第2章飛機制造中的互換協調 徐巖南京航空航天大學航空宇航制造工程系 飛行器制造技術基礎 2 本章內容 2 1飛機制造中的工藝特點 2 2飛機制造中的互換與協調 2 3飛機制造中保證協調的方法 2 4飛機模線樣板的概念 2 5模線樣板工作法 2 6數字化協調方法 3 2 1飛機制造中的工藝特點 1飛機產品的使用要求質量要求高結構不斷改進產量變化降低各項成本 4 2 1飛機制造中的工藝特點 2飛機產品結構特點構造復雜 零件多外形復雜 尺寸大精度要求高 剛度小 5 2 1飛機制造中的工藝特點 3飛機制造的工藝特點采用飛機制造行業特有的協調互換方法生產準備工作量大 周期長手工勞動量大零件加工方法多 裝配勞動工作量大 6 2 2飛機制造中的互換與協調 2 2 1互換性是指相互配合的飛機結構單元在分別制造后進行裝配或安裝時 除設計規定的調整外 不需選配和補充加工即能滿足所有幾何尺寸 形位參數和物理功能上的要求 互換性是產品相互配合部分的結構屬性 它指同名零 組 部件在幾何尺寸 形位參數和物理 機械性能各方面都能相互取代而具有的一致性 飛機制造的互換性的包括 幾何形狀互換性和物理功能互換性 互換性內容 互換性分類及含義 9 飛機制造中的互換性要求 1 氣動力外形的互換要求 組合件和部件本身的氣動力外形互換 組合件 部件與相鄰件相對位置技術要求任意機翼裝上飛機后 飛機的上反角 安裝角和后掠角等有關相對位置的幾何參數也應完全符合技術條件的要求 2 部件對接接頭的互換要求 對接配合部位的協調要求 對接處間隙要求 對接處切面外形吻合性要求 2 2 1互換性 10 互換性實例 某機中翼和外翼對接為例 對接要求包括 1 對接接頭叉耳間的配合要求和對接螺栓孔的同心度要求 2 對接處蒙皮對縫的間隙要求 3 對接處兩個部件端面的切面外形的吻合性的要求 4 兩個部件內各種導管 電纜等在對接面處連接的技術要求 11 2 2飛機制造中的互換與協調 2 2 2協調性是指兩個或多個相互配合或對接的飛機結構單元之間 飛機結構單元與它們的工藝裝備之間 成套的工藝裝備之間 配合尺寸和形狀的一致性程度 一致性程度越高 則其協調性越好 協調準確度越高 相配合的工件之間 其配合尺寸 形狀的一致性 協調性僅指幾何參數而言 12 2 2 2協調性 制造準確度 飛機零件 組合件或部件的實際尺寸與圖紙上所規定的名義尺寸相符合的程度 符合程度越高 則制造準確度越高 也就是說制造誤差小 協調準確度 兩個飛機零件 組合件或部件之間相配合部位的實際幾何形狀和尺寸相符合的程度 相符合的程度越高 則協調準確度越高 協調誤差越小 在飛機生產中 對協調的準確度的要求比對制造準確度的要求更高 13 2 2飛機制造中的互換與協調 2 2 3互換與協調的意義可以減少裝配和對接時的修配工作量 減少大量工時 縮短生產周期 降低生產成本 有利于組織批量生產 可避免出現由于強迫裝配產生的裝配變形 以及飛機結構內產生的裝配殘余應力和局部應力的集中 飛機零件 組合件或部件使用中被損壞后 能用備件迅速更換 不會由于局部的損壞而影響飛機的正常使用 從而延長飛機的使用壽命 互換的一定是協調的 但協調的并不一定是互換的 14 2 2飛機制造中的互換與協調 難點 1 外形復雜 尺寸大 飛機的骨架和蒙皮大多具有不規則的曲面形狀 大型運輸機C 5A飛機翼展68m 機身長75m 波音747機翼上一塊整體壁板長達34m 2 構造復雜 零件多 一架飛機僅殼體上的零件就有一萬五千至十萬件 不包括上百萬的標準件 某型轟炸機僅重要附件就有8100種 以及325臺電子電氣裝置 2400米液壓管路和長100公里左右的導線 3 精度要求高 剛度小 L 