飛機裝配型架模塊化設計技術分析范文
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《國防制造技術雜志》2016年第3期
摘要：
隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，科學技術水平的日益提高，我國制造業(yè)發(fā)展水平也日益凸出，其中，飛機制造水平已經(jīng)取得了長足的發(fā)展。飛機裝配型架作為飛機制造水平的關鍵指標，在整個飛機研制過程中起著相當重要的作用，其設計結(jié)構(gòu)決定了工裝制造的周期與費用，進而影響著飛機研制的成本和周期，同時也對產(chǎn)品裝配的準確度與協(xié)調(diào)性起著決定性作用，最終影響飛機制造的整體質(zhì)量。
關鍵詞：
飛機裝配主要是通過將產(chǎn)品零件結(jié)合相關的設計要求和技術指標進行組裝，最終形成裝配件和整機的過程，其產(chǎn)品尺寸、零件數(shù)量及形狀復雜程度等影響著飛機的制造工作量，所以對于飛機裝配技術的提高越來越得到飛機制造商的廣泛關注。由于飛機零件制造和裝配精度都有很高的要求，制造和裝配過程中的難度很大，裝配型架作為飛機裝配必要的工藝裝備，在保證飛機質(zhì)量穩(wěn)定性和可靠性等方面需要進行嚴格的要求，飛機制造質(zhì)量與裝配型架的設計和制造過程息息相關，而且是把握產(chǎn)品質(zhì)量的唯一尺度，直接影響著產(chǎn)品制造和裝配的精度，所以本文對飛機裝配型架模塊化設計相關技術的研究分析具有重要的現(xiàn)實意義[1][2]。
1傳統(tǒng)型架的設計方法
對于傳統(tǒng)型架的設計方法，通常可以分為設計前期準備工作、方案設計、詳細設計和最終設計等四個階段。工裝設計人員還應結(jié)合以往的設計經(jīng)驗和具體要求對工裝的強度和剛度進行校核，在保證工裝功能的同時還要盡可能的節(jié)約材料，確保產(chǎn)品裝配的協(xié)調(diào)性。對于前期準備工作，主要包括熟悉產(chǎn)品圖紙等設計資料，了解工藝方案和裝配方案，考慮是否采用標準工裝和模線樣板作為協(xié)調(diào)依據(jù)，以保證產(chǎn)品的制造精度和互換協(xié)調(diào)性。在裝配型架結(jié)構(gòu)方面通常采用剛性結(jié)構(gòu)，每套型架只用于一個裝配對象，所以飛機制造過程中裝配型架的數(shù)量很多。型架上安裝有多個定位器，以保證產(chǎn)品裝配的精度和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。通常而言，飛機的研制周期需要占飛機研制周期的一半以上，因而，裝配型架對縮短整個產(chǎn)品的研制周期具有重要意義[3]。在產(chǎn)品設計完成后，都希望飛機生產(chǎn)用工裝能夠快速投入使用，而對于型架的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，又需要標準樣件和模線樣板協(xié)調(diào)。傳統(tǒng)的型架設計通常在產(chǎn)品設計完成后才進行，采用串行的設計制造方法，大大延長了整個工裝的研制周期。
2現(xiàn)代裝配型架設計的新技術
隨著科技的快速發(fā)展，市場競爭的日益激烈，各國在航空制造領域都取得了快速的發(fā)展，傳統(tǒng)的型架設計方法在成本、質(zhì)量、周期、環(huán)保、服務等方面已經(jīng)無法滿足市場發(fā)展的要求，設計師通過不斷研究新的設計方法和工具來提高工裝技術水平，減少制造周期和成本，其中，并行設計方法使得產(chǎn)品設計的工藝性得到了很大提高，也大大縮短了工裝設計周期，智能設計系統(tǒng)和有限元分析使零件和組合件的設計達到了很高的精度，優(yōu)化了裝配型架的結(jié)構(gòu)。
2.1飛機結(jié)構(gòu)和工裝的并行設計方法
工裝和產(chǎn)品并行設計的一個基本思路是改變傳統(tǒng)的工裝結(jié)構(gòu)，將其劃分為獨立于產(chǎn)品設計數(shù)據(jù)或只需要基本數(shù)據(jù)的標準結(jié)構(gòu)和依賴于最終產(chǎn)品數(shù)據(jù)的專用結(jié)構(gòu)兩部分[4]。裝配型架的標準結(jié)構(gòu)部分主要有立柱、底座、輔助支撐等，標準結(jié)構(gòu)尺寸相對較大，需用專用大型加工設備，制造周期長。專用部分主要有卡板、接頭定位件等，專用件一般尺寸較小，設計、制造周期短，不需要專門的大型專用設備。因此，在產(chǎn)品設計的初期就可以進行工裝標準結(jié)構(gòu)件的設計與制造，當產(chǎn)品最終版本發(fā)放后，只需設計制造專用結(jié)構(gòu)就可以進行型架裝配了。
