壁板类组件高精度装配技术研究

陆富斌

中航西安飞机工业集团股份有限公司   陕西西安    710089

摘要: 利用传统方法装配尺寸大、刚度弱、曲率大等特性的壁板类组件时，时常出现壁板外形、蒙皮边缘轮廓超差等问题，无法满足高精度装配的要求。针对这一问题，本文提出了一种壁板类组件高精度装配技术，从零件制造、测量规划、装配制造等方面进行深入分析研究，不仅能够有效提高壁板类组件装配的精度，还可以大幅缩短壁板类组件装配的周期。实践证明，与传统方法相比，本文使用的方法显著提高了壁板类组件装配的精度。

关键字：壁板外形；蒙皮边缘轮廓；高精度；

1引言

一架飞机产品质量与性能的好坏，很大程度上取决于飞机制造过程中非常重要的一环——装配制造，而壁板类组件作为飞机的重要组成部分之一，其装配精度将直接影响飞机的各项性能指标。壁板类组件蒙皮通常有着尺寸大、刚度弱、曲率大等特点，这也使得蒙皮在装配制造的过程中极易发生变形，造成装配完成后产品外形、边缘轮廓等关键特征数据超差的问题出现。因此如何高精度装配壁板类组件，成为了一个亟需解决的问题。

2实施过程

2.1零件制造

壁板类组件通常由框、纵梁、长桁、蒙皮及连接角片等零件组成，装配过程中，首先定位由框和纵梁组成的骨架，蒙皮与长桁进行预组合，再利用蒙皮自带的耳片孔定位蒙皮零件，然后将蒙皮向骨架方向压紧。

由于蒙皮零件尺寸大、刚度弱，因此在制造完成后会存在不同程度的变形。为保证蒙皮零件定位完成后不与骨架干涉，避免大面积打磨锉修骨架零件外形面，在零件制造时，与蒙皮零件贴合的骨架零件外形面按负差进行加工制造。

蒙皮零件从下料到零件制造再到壁板类组件装配需要经历多个转站过程，在每一个阶段都存在一定的误差，将这些误差累积起来往往会导致装配过程中出现蒙皮边缘轮廓超差的问题。为解决该问题，在零件制造过程中，蒙皮零件带余量交付，待到装配站位依据实际的修切数据对蒙皮边缘轮廓再进行精加工。在零件制造完成后，对蒙皮零件制造完成阶段的外形面和边缘轮廓进行测量，并将测量数据、分析结果和蒙皮零件一同交付装配站位。

通过容差分配、零件带余量等手段在零件制造阶段对关键特性进行控制，再利用测量分析监控在零件制造阶段蒙皮是否符合要求。既实现了数据的原始积累，也为后续现场装配、测量分析等奠定了坚实的基础。

2.2测量规划

2.2.1 识别关键控制特征及提取关键特征模型数据

在正式进行测量之前，首先需要做的是识别关键控制特征和提取关键特征模型数据。壁板类组件是构成飞机气动外形的主要结构件，同时骨架外形面直接影响蒙皮外形面，骨架腹板面直接影响飞机的传力性能，因此对于骨架外形面、骨架腹板面、蒙皮外形面和蒙皮边缘轮廓等数据都有着很高的要求。

关键控制特征识别完成后，利用CATIA等软件提取壁板类组件的骨架外形面、骨架腹板面、蒙皮外形面和蒙皮边缘轮廓等数据。关键特征模型数据用于与装配现场测量结束后得到的测量数据进行比对分析，进而判断产品是否符合设计要求。

2.2.2 选取测量设备

其次，需要对测量设备进行筛选，选用合适的测量设备进行测量工作。激光跟踪仪测量系统是一种基于角度传感和测长技术的球坐标测量系统，具有精度高、范围广、实时测量等特点，被广泛应用于航空、航天、造船、机械制造等领域。激光跟踪仪主要由激光跟踪头、控制机、反射球、气象传感器和用户计算机等组成[1]。激光跟踪仪测量系统的基本原理：激光跟踪仪通过投射激光束至反射镜，反射镜将其光束按原路反射回激光跟踪仪，在球坐标系下测量1个长度值和2个角度值，即得出空间点的三维坐标[2]。因此采用激光跟踪仪作为测量设备进行测量分析工作。

