國外大型飛機裝配型架設(shè)計的新方法

1、國外大型飛機裝配型架設(shè)計的新方法航空制造業(yè)的競爭日趨激烈，人們要求飛機的承載能力更強，更高效，而交貨周期卻更短。為滿足這些嚴(yán)格的要求，飛機設(shè)計師不得不尋求更先進(jìn)的設(shè)計方法和工具，以提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短研制周期。有限元分析方法和智能設(shè)計系統(tǒng)加速了產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計，使零件、組合件的設(shè)計達(dá)到了前所未有的精度。這些先進(jìn)的方法和工具為型架設(shè)計方法的改進(jìn)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。傳統(tǒng)型架設(shè)計方法存在的問題飛機結(jié)構(gòu)件尺寸大，剛度小，而制造精確度要求高。為保證產(chǎn)品制造精度和互換協(xié)調(diào)，飛機制造過程中采用了成套裝配型架。為減小裝配過程中結(jié)構(gòu)的變形并保證準(zhǔn)確定位，現(xiàn)有裝配型架采用剛性結(jié)構(gòu)，而且一套型架只能用于一個裝配對象，因此，

2、飛機生產(chǎn)準(zhǔn)備過程中需制造大量的裝配型架。由于尺寸大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此，裝配型架的制造周期長，成本高，而且占地面積大。傳統(tǒng)的裝配型架上要安裝許多定位件，為保證定位精度，定位件的安裝往往需要專用安裝儀器，如電子經(jīng)緯儀、激光準(zhǔn)直儀等，工作的分散性差，安裝效率低，安裝周期長。一般飛機生產(chǎn)準(zhǔn)備周期占飛機研制周期的 1 2 以上，而裝配型架的設(shè)計制造是飛機生產(chǎn)準(zhǔn)備的主要內(nèi)容之一。減少型架的制造時間對縮短整個飛機研制周期有重要意義。為縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，人們希望飛機設(shè)計完成后，生產(chǎn)工裝很快就能投入使用，而型架設(shè)計的依據(jù)是飛機結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，因而傳統(tǒng)的型架設(shè)計往往在飛機設(shè)計完成后才開始進(jìn)行。實際生產(chǎn)過程中，裝配對象的設(shè)

3、計數(shù)據(jù)經(jīng)常改動，導(dǎo)致裝配型架的設(shè)計隨之改動，這又延長了型架的設(shè)計制造周期。確定裝配設(shè)計方法為縮短飛機研制周期，目前國外許多公司都采用了“確定裝配” (Determinate Assembly) 設(shè)計方法。確定裝配是用來描述產(chǎn)品設(shè)計過程的一個術(shù)語，其基本思想是構(gòu)成產(chǎn)品的不同零件在預(yù)定義的結(jié)合面配合裝配，整個裝配過程不需要專門的測量儀器和復(fù)雜的測量及調(diào)整。確定裝配設(shè)計方法屬于面向制造和裝配的設(shè)計方法的一部分，這種設(shè)計方法的潛在好處是減少工裝和工具，提高裝配效率，從而減少生產(chǎn)準(zhǔn)備周期和制造費用。從理論上講，這種設(shè)計方法要求零件的準(zhǔn)確度高，不同零件“吸附在一起(Snap together)”就可保證產(chǎn)

4、品裝配的準(zhǔn)確度。因此，這種設(shè)計方法必須以三維 CAD系統(tǒng)和智能設(shè)計系統(tǒng)為設(shè)計工具，以高精度 CNC設(shè)備為加工手段。在型架設(shè)計中確定裝配設(shè)計方法的一個具體應(yīng)用就是采用“銷釘板” (Pegboard) ，比如在立柱上加工許多標(biāo)準(zhǔn)的坐標(biāo)孔，有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的銷釘與坐標(biāo)孔配合。為了定位裝配對象，專門加工了許多定位用刻度板(Indexplate) ，這些刻度板上也有坐標(biāo)孔，可以通過銷釘及相應(yīng)的坐標(biāo)孔將刻度板定位在立柱的銷釘板上。刻度板和立柱的裝配不需要專門的光學(xué)儀器和其他安裝工具?？潭劝迨菍ｉT針對裝配對象的特點加工的，用于桁條等結(jié)構(gòu)的定位。飛機結(jié)構(gòu)和裝配型架的并行設(shè)計民用飛機的結(jié)構(gòu)尺寸愈來愈大，如目前最大的超