2.2裝配型架的柔性設計方法
柔性裝配工裝是基于產(chǎn)品數(shù)字量尺寸協(xié)調(diào)體系的、可重組的模塊化、自動化裝配工裝系統(tǒng)。提高工藝裝備“柔性”的方式有三種，一是拼裝型架方式，用標準化、系列化的型架元件來拼裝型架，實現(xiàn)工裝快速設計與制造；二是可卸定位件方式，即型架骨架基本不變，而分布于骨架上的定位器做成可拆卸的，當產(chǎn)品對象發(fā)生變化時，只需要更換定位器；三是通過數(shù)字化技術、模塊化結(jié)構(gòu)和自動控制技術，使工裝具有快速重構(gòu)調(diào)整的能力，一臺工裝可以用于多個產(chǎn)品的裝配[5]。柔性工裝的快速重構(gòu)功能使飛機工裝的設計制造等準備周期大大縮短，同時其“一架多用”的功能大幅減少工裝數(shù)量及占地面積，具有很好的經(jīng)濟效益。
2.3裝配型架的內(nèi)定位裝配設計方法
所謂內(nèi)定位裝配設計方法，指的是在剛性較好的骨架零件上預先制出坐標定位孔，裝配時在裝配型架中以骨架零件上的坐標定位孔按相應定位器進行定位的一種方法。裝配型架結(jié)構(gòu)設計可以大量采用孔定位件。在剛性好的結(jié)構(gòu)件上，直接利用結(jié)構(gòu)孔定位或者事先在結(jié)構(gòu)件上留取工藝孔。此外，型架的整體結(jié)構(gòu)可以采用多支點可調(diào)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(nèi)。這是一種“以動制動”的制約方式，型架結(jié)構(gòu)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(diào)支撐給吊裝、搬運帶來很大的方便。
2.4裝配型架的數(shù)字化設計方法
裝配型架的數(shù)字化包括數(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(jié)構(gòu)的零組件設計和數(shù)字化預裝配。數(shù)字化制造是應用數(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(diào)交點等進行加工和裝配。數(shù)字化檢測則是采用數(shù)字化測量設備對型架進行檢驗測量[6]。裝配工裝采用數(shù)字化設計，是依據(jù)產(chǎn)品外形數(shù)模和結(jié)構(gòu)模型，利用設計軟件在計算機上進行工裝三維模型的數(shù)字化定義，應用有限元軟件進行工裝剛度強度校核，應用仿真軟件對產(chǎn)品裝配過程進行模擬，從而避免工裝結(jié)構(gòu)剛性不足或剛性過剩，消除工裝結(jié)構(gòu)與產(chǎn)品的干涉以及裝配不協(xié)調(diào)問題。
2.5裝配型架的模塊化設計方法
型架的模塊化設計是基于工裝設計的各種數(shù)據(jù)庫的建立和完善，包括標準件庫，工藝數(shù)據(jù)庫，工裝典型結(jié)構(gòu)庫，參數(shù)化模型等。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。此外，針對所使用的設計軟件開發(fā)輔助設計工具，將設計師從繁瑣的操作和重復勞動中解放出來，對提高設計效率也是非常有效的。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。
參考文獻:
[1]李慶利.飛機裝配型架快速設計技術研究與實現(xiàn)[D].南京:南京航空航天大學,2012.
[2]劉平,魏瑩,邱燕平.現(xiàn)代飛機裝配型架設計新技術[J].洪都科技,2007(3):17-21.
[3]鄒仁珍.飛機裝配型架設計約束求解技術研究與實現(xiàn)[D].南京:南京航空航天大學,2009.
[4]叢培源.數(shù)字化測量技術在型架裝配中的應用研究[D].杭州:浙江大學,2015.
[5]張云華.飛機壁板裝配柔性工裝設計與優(yōu)化技術研究[D].沈陽:沈陽航空航天大學,2014.
[6]李汝鵬,安魯陵,張富官.飛機裝配型架有限元分析的參數(shù)化技術研究[J].中國制造業(yè)信息化,2009(5):49-52.
作者:李繼紅 單位:中航飛機西安飛機分公司
