第6章飞机工艺装备设计与制造

第6章飞机工艺装备设计与制造徐岩南京航空航天大学航空宇航制造工程系飞行器制造技术基础2内容§6.1飞机工艺装备概述§6.2标准工艺装备§6.3装配工艺装备§6.4飞机工艺装备发展趋势3各种通用机床常用工具和试验设备专用工艺装备(型架、夹具、模具、标准样件、量规等)6.1飞机工艺装备概述45678在西方某型歼击机研制中，工艺装备的费用占总研制经费的16.5～19.5％。我国某型歼击机工艺装备总数达20700项。其中标准工装640项，装配工装660项，零件工装17750，拼装夹具1650项，总造价4000万元，仅工装的设计制造就达到1年多。苏－27飞机全机采用工艺装备总数约达61881项，比原歼击机增加很多，其中标准工装约687项，生产用工装约61194项。在生产用的工装中，零件工装约59689项，装配工装约870项，试验设备（含地面设备）约635项。MD-82飞机生产中，工艺装备繁多、数量巨大，总数高达135000多项，仅工艺装备的设计制造周期就要占飞机研制周期的1/3。9飞机工艺装备的作用1.保证飞机制造的质量外形准确度相对位置准确度（2）物理参数准确度产生、测量和控制物理参数零件之间的相对位置工件与刀具之间的相对位置工件与机床之间的相对位置工件与量具之间的相对位置（1）产品的几何参数准确度温度、压力、电流、时间、光照2.提高劳动生产率3.降低产品成本10飞机工艺装备的分类标准工艺装备飞机工艺装备生产工艺装备直接用于零件的成形和飞机装配过程中，如模具、型架等。作为生产工艺装备的制造依据和统一标准。如用于安装型架的标准样件、制造成形模的标准模型（表面样件）等。11生产工艺装备直接用于飞机制造和装配的工艺装备。毛坯工艺装备零件工艺装备装配工艺装备检验工艺装备精加工型架辅助工艺装备生产工艺装备锻模、铸模等钣金成形铆接焊接胶接部件精加工检验型架零件检验夹具检验模工作台工作梯起重运输吊挂12工装选择具体要考虑如下主要因素①产品结构的特点②生产性质和产量③互换协调的要求④工厂的技术条件和发展水平136.2标准工艺装备6.2.1标准工艺装备的定义和分类6.2.2标准工艺装备的结构元件6.2.3标准工艺装备的设计要求6.2.4标准工艺装备的协调方法146.2.1标准工艺装备的定义和分类1.定义以1:1的真实尺寸体现产品某些部位几何形状和尺寸的刚性实体，作为制造、检验和协调生产用工艺装备的模拟量标准，是保证生产用工装之间和产品部件、组件之间尺寸和形状协调与互换的重要依据。是以实体（物）形式体现产品某一部分外形、对接接头、孔系之间相对位置准确度在产品图纸规定的公差范围内的刚性模拟量。它确定了产品部件、组合件或零件各表面（或外形）、重要接头、孔系之间的相互正确位置。15标准工艺装备的功用作为标准尺度，用于制造、协调、检验、复制其它方法制造不能达到协调准确度要求的有关工艺装备。标准工艺装备中的标准量规和标准平板有时还用于协调综合标准样件上各对接接头或孔系的相对位置，以达到机体部件、组合件、零件和附件的协调、互换性要求。标准工艺装备必须具有足够的刚度以保持其尺寸和形状的稳定性，同时应具有比生产用工艺装备更高的准确度。16用标准工艺装备模拟量传递的协调方法和用数字量传递的协调方法，都是飞机制造工艺中保证协调互换的重要方法和手段，尽管在不同的技术发展阶段有所侧重。176.2.1标准工艺装备的定义和分类2.分类（1）标准量规（2）标准平板（3）综合标准样件（安装标准样件）（4）表面标准样件（5）反标准样件（6）对合协调台18（1）标准量规标准量规（也叫做对接接头标准样件）：作为制造与协调成组叉耳接头对接的协调依据。一类是用于协调制造标准工装和作为厂际互换协调的原始依据，具有较强的刚性，一般不直接用于协调制造生产用工艺装备；另一类是直接用来协调制造生产用工艺装备的标准量规。对于部件、段件间的叉耳式的交点连接，常采用成对的正反量规来保证工艺装备交点的协调，并用以安装对应的标准样件上的交点。