飛機裝配型架模塊化設(shè)計技術(shù)分析范文
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《國防制造技術(shù)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(xué)技術(shù)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(guān)鍵指標，在整個飛機研制過程中起著相當重要的作用，其設(shè)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(guān)鍵詞：
飛機裝配主要是通過將產(chǎn)品零件結(jié)合相關(guān)的設(shè)計要求和技術(shù)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(fù)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(shù)的提高越來越得到飛機制造商的廣泛關(guān)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(shè)計和制造過程息息相關(guān)，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(shè)計相關(guān)技術(shù)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(shè)計方法
對于傳統(tǒng)型架的設(shè)計方法，通?？梢苑譃樵O(shè)計前期準備工作、方案設(shè)計、詳細設(shè)計和最終設(shè)計等四個階段。工裝設(shè)計人員還應(yīng)結(jié)合以往的設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)計通常在產(chǎn)品設(shè)計完成后才進行，采用串行的設(shè)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(shè)計的新技術(shù)
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(lǐng)域都取得了快速的發(fā)展，傳統(tǒng)的型架設(shè)計方法在成本、質(zhì)量、周期、環(huán)保、服務(wù)等方面已經(jīng)無法滿足市場發(fā)展的要求，設(shè)計師通過不斷研究新的設(shè)計方法和工具來提高工裝技術(shù)水平，減少制造周期和成本，其中，并行設(shè)計方法使得產(chǎn)品設(shè)計的工藝性得到了很大提高，也大大縮短了工裝設(shè)計周期，智能設(shè)計系統(tǒng)和有限元分析使零件和組合件的設(shè)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(shè)計方法
工裝和產(chǎn)品并行設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)計、制造周期短，不需要專門的大型專用設(shè)備。因此，在產(chǎn)品設(shè)計的初期就可以進行工裝標準結(jié)構(gòu)件的設(shè)計與制造，當產(chǎn)品最終版本發(fā)放后，只需設(shè)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(shè)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(shè)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(shù)、模塊化結(jié)構(gòu)和自動控制技術(shù)，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(shè)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(shè)計方法
所謂內(nèi)定位裝配設(shè)計方法，指的是在剛性較好的骨架零件上預(yù)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(yīng)定位器進行定位的一種方法。裝配型架結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)計方法
裝配型架的數(shù)字化包括數(shù)字化設(shè)計、數(shù)字化制造和數(shù)字化檢測。型架的數(shù)字化設(shè)計是指在三維環(huán)境下，進行型架結(jié)構(gòu)的零組件設(shè)計和數(shù)字化預(yù)裝配。數(shù)字化制造是應(yīng)用數(shù)字化設(shè)計的工裝模型，采用數(shù)字化加工設(shè)備，對工裝的關(guān)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(shè)備對型架進行檢驗測量[6]。裝配工裝采用數(shù)字化設(shè)計，是依據(jù)產(chǎn)品外形數(shù)模和結(jié)構(gòu)模型，利用設(shè)計軟件在計算機上進行工裝三維模型的數(shù)字化定義，應(yīng)用有限元軟件進行工裝剛度強度校核，應(yīng)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(shè)計方法
型架的模塊化設(shè)計是基于工裝設(shè)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(shè)計對提高工裝設(shè)計效率是一條簡單而有效的途徑。此外，針對所使用的設(shè)計軟件開發(fā)輔助設(shè)計工具，將設(shè)計師從繁瑣的操作和重復(fù)勞動中解放出來，對提高設(shè)計效率也是非常有效的。在數(shù)據(jù)庫的開發(fā)過程中，應(yīng)充分考慮目前工裝設(shè)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(shè)計技術(shù)研究與實現(xiàn)[D].南京:南京航空航天大學(xué),2012.
[2]劉平,魏瑩,邱燕平.現(xiàn)代飛機裝配型架設(shè)計新技術(shù)[J].洪都科技,2007(3):17-21.
[3]鄒仁珍.飛機裝配型架設(shè)計約束求解技術(shù)研究與實現(xiàn)[D].南京:南京航空航天大學(xué),2009.
[4]叢培源.數(shù)字化測量技術(shù)在型架裝配中的應(yīng)用研究[D].杭州:浙江大學(xué),2015.
[5]張云華.飛機壁板裝配柔性工裝設(shè)計與優(yōu)化技術(shù)研究[D].沈陽:沈陽航空航天大學(xué),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(shù)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