2.2.3 激光测量规划

为缩短生产周期，提高测量效率，在实际测量之前，需进行测量仿真，制定测量方案。

在保证装配现场空间足够开敞的前提下，结合装配流程，规划激光跟踪仪架设位置，建立飞机坐标系对测量光路进行仿真，确保测量光路对产品具有包络性，可完全覆盖壁板类组件的骨架外形面、骨架腹板面、蒙皮外形面及蒙皮边缘轮廓等。

2.3装配制造

2.3.1外形控制

装配现场开工后，首先定位由框、纵梁零件组成的骨架。骨架定位完成后，依据测量规划对骨架外形面和腹板面进行测量，得出实际定位数据。实测数据与测量规划阶段提取的骨架外形面和骨架腹板面模型进行比对分析，依据分析结果判断骨架零件定位是否符合要求。若定位超差，则依据分析结果对骨架零件定位进行微调。

骨架定位符合设计要求后，对骨架零件进行制孔连接。然后利用耳片孔定位蒙皮零件。壁板类组件蒙皮大多有着尺寸大、刚度弱、曲率大等特点，利用蒙皮拉紧带将蒙皮往骨架方向压紧时会出现局部区域蒙皮与骨架有较大间隙的现象，压紧效果并不理想。为解决该问题，申请一套保型工装，保型工装带压紧卡板，为避免压紧卡板与蒙皮外形发生干涉，压紧卡板与蒙皮外形面设置理论间隙，装配时根据压紧卡板与蒙皮外形面之间的实际间隙添加垫片进行补偿。保型工装上设置工艺接头与产品进行连接，连接处借用产品连接孔，待产品装配完成后可将保型工装和产品一同吊出壁板类组件站位，下一站位可利用保型工装对壁板类组件直接进行定位，既提高了生产效率，也大大缩短了生产周期。

利用保型工装将蒙皮压紧后，依据测量规划对蒙皮外形面进行测量，测量完成后将实测数据与之前提取的蒙皮外形面模型进行对比分析，依据实测数据与理论数据的对比分析结果，可直观获取蒙皮零件的定位状态，如定位超差，可依据分析结果对蒙皮零件进行调装。

2.3.2边缘轮廓控制

蒙皮零件定位完成后，利用壁板类组件装配型架上设置的边缘轮廓检验装置对蒙皮边缘轮廓进行检查。检验装置与蒙皮外形面曲率相同且齐平，与蒙皮边缘轮廓预留间隙。检验装置上预留蒙皮边缘轮廓加工工具接口。

利用工装上检验装置进行检验后，可粗略得出蒙皮边缘轮廓的修切量。再依据测量规划对蒙皮边缘轮廓进行测量，测量完成后将实测数据与之前提取的蒙皮边缘轮廓模型进行对比分析，通过实测数据与理论数据的对比分析结果，可精确获取蒙皮边缘轮廓的修切量，利用检验装置上边缘轮廓加工工具接口对蒙皮边缘轮廓进行精加工。

3总结

  本文针对壁板类组件由于蒙皮尺寸大、刚度弱、曲率大等因素导致的装配问题，提出了一种壁板类组件高精度装配技术。零件制造阶段通过容差分配、留余量等方式对关键特征进行控制，然后提前规划测量方案。装配制造阶段，结合装配流程，分别在骨架和蒙皮零件定位完成后，依据测量方案在装配现场针对骨架外形面、骨架腹板面、蒙皮外形面及蒙皮边缘轮廓进行两次测量，利用获取的测量数据与已提取的理论模型进行分析比对，通过分析比对结果，对现场骨架、蒙皮外形及蒙皮边缘轮廓进行调装修配处理，实现壁板类组件高精度装配。与传统方法相比，本文提出的技术方法明显提高了装配精度，缩短了装配周期。

参考文献

[1]陈智勇,吴建军,赵玉静,等.激光跟踪测量系统在飞机型面测量中的应用.机械设计与制造,2009,(12):68-70.

[2] 邹爱丽, 王亮, 李东升, 等. 数字化测量技术及系统在飞机装配中的应用. 飞机数字化检测技术,2011, (21):72-75.