洪都科技 HoNGDU SCIENCE AND TECHNoLoGY 现代飞机装配型架设计新技术刘平 魏莹 邱燕平 (洪都航空工业集团) 摘要装配型架是用来保证飞机的准确度和互换性，是飞机装配中必不可少的工装。本文介绍了一些国内外装配型架设汁的新技术、新方法。关键词装配型架设汁数字化设计模块化 New Technology for Design of M odern Aircraft Assembly Jig LiuPing WeiYing OiuYahPing (Hon u Aviation Industry Group) Abstract The assembly {ig iS adsolutely necessarily in aircraft assembly because it iS used to ensure accuracy and interchangeability of the aircraft．This paper introduced some new technologies and approaches to design the assembly jig both at home and abroad． Keywords Assembly iig design Digital design Modularization 引 言近年来，全球制造业正以垂直整合的模式向亚太地区转移，我国正成为世界制造业的重要基地。工装设计水平是反映一个国家飞机制造水平的关键指标之一。其中装配型架的设计和制造在整个生产工艺装配中占很大的比重。装配型架结构是否合理、正确，不但对装配型架本身制造工作量大小、周期长短、成本高低和装配条件有直接的影响，而且也决定着各工件的对接、配合尺寸是否协调一致，对飞机装配的互换协调性、制造质量和进度有很大影响，直接影响整个飞机的制造周期。飞机装配是将零件(成部件、组件)按照设计和技术要求进行组合、连接形成高一级的装配件或整机的过程。飞机装配由于产品尺寸大、形状复杂、零件以及连接件数量多，其劳动量占飞机制造总劳动量的一半左右甚至更多。因此，经济发达国家对飞机装配技术十分关注，并投入巨资进行研制。而飞机装配必不可少的工艺装备是装配型架。为了保证飞机的可靠性和稳定性，飞机的制造和装配精度要求高，制造及装配难度大。装配型架设计与产品装配和制造过程密切相关，装配型架不仅影响产品制造和装配精度，而且是把握产品的唯一尺度。 l7 维普资讯 http://www.cqvip.com 洪都科技 2007 2 传统型架设计方法传统的装配型架设计过程一般分为四个阶段：第一，设计前准备工作，包括消化产品设计资料；了解有关工艺方案和指令性工艺文件(如装配方案、协调方案等)；了解装配内容、装配程序、交接状态等。第二，草图设计或型架设计方案的确定。第三，绘制工作总图。第四，绘制零件图。工装设计人员还要根据经验在设计过程中增加保险系数来保证工装的刚度和强度，因而使工装缺乏美感，造成材料的浪费。为了保证产品的互换协调性，一个部件的装配往往不是一个装配型架，而是一组装配型架。因此，型架的协调性和成套性显得尤为重要。为保证协调性，生产中大量采用了标准工装和模线样板，即制造协调依据。传统的工装设汁制造采用模线样板、标准样件(量规)工作法。模线洋板、标准样件(量规) 作为原始制造和协调依据，通过样件(量规)的实物外形和交点孔位传递产品的外形和交点要求，并保证产品制造过程的协调互换，然后制造表面样件、过渡工装等，直至完成型架制造。为了保证产品制造精度和互换协调，飞机制造过程中采用了成套装配型架。为了减小装配过程中结构的变形并保证准确定位，现有装配型架采用刚性结构，而且一套型架只能用于—个装配对象，因此．飞机生产准备过程中需要制造大量的装配型架。由于要求精度高，结构复杂，因此装配型架的制造周期长，成本高。传统的装配型架上要安装许多定位器。为了保证定位器的精度，定位件的安装往往需要专用的且精度高的标准样件、安装仪器(如电子经纬仪、激光准直仪等)，工作分散性差，安装效率低，安装周期长。一般飞机生产准备周期占其研制周期的1／2以上，而装配型架的设计制造是飞机生产准备的主要内容之一。减少型架的制造时间，对缩短整个产品研制周期有重要意义。为缩短生产准备闻期，人们希望产品设计完成后，生产工装很快就能投入使用，而型架设计的依据是产品结构数据，需要模线样板和标准样件进行协调。因而传统的型架设计方法往往是在产品设计完成后设计模线样板和标准样件，然后才开始进行装配型架的设计，同时设计辅助工装。