現(xiàn)代飛機(jī)裝配技術(shù)

現(xiàn)代飛機(jī)裝配技術(shù)知識要點(diǎn)一、緒論1、飛機(jī)裝配定義：根據(jù)尺寸協(xié)調(diào)原則，將飛機(jī)零件或組件按照設(shè)計(jì)和技術(shù)要求進(jìn)行組合連接形成更高一級的裝配件或整機(jī)的過程。2、飛機(jī)裝配發(fā)展歷程：人工裝配、半自動化裝配、自動化裝配。3、飛機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：零件多、尺寸大、剛度小、外形復(fù)雜、精度要求高。其裝配具有與一般機(jī)械產(chǎn)品不同的技術(shù)和特點(diǎn)。4、現(xiàn)代飛機(jī)裝配技術(shù)發(fā)展趨勢：（1）柔性化：工裝和設(shè)備適合多種機(jī)型或零部件。（2）自動化：高效自動化裝配，具體體現(xiàn)為零部件自動化定位調(diào)姿、自動化制孔等。（3）數(shù)字化：高精度數(shù)字量傳遞。（4）集成化：工藝、工裝、設(shè)備緊密集成為有機(jī)整體。二、數(shù)字化制造1、數(shù)字化制造和傳統(tǒng)制造的最大區(qū)別：（1）改模擬量傳遞為數(shù)字量傳遞。（2）把串行工作模式變?yōu)椴⑿泄ぷ髂Ｊ健?、飛機(jī)數(shù)字化特點(diǎn)：縮短產(chǎn)品研制周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低研制成本。2、國外飛機(jī)數(shù)字化技術(shù)發(fā)展3個(gè)歷程：部件數(shù)字樣機(jī)階段1986——1992全機(jī)數(shù)字樣機(jī)階段1990——1995數(shù)字化生產(chǎn)方式階段1996——20034、 飛機(jī)數(shù)字化制造的3個(gè)內(nèi)容：CAD繪圖技術(shù)、CAD建模技術(shù)、MBD技術(shù)。5、 數(shù)字樣機(jī)的主要內(nèi)容：（1）1級數(shù)字樣機(jī)：飛機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)從用戶的需求開始。飛機(jī)總體設(shè)計(jì)組經(jīng)過對飛機(jī)的航程所需燃油、載客量、總體性能及制造成本進(jìn)行分析后，得出的數(shù)據(jù)就作為進(jìn)行初步產(chǎn)品數(shù)字建模的依據(jù)。建立飛機(jī)總體定義包括飛機(jī)的描述文檔、三面圖、外形氣動布局和飛機(jī)內(nèi)部輪廓圖（DIP）。（2）2級數(shù)字樣機(jī)：在生產(chǎn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)集發(fā)放之前，為工程部門用來進(jìn)一步進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)，驗(yàn)證設(shè)計(jì)構(gòu)型等。已經(jīng)用它對飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和不同設(shè)計(jì)組之間的界面進(jìn)行了協(xié)調(diào)，零部件外形已經(jīng)確定下來，但還未進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。在這階段數(shù)字化預(yù)裝配DPA）的工作進(jìn)展主要體現(xiàn)在為飛機(jī)的可維護(hù)性、可靠性、人機(jī)工程以及支持裝備的兼容性等進(jìn)行了盡可能的詳細(xì)設(shè)計(jì)，但尚未進(jìn)行詳細(xì)的裝配和安裝設(shè)計(jì)。工藝裝備設(shè)計(jì)以及描述裝配順序的工藝計(jì)劃正在進(jìn)行中。（3） 3級數(shù)字樣機(jī)：這階段，對詳細(xì)設(shè)計(jì)零部件進(jìn)行完整的數(shù)字化預(yù)裝配，諸如對飛機(jī)上的管道系統(tǒng)、控制電纜等制造和安裝進(jìn)行最后計(jì)算機(jī)描述。完成了最后階段的數(shù)字化預(yù)裝配設(shè)計(jì)工作，使所有的工程數(shù)據(jù)在發(fā)放前即可解決它們之間的干涉。6、 主尺寸表面MDS、數(shù)字內(nèi)部輪廓模型DIP構(gòu)成的飛機(jī)數(shù)字化產(chǎn)品定義7、 主尺寸表面MDS：即飛機(jī)的外形數(shù)學(xué)模型。它可以直接起到三維飛機(jī)模線的作用；用于三維飛機(jī)零組件的定義構(gòu)形；用于后續(xù)的制造、工裝設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)。