。
1.3 数字化标工对产品制造协调互换的益处
数字化标工在实际应用时,可以保证工装、零部件在几何形状及尺寸之间相互转换,并且借助自身所具备的技术手段,推动产品数字化建设,构建专门测量系统。数字化标工本质就是借助三维模型协调转换功能,为生产工艺装备及其定位器数字化协调设计及研发提供依据,保证不同产品及工艺装备之间可以相互协调,设计效果与实物之间并不存在任何差别。
2 装配工艺装备
2.1 装配工艺装备
2.1.1 整体式-焊接
骨架主要是由型材元件焊接而成。主要包括转动式、四支点式、三支点式、多支点可调式等。
图2.1 骨架支点形式
2.1.2 整体式-焊接工艺装备特点
优点:刚性好,准确度高。
缺点:灵活性差,适用面小;精度保证和校正困难。
2.1.3 整体式-组合
整体结构主要是由底座、立柱、支臂和梁等标准化元件组成。
图2.2 骨架支点形式
整体式-组合工艺装备特点
优点:标准化程度高,研制周期短、成本低,元件可重复利用。
缺点:标准件难以储备齐全,整体刚性差(采用间隙配合所致),破坏地基整体性(型架与地面要固定)。
2.1.4 底座式
在一个整体底座上固定其它骨架和定位夹紧元件,底座式多支点可调支撑。底座式工艺装备特点:
优点:降低对地基要求;通过定期检查消除地基变动的影响;搬动方便。
缺点:耗材。
2.1.5 分散式
不设整体骨架,各定位夹紧件固定在以地基为基础的分散骨架上。分散式工艺装备特点:
优点:节省材料(较组合式,省约50%);结构简化;空间开敞。
缺点:要求地基稳固;地基与工件膨胀系数差较整体式骨架与工件间的差值大,影响型架准确度。
2.2 对接工艺装备
2.2.1 立柱式结构
2.2.2 塔式结构
图2.3 立柱式结构
图2.4 塔式结构
2.2.3 塔柱混合式