1011飛機的復雜曲面蒙皮壁板 最大尺寸2 5m 12m 成形誤差要求小于0 3mm 4 飛機制造過程中工藝流程長 所用工裝的種類和數量繁多 產生誤差的環節多 如何保證協調和互換 15 2 2飛機制造中的互換與協調 問題 在飛機結構設計方面 主要有結構設計不合理 工藝性差 在制造工藝方面 主要有裝配和協調方案制訂不合理 裝配單元劃分不合理 裝配和鉚接順序安排不當 保證協調 互換的方法不合理或不統一 工藝裝備的局部或整體剛性不足 結構設計不合理 制造超差等 在自然環境方面 主要有在飛機生產期內廠房內溫度變化所產生的熱膨脹誤差和地基緩慢下沉所引起的型架變形等 我國過去的飛機生產中 對這三個方面的影響因素 缺乏全面 深入 細致的分析研究 把保證飛機生產中互換 協調問題的注意力 主要集中在制造工藝一個方面 甚至只集中在制造工藝方面的協調路線設計一個環節上 16 2 2飛機制造中的互換與協調 飛機制造中出現了較多的不協調 不互換問題的主要部位有 設計分離面上叉耳對接和平面多孔對接部位的對接間隙 孔同軸度 孔距及外形階差的不協調 工藝分離面上各配合對接部位的不協調 同一部件內有長度協調性要求的各裝配件間 如機頭及機身各段件中的壁板 梁等的長度協調 長度或間距不協調 艙門 口蓋與機體相配合部位酌配合間隙 外形階差等的不協調 零件與零件及零件與裝配型架之間配合面和貼合面的不協調 17 2 3飛機制造中保證協調的方法 要使兩個相互配合的零件的同名尺寸相互協調 它們的尺寸傳遞過程之間就必然存在一定的聯系 如圖所示 零件A和零件B是要相互協調的 假定LA和LB是協調尺寸 則它們的形成經過多次尺寸傳遞 其中有的是兩個尺寸公共的環節 有的尺寸是兩個尺寸各自的環節 后者將產生兩個尺寸的協調誤差 AB 18 聯系因數K 1 m 1 n1 1 n2 1獨立制造原則 2 m 1 n1 1 n2 1相互聯系原則 3 m 1 n1 n2 1相互修配原則 m 尺寸傳遞中公共環節的數量 n1 n2 零件A B尺寸傳遞中各自環節的數量 K 表示兩個零件在尺寸傳遞過程中的聯系緊密程度 19 1 按獨立制造原則進行協調 20 1 按獨立制造原則進行協調 制造誤差的方程式可以寫成下列形式 0 原始尺寸的誤差 i 零件A尺寸傳遞中的第i個環節的誤差 j 零件B尺寸傳遞中的第j個環節的誤差 n1 n2 零件A B尺寸傳遞中各自環節的數量 零件A和B尺寸的協調誤差 AB可表示為 21 1 按獨立制造原則進行協調 相互配合的零件 按獨立制造原則進行協調時 協調準確度實際上要低于各個零件本身的制造準確度 為保證兩個零件具有比較高的協調準確度 就要求各個零件應具有更高的制造準確度 22 2 按相互聯系原則進行協調 當零件按相互聯系制造原則進行協調時 零件之間的協調準確度只取決于各零件尺寸單獨傳遞的那些環節 尺寸傳遞過程中的公共環節的準確度并不影響零件之間的協調準確度 23 2 按相互聯系原則進行協調 制造誤差的方程式可寫成下列形式 A和B零件尺寸的協調誤差可由下式確定 協調誤差帶公式為 24 2 按相互聯系原則進行協調 如果其它條件相同 采用獨立制造和相互聯系制造兩種不同的協調原則時 即使零件制造準確度相同 但卻得到不同的協調準確度 按相互聯系制造原則能得到更高的協調準確度 而且在尺寸傳遞過程中公共環節越多 協調準確度也就越高 25 3 按相互修配原則進行協調 26 3 按相互修配原則進行協調 制造誤差的方程式可寫成下列形式 A和B零件尺寸的協調誤差可由下式確定 協調誤差帶公式為 27 3 按相互修配原則進行協調 這種協調原則的聯系系數K最大 在一般情況下 這種協調原則比按相互聯系制造原則能夠達到更高的協調準確度 