8、 關(guān)鍵特性：對零組件不可能按指定的尺寸正確無誤地制造出來，制造出的零件尺寸一般在所標(biāo)尺寸的允許公差范圍內(nèi)。這些公差就是零組件的關(guān)鍵特性。其是反映產(chǎn)品幾何外形要求的信息，通常以公差、輪廓度、位置度等形式的信息出現(xiàn)。9、 MBD技術(shù)定義：MBD數(shù)據(jù)集集成了原來見于圖紙上的公差等信息，依靠一系列的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范將這些信息集成在3維的CAD模型文件當(dāng)中。10、 MBD數(shù)據(jù)集組成：相關(guān)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、實(shí)體模型、零件坐標(biāo)系統(tǒng)、三維標(biāo)注尺寸公差和注釋、工程注釋、材料要求等。11、 MBD技術(shù)意義：定義數(shù)據(jù)統(tǒng)一、提高工程質(zhì)量、減少零件設(shè)計(jì)準(zhǔn)備時(shí)間、電子化的存儲和傳遞、協(xié)調(diào)性好、減少成本、易派生出平面信息。三、裝配協(xié)調(diào)與容差分配1、制造準(zhǔn)確度和協(xié)調(diào)準(zhǔn)確度（1） 制造準(zhǔn)確度：飛機(jī)零件、組合件或部件的實(shí)際尺寸與圖紙上所規(guī)定的名義尺寸相符合的程度。（2） 協(xié)調(diào)準(zhǔn)確度：兩個(gè)飛機(jī)零件、組合件或部件之間相配合部位的實(shí)際幾何形狀和尺寸相符合的程度（3） 區(qū)別：前者取決于各部件的單獨(dú)制造誤差，后者取決于配合的各部件的單獨(dú)制造誤差的綜合數(shù)值，與配合部分制造過程的相互聯(lián)系有關(guān)。2、互換與協(xié)調(diào)（1） 互換性：指相互配合的飛機(jī)結(jié)構(gòu)單元在分別制造后進(jìn)行裝配或安裝時(shí)，除設(shè)計(jì)規(guī)定的調(diào)整外，不需選配和補(bǔ)充加工即能滿足所有幾何尺寸、形位參數(shù)和物理功能上的要求。只對同一飛機(jī)結(jié)構(gòu)單元而言的。（2） 協(xié)調(diào)性：指兩個(gè)或多個(gè)相互配合或?qū)拥娘w機(jī)結(jié)構(gòu)單元之間、飛機(jī)結(jié)構(gòu)單元與它們的工藝裝備之間、成套的工裝之間，配合尺寸和形狀的一致性程度。其僅指幾何參數(shù)而言。（3） 聯(lián)系和區(qū)別：互換的一定是協(xié)調(diào)的，協(xié)調(diào)的不一定是互換的。3、飛機(jī)制造協(xié)調(diào)過程中的尺寸傳遞原則（1） 獨(dú)立制造原則優(yōu)點(diǎn)：便于組織生產(chǎn)，能平行獨(dú)立制造零件，擴(kuò)大了制造工作面，有利于縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，便于開展廣泛合作。缺點(diǎn)：為達(dá)到協(xié)調(diào)準(zhǔn)確度要求，必須對制造準(zhǔn)確度提出更高要求。使用范圍：形狀簡單的零件，如起落架等。（2） 相互聯(lián)系制造原則優(yōu)點(diǎn)：利用尺寸傳遞的公共環(huán)節(jié)，顯著提高零件之間的協(xié)調(diào)準(zhǔn)確度。缺點(diǎn)：生產(chǎn)中使用的工裝都必須按照一定的協(xié)調(diào)關(guān)系依次制造，加長生產(chǎn)周期。適用范圍：與復(fù)雜氣動外形有關(guān)的零件。（3） 相互修配制造原則優(yōu)點(diǎn)：能保證零件之間有很好的協(xié)調(diào)性。缺點(diǎn)：無法達(dá)到互換性要求，勞動量大，裝配周期長。適用范圍：不要求零件有互換性，其他原則都不合理時(shí)。多用于試制。4、計(jì)算機(jī)輔助公差技術(shù)（CAT）定義：在機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、加工、裝配、檢測等過程中，利用計(jì)算機(jī)對產(chǎn)品及其零部件的尺寸和公差進(jìn)行并行優(yōu)化和監(jiān)控，爭取以最低的成本，設(shè)計(jì)并制造出滿足用戶精度要求的產(chǎn)品。4、CAT技術(shù)主要研究內(nèi)容：（1） 公差建模：集合形狀、尺寸及其公差的計(jì)算機(jī)表示?；疽笫峭暾浴⒓嫒菪?、可計(jì)算性、有效性。