原始量规通常利用型架装配机或光学仪器安装。19（1）标准量规结构特点一般由骨架、接头和支承元件组成；常带有与有关标准工艺装备相协调一致的标高系统或在型架上的定位系统；当采用光学工具法时，标准量规必须带有基准定位叉耳、目标孔和工具球等测量定位基准元件；为了协调的需要，标准量规上可带有局部外形；需要时标准量规可组合使用。20导管接头标准量规导管接头部件对合接头协调部件对接面之间液压、燃油等系统导管对接头的位置21机身尾翼对接量规22（2）标准平板标准平板（也叫做平面多孔对接标准样件）是平面多孔对接分离面上，保证端面对接孔协调的原始依据。一是用于协调标准工装，称标准平板（或模板），一般不直接用于安装型架定位件，仅作为协调标准工装的原始依据。一是只供安装型架定位件用的，称为结合平板（模板）。对于部件、段件间的结合部位是用多个螺栓连接形式时采用标准平板，用以保证相应工艺装备对应螺栓孔和销钉孔的协调一致。标准平板的孔在精密坐标镗床或数控机床上加工，以保证准确度。当标准平板带有切面外形时，其外形按模线样板加工。23（2）标准平板结构特点具有对接端面的全部孔，其孔径常为产品孔的最后尺寸；用于协调标准样件的标准平板，可以制出外形，也可以不带外形；标准平板上必须有使用位置的明确标志，例如“顺（逆）向”、“上”、“下”、“左”、“右”，以及“用于××轴线面”等标记；对于以凸缘衬套端面为平面基准的标准平板，应在其中选定位置基本上均匀分布的3个孔来作为基准点，将由此3孔端面所组成的平面作为标准平板测量和使用基准平面，以保持其基准的稳定性。24（3）综合标准样件（安装标准样件）综合标准样件（也称安装标准样件）：作为制造与协调曲面外形与对接接头的依据。样件具有真实的、精确的切面外形和接头。用它来制造、检查、协调型架。综合标准样件分为整体标准样件、局部标准样件及零件标准样件，即包括能组成全机标准样件的部件标准样件、段件标准样件、组合件标准样件以及零件标准样件。部件、段件、组合件样件常设计成分解式的结构，以便于使用。25①整体标准样件具有产品部件、组合件的较完整的外形和交点接头；具有完整的标高定位系统；具有完整的测量基准元件；具有产品主要的结构轴线（面）、重要的零件外形线、重要螺栓孔和其它孔的位置。具有产品部件较完整的外形和接头，用于安装部件和组合件装配工艺装备，在结构上可能是整体的，也可能是组合式的整体样件26②局部标准样件结构特点可以制成局部切面外形，也可以制成全型面外形；一般带有交点接头和对接孔；具有完整的标高定位系统；局部标准样件是配合光学工具或机械坐标设备来安装型架的依据，用于协调产品局部复杂部位局部样件27③零件标准样件作为制造与协调复杂机械加工零件和焊接零件的协调依据。结构形式一般与产品零件近似，为了提高零件标准样件的刚性，在非协调工作面处，可适当增加厚度；平面型零件标准件（如翼肋样件），一般用LY12铝板制造；对于形状比较复杂、结构刚性差和重要的接头样件，一般采用钢件制造；一般应有1个基准平面和至少2个定位孔（工艺孔）作为样件定位基准。用于制造和协调要求较高的零件工艺装备。当组装成局部或组件样件时，又可用来协调装配工艺装备零件样件28整体铸铝结构样件，适用于中小型样件29玻璃钢样件具有结构简单、轻便和制造工艺性豪的特点，一般制成全外形，可以起到表面样件的作用30构架式结构样件31323334（4）表面标准样件表面标准样件（也称外形标准样件）：作为制造与协调机体外形的依据。表面标准样件是协调复杂曲面外形钣金零件的标准工艺装备，有时也用来协调装配型架的外形定位件。具有部件、段件外形不带交点接头的实体，用以塑造、协调蒙皮拉型模和各有关模具，也可以从它上面取制样板，或制成局部的表面样件，用以安装型架定位器。