采用相互修配原則進行協調時 協調準確度僅決定于將A零件的尺寸傳遞給B零件時這一環節的準確度 28 4 三種尺寸傳遞原則的應用 根據飛機構造和制造特點 對于與氣動外形有關的零件 要達到較高的制造準確度比較困難 或者在經濟上不合理 但是為了保證互換 首先必須保證協調準確度 實際上 在飛機生產中出現的問題大量是協調方面的 若采用獨立制造原則 為達到協調準確度要求 就必須對零件制造準確度提出更高的要求 這一點用目前常規的制造方法難以做到 29 4 三種尺寸傳遞原則的應用 形狀復雜的零件采用相互聯系制造原則 在制造過程中 將那些技術難度大 制造準確度不可能達到很高的環節 作為尺寸傳遞的公共環節 這樣就能顯著地提高零件之間的協調準確度 由于飛機構造上的特點 采用這種原則保證協調具有特別重要的現實意義 而獨立制造原則僅適用于那些形狀比較簡單的零件 如起落架 操縱系統等機械加工件零件 30 4 三種尺寸傳遞原則的應用 采用獨立制造原則便于組織生產 能夠平行 獨立地制造零件 組合件或部件 以及各種工藝裝備 故擴大了制造工作面 有利于縮短生產準備周期 也便于開展廣泛的合作 而當采用相互聯系制造原則時 生產中所用的工藝裝備都必須按一定的協調關系依次制造 顯然使生產周期加長 31 4 三種尺寸傳遞原則的應用 按相互修配原則進行協調 雖然能夠保證零件之間有很好的協調性 但不能達到零件互換性的要求 同時 修配勞動量大 裝配周期長 只有在其它協調原則在技術上和經濟上都不合理 而且不要求零件具有互換性時 才采用這種協調原則 一般在飛機成批生產中盡量少用 在飛機試制中應用較多 32 4 三種尺寸傳遞原則的應用 計算機輔助設計和計算機輔助制造技術的迅速發展 為在飛機制造中廣泛采用獨立制造原則創造了條件 飛機的外形可以通過建立相應的數學模型來準確地加以描述 飛機結構件的幾何形狀和尺寸也可以準確地存儲在計算機內 在此基礎上 產品的幾何信息就直接傳遞給計算機繪圖設備和數控加工設備 以輸出圖形和進行加工 這樣 機械加工零件 成形模具以及與外形有關的工藝定位件等工藝裝備 可以達到很高的制造準確度 這不但保證了協調要求 還可能提高協調準確度 因此 隨著計算機輔助設計和計算機輔助制造技術應用的深入 飛機產品的全數字化定義有利于在飛機制造中實現獨立制造原則以及實施并行工程 這是飛機制造技術的發展方向 33 5 工藝補償與設計補償 對一些復雜結構中準確度要求很高的某些重要尺寸 為了保證裝配后能達到所要求的準確度 過分提高零件和裝配件的制造準確度 有時在經濟上是不合理的 在技術上有時也難以做到 因此 采用各種補償方法來達到所要求的準確度 所謂補償方法就是零件或裝配件某些準確度要求高的尺寸 在裝配時或裝配后 通過修配 補充加工或調整 部分消除零件制造和裝配誤差 最后達到所要求的準確度 34 5 工藝補償與設計補償 工藝補償 補償 協調的原則是一個零件按尺寸制造 而另一個相配零件則按第一個零件實際尺寸去 配 這種方法 設計中有規定 而在工藝過程中根據實際情況采取的補償措施 常稱之為工藝補償 設計補償 在不影響設計使用要求前提下 從結構設計上采取相應措施 保證兩個配合零件中的一個可以在一定范圍內調節相配合尺寸 滿足協調要求 35 5 工藝補償與設計補償 工藝補償裝配后精加工 工藝補償方法中更多的是在工件上某些配合部位 如接頭孔等 預留余量 在裝配過程中用補充加工的方法 消除制造過程中積累的誤差 從而達到技術要求規定的準確度 裝配時相互修配 對無互換要求的部位 大多在裝配過程中利用相互修配的方法 對要求互換的構件或部件 則應在完成裝配工作以后 分別單獨地在專用設備上進行 精加工 36 5 