第2章-飞机制造中的互换协调

第2章飞机制造中的互换协调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本章内容§2.1飞机制造中的工艺特点§2.2飞机制造中的互换与协调§2.3飞机制造中保证协调的方法§2.4飞机模线样板的概念§2.5模线样板工作法§2.6数字化协调方法3§2.1飞机制造中的工艺特点1飞机产品的使用要求质量要求高结构不断改进产量变化降低各项成本4§2.1飞机制造中的工艺特点2飞机产品结构特点构造复杂，零件多外形复杂，尺寸大精度要求高，刚度小5§2.1飞机制造中的工艺特点3飞机制造的工艺特点采用飞机制造行业特有的协调互换方法生产准备工作量大，周期长手工劳动量大零件加工方法多，装配劳动工作量大6§2.2飞机制造中的互换与协调2.2.1互换性是指相互配合的飞机结构单元在分别制造后进行装配或安装时，除设计规定的调整外，不需选配和补充加工即能满足所有几何尺寸、形位参数和物理功能上的要求。互换性是产品相互配合部分的结构属性，它指同名零、组、部件在几何尺寸、形位参数和物理、机械性能各方面都能相互取代而具有的一致性。飞机制造的互换性的包括：几何形状互换性和物理功能互换性。范围互换性内容主要参数几何参数方面外形互换——与飞机外形有关的接合部位符合设计技术要求外廓尺寸、外形偏差、阶差、间隙等交点互换——结构设计分离面处接头的尺寸精度和位置符合设计技术要求接头间的同轴度、配合关系等配合互换——相互连接的部件、组件，其配合部位或安装位置的几何参数符合设计技术要求机尾翼的安装角，上、下反角，后掠角，活动面吻合性，对称性，舱门口盖之间的间隙等物理参数方面飞机部件、组件的强度、重量、重心、刚度等符合设计要求强度、刚度、重量、重心使用性方面带有运动性质的部件、组件，其操纵运动情况符合设计要求操纵灵活性、运动灵活性互换性内容分类类别含义按性质生产互换生产过程中，参加装配的零件、组合件、部件具有互换性使用互换外场使用维护中，零部件（备件）具有互换性，也称备件互换按制造厂内互换工厂内部，生产的同类产品间具有互换性厂际互换协作工厂生产的同类产品或有互换要求的相邻产品间有互换性国际互换国际合作工厂生产的同类产品或有互换要求的相邻产品间有互换性按互换级互换：完全互换不需要做补充加工就能满足所有物理、功能和结构要求替换：交点互换不需要对交点做补充加工就能满足所有物理、功能和结构要求替换需要做补充加工就能满足所有物理、功能和结构要求按互换部位外部互换整架飞机结构与其它成品之间的互换性，如发动机、座椅等内部互换飞机结构本身部件、组件或零件的互换，如副翼、襟翼、机翼等按提出部门工程部门使用部门提出合同部门客户提出计划制造部门根据计划及制造的必要性、方便性或经济性而确定的项目按互换程度A类连接交点的配合情况和同轴度要求B类连接部位的外形吻合程度C类连接部件的配合间隙要求D类活动件的运动灵活性和操纵灵活性（包括运动行程和偏转角度要求）互换性分类及含义9飞机制造中的互换性要求：1.气动力外形的互换要求－－组合件和部件本身的气动力外形互换－－组合件、部件与相邻件相对位置技术要求任意机翼装上飞机后，飞机的上反角、安装角和后掠角等有关相对位置的几何参数也应完全符合技术条件的要求。2.部件对接接头的互换要求－－对接配合部位的协调要求－－对接处间隙要求－－对接处切面外形吻合性要求2.2.1互换性10※互换性实例某机中翼和外翼对接为例，对接要求包括：（1）对接接头叉耳间的配合要求和对接螺栓孔的同心度要求；（2）对接处蒙皮对缝的间隙要求；（3）对接处两个部件端面的切面外形的吻合性的要求；（4）两个部件内各种导管、电缆等在对接面处连接的技术要求。11§2.2飞机制造中的互换与协调2.2.2协调性是指两个或多个相互配合或对接的飞机结构单元之间、飞机结构单元与它们的工艺装备之间、成套的工艺装备之间，配合尺寸和形状的一致性程度。