实际生产过程中，装配对象的设计数据经常改动，导致模线样板和标准样件等随之改动，同时装配型架的设计必然随之改动，这又延长了型架的设计制造周期。 3 现代装配型架设计的新技术随着市场经济的发展，为了能在激烈的市场竞争中立稳脚跟谋求发展，企业必须以最新的产品、最短的开发时间、最优的质量、最低的成本、最佳的服务、最好的环保效果和最陕的市场响应速度来赢得市场和用户。航空制造业的竞争日趋激烈，人们要求飞机的承载能力更强。更高效。而交货周期要求更短。为了满足各方面的要求，设计师们不得不寻求更先进的设计方法和工具，以提高产品质量，缩短研制周期。有限元分析法和智能设计系统加速了产品的优化设计，使零件、组合件的设计 l8 维普资讯 http://www.cqvip.com 第3期 刘平魏莹等：现代飞机装配型架设汁新技术达到了前所未有的精度。这些先进的方法和工具为型架设计方法的改进提供了技术基础。 3．1 飞机结构和工装的并行设计方法飞机的工作环境比较恶劣，且其精度要求又越来越高。机身内部成件愈来愈多，结构越来越复杂，导致设计周期更长，设计更改更多，这必然影响工装的设计、制造周期，延长了产品的研制周期。要缩短产品的上市周期，在结构设计的同时，就应开始工装设计，即产品和工装的并行设计。由于工装的设计依据来源于产品的数据，要在最终产品数据还未确定的情况下进行工装设计，工装的部分结构必须独立于产品数据。工装和产品并行设计的一个基本思路是改变传统的工装结构，将其划分为独立于产品设计数据或只需要基本数据的标准结构和依赖于最终产品数据的专用结构件两部分。装配型架的标准结构部分主要有立柱、底座、辅助支撑等，标准结构尺寸相对较大，需用专用大型加工设备，制造周期长。专用部分主要有刻度板、接头定位件等，专用件一般尺寸较小，设计、加工制造周期短，不需要专门的大型专用设备。因此，在产品设计的初期就可以进行工装标准结构件的设计制造，当产品最终版本发放后，只需设计制造专用结构就可以进行装配了。 3．2 装配型架的柔性设计方法柔性装配工装是基于产品数字量尺寸协调体系的、可重组的模块化、自动化装配工装系统，其目的是免除设计和制造各种产品(如飞机壁板、翼梁等)装配专用的传统装配型架、夹具，从而降低工装制造成本，缩短工装准备周期，减少生产用地，同时大幅度提高装配生产率。提高产品工艺装备“柔性”的方式有两种，一种是拼装型架方式，用标准化、系列化的型架元件来拼装型架；另一种是可卸定位件方式，即型架骨架基本不变，而分布于骨架上的定位器全部做成可拆卸的，这样，当生产任务发生变化时，只需要更换行动定位器即可。柔性装配工装技术在国外飞机制造中体现的特别明显，典型的应用有空客飞机机翼壁板柔性装配工装、水平安定面升降舵柔性装配工装、机身柔性装配工装和总装用的柔性对接工装等。飞机的研制型号改型多，更新速度快，型架大，装配型架相应就非常多，淘汰速度快，占地面积大。传统装配工装采用刚性结构，一套型架只能装配—个组合件或部件。柔性装配型架可以装配不同产品，能够减少型架数量，从而减少工装制造周期和费用，减少生产用地。柔性装配技术在国外大型航空企业已经普遍采用，国外飞机制造技术的发展表明，采用柔性装配是缩短生产准备周期，降低生产成本的有效途径。柔性设计的基本思想是在型架中采用可以快速调整的机构，以满足不同装配对象的装配要求。一般型架有数个立柱，每个立柱上有很多定位件。型架上的立柱和定位件甚至底座都是可以调整的。柔性装配型架采用确定装配设计方法可以缩短型架的制造周期，同时采用内定位的装配方法又可以简化型架。 3-3 装配型架的内定位装配设计方法在刚性较好的骨架零件(或组合件)上预先制出坐标定位孔，装配时在装配型架(或装配 l9 维普资讯 http://www.cqvip.com 洪都科技夹具)中以骨架零件上的坐标定位孔按相应定位器进行定位，即内定位装配方法。主旨是以孔代替外形作为定位基准，用简单的定位孔定位件代替外形卡板，型架不采用或少采用外形卡板或包络板，这种装配方法所用的装配型架结构比较简单，制造费用低，装配时工作开敞性好。传统的装配型架均是以骨架外形为基准进行设计，装配型架采用的外卡板定位骨架外形和夹紧蒙皮，从而又要求卡板带蒙皮的外形，外卡板存在下述缺点：第一是卡板尺寸大，重量重，型架骨架粗大、复杂、笨重；第二是型架开敞性差；第三是卡板制造工作量大；第四是卡板需开启，型架实际占地面积较大；第五是对大型部件，可开启的卡板，影响型架工作梯的安装；第六是型架制造成本高。采用内定位装配方法，装配型架结构设计与传统的型架设计相比有两大改变：一种是大量采用孔定位件。在刚性好的结构件上，直接利用结构孔定位或者事先在结构件上留取工艺孔。