工藝補償與設計補償 飛機外蒙皮間的對縫間隙要求比較嚴格 有時對縫間隙小于1mm 因機身和機翼蒙皮的尺寸一般比較大 有的長達5 6m 如果單靠零件制造準確度來保證這些蒙皮對縫間隙要求 技術上很難做到 因此 在蒙皮制造時 在蒙皮的外緣處留有一定的加工余量 在裝配時對蒙皮的邊緣處留一定的加工余量 在裝配時對蒙皮的邊緣進行修配 最后達到蒙皮對縫間隙的要求 裝配時相互修配 37 5 工藝補償與設計補償 設計補償1 墊片補償2 間隙補償3 連接補償件4 可調補償件 38 5 工藝補償與設計補償 在生產中 例如一塊剛度很大的蒙皮與另一個剛度也較大的框 肋零件相配 并用鉚釘連接 當二者形狀尺寸不協調時產生間隙 在生產上允許加 墊 以滿足裝配要求 例如由厚度0 05 0 1mm金屬箔 帶 用膠粘劑粘合而成的 工藝厚度補償墊片 又稱可剝墊片 根據需要它可以任意撕剝成一定的形狀和不等的厚度 它用于補償由于協調關系復雜和零件加工過程中的累積誤差 而出現在裝配連接處的間隙 以波音707為例 該機采用各種規格的可剝墊片 其額定面積達6 68m2 其中鋁可剝墊片占95 其余為不銹鋼和銅可剝墊片 39 40 設計補償 可調補償件 41 2 4飛機模線樣板 在飛機制造中 將產品理論尺寸傳遞到工藝裝備上去往往要經過很多傳遞環節和多次反復移形過程 產品圖紙 成形模具 裝配夾具 量具 數控機床 零部件 飛機 在制訂產品的裝配和協調方案時 選擇合理的 能保證各類工藝裝備協調的尺寸傳遞體系 協調路線 42 2 4飛機模線樣板 43 2 4飛機模線樣板 44 45 46 47 2 4 1模線樣板概念 用模線 樣板方法協調產品的形狀和尺寸是飛機制造的特點 按相互聯系制造的原則確立的 首先 根據飛機設計圖紙將飛機部件及組合件的外形及內部結構 按1 1的尺寸在金屬圖板或聚脂薄膜上畫出 稱之為模線 根據模線制造出代表工件真實形狀的平面型剛性量具 這種不帶刻度的剛性量具稱之為樣板 在生產中作為加工或檢驗各種工藝裝備 測量工件外形的量具 48 2 4 1模線樣板概念 模線 49 50 2 4 1模線樣板概念 模線 模線可主要分為 理論模線 構造模線 1 理論模線定義 控制飛機各個部件理論外形的模線稱為理論模線 理論模線是畫在噴有面漆或經過打磨的聚酯薄膜上的1 1的飛機理論圖 理論模線繪制內容有飛機部件的設計基準 飛機的各種軸線 基準線 和飛機各個部件切面的理論外形線 2 作用 協調飛機部件各個切面及縱向外形 保證部件縱 橫向外形都光滑流線 為制造外形檢驗樣板 簡稱 外檢 提供制造依據 為制造裝配夾具用的夾具樣板提供制造依據 51 2 4 3 1理論模線 理論模線是保證飛機外形的結構軸線正確與否的唯一原始依據 是繪制結構模線和制造樣板的主要依據之一 理論模線設計的依據有飛機理論圖 或飛機外形測繪數據表 飛機結構圖 研制工藝方案 部件互換協調圖表 主要的表面標準樣件樣板圖 有關模線樣板和CAD CAM技術應用技術文件等 飛機理論外形 基準 構造模線 生產樣板 52 1 理論模線的概念 理論模線一般按部件或分部件繪制 部件理論模線分為機身前段 后段 機翼 水平尾翼 垂直尾翼 發動機短艙等 分部件一般有襟翼 襟翼倉 副翼 翼尖 駕駛艙 尾倉 艙門 各種整流罩和油箱等 53 2 理論模線的概念 理論模線又可分為綜合切面模線與平面模線 綜合切面模線是將部件橫切面外形按同一基準繪制在同一個平面上稱之為綜合切面 而平面模線則是主要繪制部件的縱向外形曲線 綜合切面模線與平面模線的作用是控制部件的理論外形 對部件的縱橫切面進行交點協調 保證部件外形光滑流線 同時為繪制構造模線提供外形依據 54 機身理論模線 機身理論模線上有 