表面标准样件的协调过程35（4）表面标准样件结构特点：表面样件有完整的表面外形，其表面刻有产品结构轴线、零件结构线和边缘线，并标记出各种刻线的名称或产品图号；根据不同用途和外形复杂情况，表面标准样件可采用正的或反的外形表面；为方便成形模具的制造和移形，常将表面标准样件制成蒙皮内形。36转动式结构：360度转动和锁紧。373839（5）反标准样件结构特点：反标准样件一般都具有与标准样件相对应的外形和接头定位件，以及定位样件的标高板或定位孔；避免标准样件在反标准样件中的强迫对合，除必须的基准面和接头外，其他外形和接头定位件都应留有3~5mm的等距间隙；应具有足够的结构刚度。40（5）反标准样件功能特点：用以协调安装标准样件和表面标准样件，协调和检查部件、段件、组合件标准样件。其结构形式类似于型架，飞机座舱座椅部分的反标准样件常设计成对合台。为了减少标准工艺装备数量，有时可用型架或样板来代替。41424344（6）对合协调台对合协调台为参加对合的标准工艺装备提供定位基准，用于协调成组量规和局部标准样件。有时也可用来协调装配型架的定位件。对合协调台具有供参加对合的所有标准工艺装备或基准标准工艺装备定位用的定位基准，以控制参与对合协调的标准工艺装备的位置正确性。45（6）对合协调台4647※全机标准样件分布图座舱盖样件特设舱盖样件前机身样件前起落架样件炮架样件下舱口盖样件副油箱样件主起落架样件机轮护板样件机翼样件副翼样件襟翼样件前后机身标准平板发动机架样板油箱样件软油箱标准模胎方向舵样件升降舵样件水平安定面样件48496.2.2标准工艺装备结构元件1.接头零件（1）叉耳接头叉耳配合叉耳接头孔结构形式整体式（大尺寸：整体锻造、小尺寸：棒料或板材直接加工）焊接式（2）其他接头506.2.2标准工艺装备结构元件2.外形零件取光滑的飞机气动理论蒙皮外形或内形。切面外形板鼓包、整流罩外形件薄边缘部位外形件51切面外形板5253546.2.2标准工艺装备结构元件3.测量元件测量基准件基准块基准孔工具球基准单孔耳子刻线水平测量点飞机部件外形上的水平测量点是飞机外形几何参数的测量基准点。基准块基准单孔耳子基准孔工具球556.2.2标准工艺装备结构元件4.标高元件确定一个基准面（数量尽可能少，但不少于三个）刚度允许的条件下，标高板之间的距离尽可能大一些。566.2.2标准工艺装备结构元件5.骨架应有足够的刚度，以保证标准工艺装备外形和尺寸的稳定性；骨架结构应使标工其他元件在骨架上的连接方便可靠；骨架结构应使标准工装有较好的制造工艺性和使用性；在骨架的冷热加工制造过程中，应有消除内应力的措施，确保骨架和标准工艺装备的稳定性。57整体铸铝式单梁式薄壁盒形58协调性高稳定性好刚性好合适的精度和表面粗糙度防止变形和便于搬运6.2.3标准工艺装备的结构设计596.2.3标准工艺装备的结构设计设计要求（1）：设计基准标准工艺装备的设计基准应力求同产品的设计基准相一致；只有当工艺上考虑有利时，才可采用不同于产品设计基准的转换基准；相邻部件、组合件的标准工艺装备，其设计基准应尽量一致；设计基准、工艺基准和检验基准应尽量一致。60设计基准包括设计基准、制造基准、使用基准和检验基准的设计。标准样件的设计基准普遍采用飞机的设计基准。除了基本坐标系之外，还有辅助坐标系。为了使标准样件的制造使用方便，在标准样件上安装有标高板、基准块（或基准面），刻有基准线，或打上基准点。标高系统是标准样件的使用基准，也是制造基准。基准块和基准平面是检验基准。616.2.3标准工艺装备的结构设计设计要求（2）：刚度根据产品结构尺寸、形状的特点，合理选择主体骨架结构；注意局部刚度的加强，特别是重要交点接头、连接部位以及标准样件分离面对接部位等；对于机翼大梁类标准样件，由于其展向太长，若采用整体刚性结构，则会过于笨重而影响使用；因此可采用“分段”组合结构，就其整体来说属于柔性结构，使用时用光学测量方法进行调整；由于产品结构尺寸、形状的限制，当标准工艺装备的刚性难以保证时，可通过采用加强架和标高架以及增加标