另一种是采用多支点可调支撑。装配型架在设计时采用多支点可调的支撑形式，以便将地基的不均匀变形对装配型架精度的影响限制在局部范围内。这是一种“以动制动”的制约方式，型架结构也变得轻巧，焊接框架的截面尺寸普遍减小。另外，采用多支点可调支撑给吊装、搬运带来很大的方便。采用内定位装配方法时，以骨架上的工艺孔为基准装配，准确定位骨架，在刚性骨架准确定位连接后，覆盖蒙皮壁板，就可以保证外形的准确，对外形卡板的应用可大量减少。这样可极大地简化工装，最大限度的减少工装的品种和数量，减少工装设计工作量，降低工装制造成本，缩短生产准备周期，并使得飞机装配的施工通路开敞，从而提高工艺制造工作的效率，以赢得宝贵的研制周期。某公司转包产品均采用内定位方法，主要是用孔定位代替外形定位(即用简单的定位孔定位件代替外卡板)和用内形定位代替外形定位(即采用内型板定位件代替外卡板)。如波音垂尾装配时垂尾总装型架结构比较简单，前梁组合件以型架上垂尾接头定位器、梁腹板定位孔定位件定位；后梁组合件以型架上后梁接头定位器、方向舵悬挂支臂接头定位器定位，以外形压紧件压紧；根肋靠前、后梁零件面和定位孔定位件进行定位；翼尖斜肋处设定位板，以两个定位孔和肋前缘处局部外形定位。还有法航340翼盒装配型架也是采片{了内定位的形式。内定位的装配方法大大的缩短了研制周期和简化了工装。 3．4 装配型架的数字化设计方法对于装配工装的设计，要进行产品与产品、产品与工装、工装与工装之间静动态干涉检查。对于装配型架的设计要考虑工件的出架方式。由于零部件形状和工装都是空间三维形状，在进行干涉检查过程中，工艺人员很难想象这些三维空间的几何体之间的相互位置关系，干涉现象是减少设计更改的关键，传统的设计方法对此是无能为力的。利用数字化设计，可以根据产品外形和内部结构数字化模型，利用数字化预装配技术在计算机上进行产品造型和装配的全过程，达到零件加工前就能进行配合检查，可以检查工件的干涉和配合不协调的情况，降低由于工程错误和返工等造成的设计更改成本。 20 维普资讯 http://www.cqvip.com 第3期 刘平魏莹等：现代飞机装配型架设计新技术装配型架的数字化包括型架的数字化设计、数字化制造和数字化检测。型架的数字化设计是指在三维环境下，进行型架结构件的零组件设计和数字化预装配设计。数字化制造是指应用数字化设计的工装模型，采用数字化加工设备，对工装的关键特征型面、互换协调交点等进行加工和装配。数字化检测是指采用数字化检测设备对型架进行检测。在JSF项目的竞争中。某公司的数字化检测技术就是其战胜波音而获胜的关键技术之一。采用型架数字化设计制造，产品的外形和协调互换信息用数字量代替传统的模拟量传递，采用数字化设备加工和装配，利用数字化检测设备进行检测，保证飞机制造的外形和协调互换的要求。数字化设计制造技术的应用，使型架设计和制造过程发生了很大变化，三维数字量取代了模拟量传递的协调方法，取消了样板、样件，缩短了装配型架的制造周期。 3．5 装配型架的模块化设计方法型架的模块化设计即工装设计的各种数据库的建立和完善，模块化设计对提高工装设计效率是一条简单而有效的途径，包括标准件库的建立和完善，有关工艺数据的建立，工装典型结构库的开发等等。另外，针对不同工装开发各种专用工装设计系统对提高设计效率也是非常有效的。在数据库的开发过程中，应充分考虑目前工装设计的主流平台，使不同的系统能够互相无缝连接。工装的模块化设计首先应对目前工装的典型结构进行分析总结，对一些标准结构进行预先加工制造，这样当接到订单后就能很快的调用数据库中的模块进行型架的设计，可以大大的缩短设计、制造周期。模块建成后，可以省去很多繁琐的计算等工作。 4 结束语飞机工装在飞机制造过程中占有很重要的地位，其设计方法对飞机的研制周期和上市周期有着较大的影响。在装配型架的设计过程中，综合运用新的工装设计方法，可以大大缩短飞机的研制和上市周期，极大的降低研制过程中工装所占的费用，是一件利国利民的好事。． 参考文献 l范玉青．现代飞机制造技术、北京航空航天大学出版社．200 1 2刘洪． 飞机工装设计制造技术探讨．航空制造技术，2006，1 2 3任晓华．新型飞机自动化装配技术．航空制造技术，2005，12 4郭恩明．国外飞机柔性装配技术．北京航空制造工程研究昕，2005 作者简介刘平，男，1975年I 1月出生。2002年8月毕业于沈阳航空工业学院。 (收稿日期：2007—03—28) 21
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