設計基準線 水平基準線和對稱軸線 隔框綜合切面模線 機身平面模線 包括機身側視投影和俯視投影 壓縮模線和長桁軸線以及其他結構軸線 55 機翼理論模線 機翼理論模線包括3部分 翼肋綜合切面模線 即把各翼肋切面外形按統一的弦線重疊畫在一起 平面投影模線和翼梁切面模線 56 機翼理論模線 各切面在同一百分比弦長上的外形點連線呈一條直線 根據基準切面翼型及對應的百分模線可求取中間切面翼型 亦可用解析法 幾何作圖法求取中間切面翼型 57 2 理論模線的繪制 雙曲面外形部件 如機身 發動機短艙等 的理論模線繪制方法有 平切面法 母線法 曲面片法 58 平切面法 根據投影幾何原理繪制的 它是選用平行于三個互相垂直的坐標面的一系列平面來分割部件 該方法主要是手工工作 現在已經很少采用 59 3 理論模線繪制要求 基準線和主要結構軸線位置以及按坐標數據繪制理論外形產生的公差范圍為 0 1 0 15mm 對于軸線的寬度 直線度 平行直線間的平行度 垂線的垂直度以及角度 其公差都應保證在規定的公差要求范圍之內 理論模線上縱 橫切面同一尺寸的公差 有時稱理論外形線交點協調 應在0 1 0 2mm以內 對于對稱的部件僅畫其右部件 對于對稱外形僅繪制右半側 生產上需要重復的線條和對稱外形都是通過樣板移形和樣板加工實現 模線視圖方向一般情況應遵守由左向右看 由上向下看 由后向前看的原則 對于高速飛機的翼面類部件 其蒙皮外形應定為與理論外形一致 對于低速飛機各部件以及大型飛機的機身和短艙等部件 可以把其骨架外形定為理論外形 60 3 理論模線繪制要求 對于大型飛機 由于其尺寸過大 只有對比較復雜的部件 如機身前段和尾段 才按1 1比例畫出平面模線 對于外形比較簡單的中段 可不畫平面模線 只畫壓縮模線 壓縮模線是將部件縱向切面的外形沿縱向以1 5或1 10的比例 沿橫向以1 1比例畫出 壓縮模線可以檢查部件外形曲線是否為光滑流線和提供量取尺寸 61 3 理論模線繪制要求 理論模線繪制是一個復雜的 反復協調的過程 它要完整的 精確的控制部件的理論外形 保證部件理論外形的縱 橫向的交點協調 流線光滑 直到部件的縱 橫向外形都是光滑流線 相應的交點尺寸控制在嚴格公差之內 隨著計算機的廣泛采用 相應出現描述飛機外形曲線和曲面的 三次樣條 B樣條 孔斯 Coons 曲面 NURBS 等數學方法 借助計算機來處理數據和數值運算 大大簡化了飛機外形協調工作 數控繪圖機提高了模線繪制精度和繪制速度 使同一條曲線不能重復繪制的規定失去意義 借助數控繪圖機對相同曲線可以任意重復繪制 因繪圖機有較高的重復精度 62 2 4 3 2構造模線 定義 構造模線是飛機部件某個切面1 1的結構裝配圖 構造模線繪制在帶有部件某個切面的外形檢驗樣板上 簡稱外檢 構造模線也可繪制在不加工出部件切面外形的金屬圖板上 稱為檢驗圖板 通常沿框 肋切面的結構 均繪制 外檢 非結構切面上的一些結構 均繪制在檢驗圖板上 63 1 構造模線內容與作用 構造模線繪制內容有 設計基準線及該切面上全部零件的位置和幾何形狀 構造模線的作用是 以1 1比例準確地確定飛機內部的結構形狀和尺寸 保證飛機內部結構協調的依據 為該切面零件的加工生產的各類樣板提供制造依據 為制造樣件 裝配型架 模具和夾具等工藝裝備 量取經過模線協調的尺寸 以保證有關該切面的成套工藝裝備之間的協調 64 1 構造模線內容與作用 與一般結構圖紙不同 構造模線是按1 1的尺寸準確畫出的 因此構造模線上面不標注任何尺寸 并且零件的形狀均不取剖面圖 而是通過各種標記 符號來表示 如翼肋的彎邊高度及彎邊圓角 彎邊斜角 減輕孔和加強埂的形狀等 為了協調切面內部結構 