一致性程度越高，则其协调性越好，协调准确度越高。相配合的工件之间，其配合尺寸、形状的一致性。协调性仅指几何参数而言。122.2.2协调性制造准确度：飞机零件、组合件或部件的实际尺寸与图纸上所规定的名义尺寸相符合的程度。符合程度越高，则制造准确度越高，也就是说制造误差小。协调准确度：两个飞机零件、组合件或部件之间相配合部位的实际几何形状和尺寸相符合的程度。相符合的程度越高，则协调准确度越高，协调误差越小。在飞机生产中，对协调的准确度的要求比对制造准确度的要求更高13§2.2飞机制造中的互换与协调2.2.3互换与协调的意义可以减少装配和对接时的修配工作量，减少大量工时，缩短生产周期，降低生产成本，有利于组织批量生产；可避免出现由于强迫装配产生的装配变形，以及飞机结构内产生的装配残余应力和局部应力的集中；飞机零件、组合件或部件使用中被损坏后，能用备件迅速更换，不会由于局部的损坏而影响飞机的正常使用，从而延长飞机的使用寿命。互换的一定是协调的，但协调的并不一定是互换的。14§2.2飞机制造中的互换与协调难点:（1）外形复杂，尺寸大：飞机的骨架和蒙皮大多具有不规则的曲面形状；大型运输机C-5A飞机翼展68m，机身长75m。波音747机翼上一块整体壁板长达34m。（2）构造复杂，零件多：一架飞机仅壳体上的零件就有一万五千至十万件（不包括上百万的标准件）。某型轰炸机仅重要附件就有8100种，以及325台电子电气装置、2400米液压管路和长100公里左右的导线。（3）精度要求高、刚度小：L-1011飞机的复杂曲面蒙皮壁板，最大尺寸2.5m×12m，成形误差要求小于0.3mm。（4）飞机制造过程中工艺流程长，所用工装的种类和数量繁多，产生误差的环节多。如何保证协调和互换？？？？15§2.2飞机制造中的互换与协调问题：1.在飞机结构设计方面，主要有结构设计不合理、工艺性差。2.在制造工艺方面，主要有装配和协调方案制订不合理，装配单元划分不合理，装配和铆接顺序安排不当，保证协调、互换的方法不合理或不统一，工艺装备的局部或整体刚性不足、结构设计不合理、制造超差等。3.在自然环境方面，主要有在飞机生产期内厂房内温度变化所产生的热膨胀误差和地基缓慢下沉所引起的型架变形等。我国过去的飞机生产中，对这三个方面的影响因素，缺乏全面、深入、细致的分析研究。把保证飞机生产中互换、协调问题的注意力，主要集中在制造工艺一个方面，甚至只集中在制造工艺方面的协调路线设计一个环节上。16§2.2飞机制造中的互换与协调飞机制造中出现了较多的不协调、不互换问题的主要部位有：1.设计分离面上叉耳对接和平面多孔对接部位的对接间隙、孔同轴度、孔距及外形阶差的不协调。2.工艺分离面上各配合对接部位的不协调，同一部件内有长度协调性要求的各装配件间(如机头及机身各段件中的壁板、梁等的长度协调)长度或间距不协调。3.舱门、口盖与机体相配合部位酌配合间隙、外形阶差等的不协调。4.零件与零件及零件与装配型架之间配合面和贴合面的不协调。17§2.3飞机制造中保证协调的方法要使两个相互配合的零件的同名尺寸相互协调，它们的尺寸传递过程之间就必然存在一定的联系。如图所示，零件A和零件B是要相互协调的。假定LA和LB是协调尺寸，则它们的形成经过多次尺寸传递，其中有的是两个尺寸公共的环节，有的尺寸是两个尺寸各自的环节，后者将产生两个尺寸的协调误差ΔAB。18联系因数K)(221nnmK（1）m＝1，n11，n21独立制造原则；（2）m1,n11，n21相互联系原则；（3）m1，n1＝n2＝1相互修配原则。m——尺寸传递中公共环节的数量；n1、n2——零件A、B尺寸传递中各自环节的数量；K——表示两个零件在尺寸传递过程中的联系紧密程度。