5、大型客機 A380，雙層客艙，高 24m，長 73m，翼展寬 80m，標(biāo)準(zhǔn)機型載客 550650 人。飛機結(jié)構(gòu)的大型化對設(shè)計人員提出了新的挑戰(zhàn)。由于結(jié)構(gòu)尺寸的增大，設(shè)計人員需要解決承載和空氣動力外形方面所遇到的許多問題，從而導(dǎo)致設(shè)計周期更長，設(shè)計更改更多，這必然影響工裝的設(shè)計，制造周期，延長了產(chǎn)品的上市周期。要縮短產(chǎn)品上市周期，在飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計的同時就應(yīng)開始工裝設(shè)計，即飛機產(chǎn)品和飛機工裝的并行設(shè)計。由于工裝的設(shè)計依據(jù)來源于飛機產(chǎn)品數(shù)據(jù)，要在最終產(chǎn)品數(shù)據(jù)還未確定的情況下進(jìn)行工裝設(shè)計，工裝的部分結(jié)構(gòu)必須獨立于產(chǎn)品數(shù)據(jù)。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)品數(shù)據(jù)或只

6、需要基本數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)和依賴于最終產(chǎn)品數(shù)據(jù)的專用結(jié)構(gòu)件兩部分。裝配型架的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)部分主要有立柱、底座、輔助支撐等，專用部分主要有用于定位桁條的刻度板、接頭定位件等。專用件一般尺寸較小，設(shè)計、加工制造周期很短，并且不需專門的大型加工設(shè)備。標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)尺寸大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，往往需要專用大型加工設(shè)備，其設(shè)計、制造周期長。標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計不需要最終產(chǎn)品數(shù)據(jù)或只需一些基本數(shù)據(jù)，因此在飛機產(chǎn)品設(shè)計的初期就可進(jìn)行設(shè)計制造，當(dāng)產(chǎn)品最終版本發(fā)放后只需較短的時間就可完成專用結(jié)構(gòu)的設(shè)計制造。標(biāo)準(zhǔn)件和專用件采用確定裝配設(shè)計方法，裝配非常方便，并且不需專用安裝工具，裝配周期短。這樣，在產(chǎn)品設(shè)計完成后很短時間內(nèi)型架就可投入產(chǎn)品裝配

7、。確定裝配和并行設(shè)計方法在 A380 壁板裝配型架的設(shè)計制造中取得了巨大的成功?？罩锌蛙囉疽匀S零件實體定義和開發(fā)的智能設(shè)計系統(tǒng)為工具，制造工程師可以將零件幾何特征很快轉(zhuǎn)換為桁條定位指針 (Stringer index) ，用于定位每一個桁條。裝配型架的柔性設(shè)計大型飛機的裝配型架更加龐大，制造周期長，占地面積大。傳統(tǒng)的裝配型架采用剛性結(jié)構(gòu)，一套型架只能裝配一個組合件或部件。柔性裝配型架可以裝配不同產(chǎn)品，能夠減少型架數(shù)量，從而減少工裝制造周期和費用，減少生產(chǎn)用地。柔性設(shè)計的基本思想是在型架中采用可以快速調(diào)整的機構(gòu)，以滿足不同裝配對象的裝配要求。一般型架有數(shù)個立柱，每個立柱上有多個定位件。分

8、析 A340600 的柔性型架的桁條定位部分可以發(fā)現(xiàn)。柔性型架的立柱、定位件，甚至底座都是可以移動或調(diào)整的。采用確定裝配設(shè)計方法設(shè)計制造的 A380 壁板裝配型架有數(shù)個桁條定位在型架上。型架的立柱上有帶多個坐標(biāo)孔的“銷釘板”，定位桁條的刻度板通過定位銷固定在“銷釘板”上。立柱上的定位指針在 z 向可以通過螺紋調(diào)整，通過絲杠可以在 y 向移動。立柱通過底座上的導(dǎo)軌可作 X 向移動。為了保證裝配對象在 y 向的定位，在底座上往往有多個輔助支撐。輔助支撐通過導(dǎo)軌可作 X 向移動， y 向定位點可以通過調(diào)整伸縮頂桿來調(diào)整?？湛陀局圃斓娜嵝愿咚巽T接系統(tǒng)中有兩套柔性裝配型架，可以鉚接A330 340，A319320321；A300 系列飛機機翼上下共有12種壁板，型架經(jīng)過一定的調(diào)整，還可用于 8 種壁板的裝配。每套型架有 l0 個可移動的立柱， 2 個圍框式接頭定位板， 5 個輔助支撐及底座。每個立棒上有一套定位系統(tǒng)以滿足不同壁板結(jié)構(gòu)的定位要求。定位系統(tǒng)包括 4 個可調(diào)節(jié)指針定位機構(gòu)，其中上下 2 個指針從蒙皮外表面定位，中間 2 個指針從蒙皮內(nèi)部對壁板定位。結(jié)束語大型飛機裝配型架在飛機研制過程中占有重要地位，其設(shè)計方法對飛機研制