同一個切面內的結構零件不允許分別繪制 這樣便于發現在結構設計中出現的不協調現象 65 2 構造模線的形式 繪制構造模線使用兩種底板 一種是金屬圖板 另一種是明膠板 金屬圖板結構模線 金屬圖板結構模線可分為不加工出外形和加工出外形兩種 加工出外形的結構模線通常稱為外形檢驗樣板 簡稱外檢 按理論模線移形于厚度為1 5 2 0mm的冷軋低碳鋼板上 加工出樣板外形并噴漆 在樣板上繪制內部結構并進行協調 移形方法 將描圖紙蓋在理論模線上 然后描繪理論外形線 接著將它再復描到結構模線底板上 或直接按照理論模線外形的坐標數據來畫 66 2 構造模線的形式 明膠板構造模線是近年采用的方法 也稱PCM photocontactmaster 圖 將構造模線上的理論外形和主要結構軸線 直接通過正像反射法 將透明膠板聚脂薄模的一面涂上感光劑 把它復貼在理論模線圖上 然后用光線照射 再進行顯影 從理論模線圖板上移形過來 然后將畫在明膠板上的全部結構模線用接觸照相法曬在金屬圖板上 一般用鋁板 上 這種圖板成為照相圖板 用于制造和檢驗樣板 透明膠板是一種聚脂薄膜 厚度在0 1 0 12之間 寬度為1200mm 保存溫度應在18 30 之間 相對濕度在50 70 之間 67 2 構造模線的形式 結構模線上的各種工藝孔 是制造工藝裝備以及裝配過程中的主要工藝基準 或是在零件上鉆孔的依據 68 工藝孔 69 2 4 3 3樣板 在飛機制造過程中 樣板是按模線或數據制造的 表示飛機零 組 部件真實的形狀的 刻有標記并鉆有工藝孔的專用剛性量具 是零件 組合件的制造依據和檢驗依據 它起著圖紙和量具的雙重作用 因此 樣板是飛機制造中的特種圖紙 是無刻度的專用量具 70 2 4 3 3樣板 基本樣板屬于基本樣板的有外形檢驗樣板和構造圖板兩種 在飛機制造工廠中 外形檢驗樣板 外檢 僅能制造一套 通常樣板正面漆成白色 供繪制構造模線 樣板背面漆成紅色或黑色 保存在模線樣板車間 作為生產樣板的制造和檢驗依據 生產樣板生產樣板是零件的制造依據和檢驗依據 生產樣板用來制造零件成形模具或是直接制造零件和檢驗零件 根據制造要求 生產樣板不僅帶有零件外廓幾何形狀 樣板還刻有必要的標記線 基準線 定位線 斜角值 樣板上還鉆有各種工藝孔 例如銷釘孔 導孔 裝配孔 基準孔 安裝孔等 樣板的分類 名稱 72 1 外形樣板 常用于制造框 肋類零件 這類零件特點是 基本為平面帶有簡單彎邊的零件 外形樣板帶有零件外形 樣板上刻有彎邊標記 斜角值 工藝孔等組成零件的立體形狀 在零件無彎邊部分 樣件外緣表示零件的外廓 在零件有彎邊的部分 樣板外緣表示零件外形交線形成的輪廓 73 1 外形樣板 翼肋前段的外形樣板 彎邊16上R3 該零件彎邊高度為16毫米 彎邊方向為向上 彎曲半徑為3毫米 彎邊角度為90度 74 2 內形樣板 內形樣板是零件成形模的制造依據 也是檢驗零件成形模的樣板 內形樣板的外緣是由零件彎邊外 內形交叉線所構成的曲線 s 內形與外形外緣位置差值 75 2 內形樣板 在生產中 為了減少樣板數量 基本上不再使用內形樣板 而直接按外形樣板和角度樣板來制造與檢驗零件的成形模 76 3 展開樣板 依照外形樣板和彎邊展開尺寸制造的 展開樣板用來加工零件成形毛料 通常按照展開樣板下料成形的零件 成形后不再經過銼修就可以直接參加裝配 77 框肋類零件協調過程 78 4 切面樣板 立體曲面零件常用成套切面樣板制造模胎 然后再按模胎成形立體曲面零件 每個切面位置的切面樣板共有四個品種 即 切面外形 簡稱切外 切面內形 簡稱切內 反切面外形 簡稱反切外 反切面內形 簡稱反切內 其中反切內及切外樣板用來制造零件成形模具 