19（1）按独立制造原则进行协调20（1）按独立制造原则进行协调制造误差的方程式可以写成下列形式：△0——原始尺寸的误差；△i——零件A尺寸传递中的第i个环节的误差；△j——零件B尺寸传递中的第j个环节的误差；n1、n2——零件A、B尺寸传递中各自环节的数量；零件A和B尺寸的协调误差△AB可表示为：△21（1）按独立制造原则进行协调相互配合的零件，按独立制造原则进行协调时，协调准确度实际上要低于各个零件本身的制造准确度。为保证两个零件具有比较高的协调准确度，就要求各个零件应具有更高的制造准确度。22（2）按相互联系原则进行协调当零件按相互联系制造原则进行协调时，零件之间的协调准确度只取决于各零件尺寸单独传递的那些环节，尺寸传递过程中的公共环节的准确度并不影响零件之间的协调准确度。23（2）按相互联系原则进行协调制造误差的方程式可写成下列形式：1110nmiimkkA2110nmjjmkkBA和B零件尺寸的协调误差可由下式确定：协调误差带公式为：2111nmjjnmiiBAAB2111nmjjnmiiAB24（2）按相互联系原则进行协调如果其它条件相同，采用独立制造和相互联系制造两种不同的协调原则时，即使零件制造准确度相同，但却得到不同的协调准确度。按相互联系制造原则能得到更高的协调准确度。而且在尺寸传递过程中公共环节越多，协调准确度也就越高。25（3）按相互修配原则进行协调26（3）按相互修配原则进行协调mkkA101110mAmmkkB1mBAAB制造误差的方程式可写成下列形式：A和B零件尺寸的协调误差可由下式确定：1mAB协调误差带公式为：27（3）按相互修配原则进行协调这种协调原则的联系系数K最大。在一般情况下，这种协调原则比按相互联系制造原则能够达到更高的协调准确度。采用相互修配原则进行协调时，协调准确度仅决定于将A零件的尺寸传递给B零件时这一环节的准确度。28（4）三种尺寸传递原则的应用①根据飞机构造和制造特点，对于与气动外形有关的零件，要达到较高的制造准确度比较困难，或者在经济上不合理。但是为了保证互换，首先必须保证协调准确度。实际上，在飞机生产中出现的问题大量是协调方面的。若采用独立制造原则，为达到协调准确度要求，就必须对零件制造准确度提出更高的要求。这一点用目前常规的制造方法难以做到。29（4）三种尺寸传递原则的应用②形状复杂的零件采用相互联系制造原则。在制造过程中，将那些技术难度大、制造准确度不可能达到很高的环节，作为尺寸传递的公共环节，这样就能显著地提高零件之间的协调准确度。由于飞机构造上的特点，采用这种原则保证协调具有特别重要的现实意义。而独立制造原则仅适用于那些形状比较简单的零件，如起落架、操纵系统等机械加工件零件。30（4）三种尺寸传递原则的应用③采用独立制造原则便于组织生产，能够平行、独立地制造零件、组合件或部件，以及各种工艺装备。故扩大了制造工作面，有利于缩短生产准备周期，也便于开展广泛的合作。而当采用相互联系制造原则时，生产中所用的工艺装备都必须按一定的协调关系依次制造，显然使生产周期加长。31（4）三种尺寸传递原则的应用④按相互修配原则进行协调，虽然能够保证零件之间有很好的协调性，但不能达到零件互换性的要求。同时，修配劳动量大，装配周期长。只有在其它协调原则在技术上和经济上都不合理，而且不要求零件具有互换性时，才采用这种协调原则。一般在飞机成批生产中尽量少用，在飞机试制中应用较多。32（4）三种尺寸传递原则的应用计算机辅助设计和计算机辅助制造技术的迅速发展，为在飞机制造中广泛采用独立制造原则创造了条件。飞机的外形可以通过建立相应的数学模型来准确地加以描述，飞机结构件的几何形状和尺寸也可以准确地存储在计算机内。在此基础上，产品的几何信息就直接传递给计算机绘图设备和数控加工设备，以输出图形和进行加工。这样，机械加工零件、成形模具以及与外形有关的工艺定位件等工艺装备，可以达到很高的制造准确度。这不但保证了协调要求，还可能提高协调准确度。因此，随着计算机辅助设计和计算机辅助制造技术应用的深入，飞机产品的全数字化定义有利于在飞机制造中实现独立制造原则以及实施并行