反切外及切內樣板用來檢驗零件 切面內形 零件材料厚度 切面外形反切面內形 零件材料厚度 反切面外形 79 機身雙曲度蒙皮使用的外形樣板 80 5 切割鉆孔樣板 右圖為立體曲面零件成形后修邊 鉆孔和開缺口用的切割鉆孔樣板 它與一般樣板不同 是按零件實樣制造的 恰好可以覆蓋在零件表面上方 通常曲面零件成形后均留有余量 零件成形后將切割鉆孔樣板覆蓋在零件上部 劃出零件邊緣線 進行修剪并按樣板鉆孔 開缺口 81 2 4 2模線樣板工作法 用模線 樣板方法協調產品的形狀和尺寸是飛機制造的特點 從飛機圖紙傳遞形狀和尺寸到所制造的零件與產品上的過程中 伴隨著形狀和尺寸的轉移 誤差積累 最終得到產品的最后形狀和尺寸 由此可見 協調路線設計得如何 直接影響到產品的準確度 制造準確度和協調準確度 對尺寸傳遞體系的基本要求是 保證飛機零件 組合件 段件和部件的互換性 即保證它們主要的幾何參數 外形 接頭和分離面的互換性 從模線 樣板 工藝裝備直到零件的形狀和尺寸 其傳遞環節應盡可能少 且這些環節的誤差量為最小 而其中公共環節的數量為最大 82 2 5標準樣件 設計協調路線應特別注意保證基準零件或組合件的準確度 在裝配時 如果以蒙皮表面為基準在裝配型架內定位 那么必須保證制造蒙皮的工藝裝備和裝配型架能很好地協調 如果以零件骨架為基準在裝配型架內定位 則要注意零件骨架外形和裝配型架卡板能很好地協調 如果按裝配孔裝配 則必須保證制造基準零件的工藝裝備之間的協調 83 2 5標準樣件 平面彎曲零件或單曲度零件和板件 它們的形狀和尺寸是通過取自理論模線和結構模線的成套生產樣板協調的 如果用平面形狀樣板確定空間表面形狀 由于平面樣板不能連續確定整個表面 因此用平面樣板構成的空間表面是不連續的 用空間立體的協調依據來協調雙曲度零件無疑準確度更高 84 以1 1的真實尺寸實體 物 形式體現產品某些部位幾何形狀 外形 對接接頭 孔系 和尺寸的剛性實體 作為制造 檢驗和協調生產用工藝裝備的模擬量標準 是保證生產用工裝之間和產品部件 組件之間尺寸和形狀協調與互換的重要依據 以實物形式來體現產品某一部分外形 對接接頭 孔系之間的相對位置準確度在產品圖紙規定的公差范圍之內 它確定了產品部件 組合件或零件各表面 或外形 接頭 孔系之間的相對正確位置 標準樣件 85 標準樣件 標準樣件的分類 外形標準樣件安裝標準樣件反標準樣件標準量規 86 安裝標準樣件 安裝標準樣件是協調與制造裝配型架的立體模型 它具有部件的真實外形和接頭 由于裝配型架上只需控制部件各切面處的外形 所以在安裝標準樣件上只是部件主要的縱橫向骨架處才有部件外形 為了保證部件裝配型架與段件裝配型架 外形與接頭定位件具有較高的協調準確度 往往將樣件做成可分解的 即組合式標準樣件 當制造部件裝配型架時 樣件作為整體使用 當制造各段件 板件裝配型架時 將部件的樣件做相應的分解 分別制造各部分裝配型架 87 88 反標準樣件 反標準樣件是協調幾個標準工藝裝備的依據 它通常用來制造和檢驗標準工藝裝備或復制標準工藝裝備 防止標準工藝裝備在損壞的情況下失去標準尺寸的依據 特別是 復制工裝時 它是保持尺寸統一必不可少的工具 89 反標準樣件 飛機艙門的標準樣件及其檢驗架 稱作反標準樣件 目的在于保證艙門的鉸接點和鎖銷位置安裝準確 艙門要能靈活開 閉 而在關閉后艙門外形要與機身緊密貼合 保證密封 用光學儀器來校正正反標準樣件之間的定位關系 正反樣件上的四個對應孔應嚴格落在同一條準直線上 90 91 標準量規 對于部件 段件間的叉耳式的交點連接 常采用成對的正反量規來保證工藝裝備交點的協調 并用以安裝對應的標準樣件上的交點 當兩個以上工廠生產同一機種時 則用以保證廠際互換 由于量規具有使用簡便精度高等優點 所以即使采用產品數字建模和數控加工技術 量規仍被采用 92 2 6飛機制造的協調路線 模線樣板 標準樣件協調系統模線樣板 局部標準樣件協調系統數字化協調方法 93 2 6 1模線樣板 標準樣件協調系統 樣板 安裝標準樣件 組合件標準樣件 組合件標準樣件 反標準樣件 裝配型架 94 2 6 1模線樣板 標準樣件協調系統 95 96 2 6 1模線樣板 標準樣件協調系統 優點 對復雜型面使用外形標準件來協調 提高了零件的協調性 在生產中出現不協調問題時 檢查方便 直觀 缺點 制造標準樣件的周期長 技術要求高 費用多 97 2 6 2模線樣板 局部標準樣件協調系統 98 99 省去了全機安裝標準樣件 只制造局部的標準樣件 為了保證復雜型面的協調 也只制造局部外形標準樣件 使用通用的工具 型架裝配機 劃線鉆孔臺 光學儀器 制造裝配型架和其它工藝裝備 提高了制造精度 減少了安裝型架的時間 50 60 的調試時間 尤其是安裝大尺寸的裝配型架時 其優越性更為突出 2 6 2模線樣板 局部標準樣件協調系統 100 計算機技術在飛機制造中展示出廣闊的應用前景 建立飛機外形 內部結構的幾何模型 幾何數據庫 數控繪圖機 理論模線 結構模線 飛機生產圖紙 工藝裝備 整體結構件的數控加工 數控測量 2 6 3數字化協調方法 101 2 6 3 1數字化協調方法概念 數字化協調方法也可稱數字化標準工裝協調方法 是一種先進的基于數字化標準工裝定義的協調互換技術 將保證生產用工藝裝備之間 生產工藝裝備與產品之間 產品部件與組件之間的尺寸和形狀協調互換 數字標工協調法需通過數字化工裝設計 數字化制造和測量系統來實現 利用數控加工 成形制造出零件外形和所有的定位元素 在工裝制造時 通過數字測量系統 如激光跟蹤儀 電子經緯儀 數字照相測量和室內GPS等設備 實時監控 測量工裝或產品上相關控制點 關鍵特性 的位置 建立起產品零部件基準坐標系統 并在此坐標系統中將工裝或產品上關鍵特征點的測量數據和3D模型定義數據直接進行比較 分析出空間測量數值與理論數據的偏差情況 作為檢驗產品是否合格及進一步調整的依據 102 103 104 2 6 3 1數字化協調方法內涵 目前國際上全面應用飛機數字化設計制造技術并取得巨大效益的企業為數并不多 如洛克希德 波音 達索 BAe等公司 其中最為突出的是波音公司 他們在波音777的研制中 在網絡技術基礎上 應用并行工程思想 采用了產品三維全數字化定義 虛擬樣機 虛擬裝配和運動機構仿真分析等先進手段 從整機設計 零件制造 部件測試 整機裝配到各種環境下的試飛均在計算機上完成 提高了設計水平 研制周期縮短了50 出錯返工率減少75 成本降低25 成為數字化集成制造技術在飛機研制中應用的標志和里程碑 波音公司建立了PART網頁 通過因特網向全球進軍 為用戶提供更為方便和快捷的服務支持 客戶可以在線方式檢索技術圖紙 服務通報 維護手冊等多種重要技術資料 105 2 6 3 2數字量協調技術的內容 在飛機主幾何模型等統一基準的基礎上 通過飛機部件 段件結構空間分配 以及對基準系統的繼承和擴充 在虛擬環境中用三維數學模型精確描述各飛機零部件正確的空間位置和協調一致的幾何形狀和尺寸關系 形成工程數據集 飛機數字樣機 單一產品數據源 106 波音在JSF驗證機設計制造中應用異地制造技術也十分成功 JSF的前機身各部件是在圣 路易斯生產的 而中機身 機翼 后機身 尾翼等各部件則在西雅圖生產 它們的制造依據是同一個數字樣機 只要取出零件數字化定義即可自動生成NC代碼 加工便能一次完成 然后由合作伙伴在荷蘭成