（2） 公差分析：對包含零件公差與裝配公差的裝配模型進(jìn)行分析，檢驗(yàn)公差的合理性。方法有極限法、概率法等。公差分配：保證產(chǎn)品裝配技術(shù)要求下確定尺寸鏈各組成環(huán)經(jīng)濟(jì)的公差。模型有加工成本模型、裝配失效模型等。方法有近似法、裝配成功率法等。7、 工藝容差(簡稱容差)：指在飛機(jī)制造中，工藝裝備和產(chǎn)品零部件的尺寸和形位公差。包括：公差帶中點(diǎn)值和公差帶寬度。8、 容差分配(容差設(shè)計(jì))：指在飛機(jī)制造中，根據(jù)生產(chǎn)工藝條件把反映關(guān)鍵質(zhì)量特性的產(chǎn)品設(shè)計(jì)公差合理地分配到制造相關(guān)的工藝裝備和各道工序中。四、飛機(jī)裝配工藝設(shè)計(jì)(工藝設(shè)計(jì)數(shù)字化預(yù)裝配)1、 飛機(jī)裝配工藝流程設(shè)計(jì)中，最核心的內(nèi)容是裝配工藝劃分，基礎(chǔ)是公差物料表(E-B0M)o2、 裝配工藝設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，幾個(gè)典型的劃分步驟。對整個(gè)裝配任務(wù)進(jìn)行劃分，將其分為多個(gè)區(qū)域控制碼(ACC)。ACC中包含了大人物對應(yīng)的站位。對每個(gè)ACC劃分，分為多個(gè)工位(P0S)o對每個(gè)POS的工作內(nèi)容指定出工作(JOB),JOB對應(yīng)POS中的一項(xiàng)工作，其中定義了工序(STEP)。對每個(gè)STEP，定義工序中的各個(gè)工步。3、 物料清單(BOM)定義：又稱為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)表或產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹，是所有與生產(chǎn)有關(guān)的無聊的總稱。BOM作用與計(jì)算機(jī)識別物料、編制計(jì)劃成本計(jì)算等。4、 企業(yè)三種主要的BOM表EBOM設(shè)計(jì)確定零部件的關(guān)系PBOM工藝工藝規(guī)劃、加工歸屬計(jì)劃分工表MBOM制造主要按照裝配順序流程來確定5、 制造計(jì)劃：對工藝流程站位、工作內(nèi)容、工裝等信息作了規(guī)定，包括AO的數(shù)量。6、 裝配大綱(AO)：是由裝配工藝部門編制的生產(chǎn)性工藝文件，用以批準(zhǔn)某一具體產(chǎn)品的裝配任務(wù)。該產(chǎn)品需要一個(gè)單獨(dú)的可說明的檢驗(yàn)記錄，匯編有任務(wù)說明，工程圖紙及其版次，零件名稱和零件號，工裝要求等信息。7、 虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)內(nèi)容：工程分析、虛擬制樣、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同設(shè)計(jì)、數(shù)字化預(yù)裝配及設(shè)計(jì)參數(shù)的交互式可視化等。8、 虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)主要特征：沉浸性、簡便性、多信息渠道、多交互手段、實(shí)時(shí)性。9、 數(shù)字樣機(jī)工程分析的主要內(nèi)容：空間結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動分析、裝配模擬分析、人機(jī)工程、數(shù)字樣機(jī)的優(yōu)化、重量分析、維修性模擬、工藝性評估。10、 數(shù)字化預(yù)裝配的主要內(nèi)容：裝配模型信息、裝配序列規(guī)劃、裝配路徑規(guī)劃、數(shù)字化預(yù)裝配中的碰撞、干涉檢查、可裝配性評價(jià)。11、 DMU裝配路徑規(guī)劃兩種實(shí)現(xiàn)方法一種是借助CATIA的現(xiàn)有功能模塊進(jìn)行動態(tài)拆卸，并將整個(gè)動態(tài)拆卸過程中的安全可達(dá)裝配路徑記錄下來，然后通過逆向得到裝配過程，然后將裝配過程生成Replay的動態(tài)裝配形式，進(jìn)行裝配仿真演示并保存。一種是利用CATIA的DMUCheck模塊中的PathFinder功能，自動尋找裝配路徑。比較：前者整個(gè)過程需要人工干預(yù)，路徑的安全可達(dá)受認(rèn)為因素影響較大，工作量大，優(yōu)點(diǎn)是可靠正確率高。第二種是一種自動化程度較高的安全路徑尋找方法，整個(gè)過程只需要確定路徑的起點(diǎn)和終點(diǎn)，無需人工干預(yù)即可生成安全的裝配路徑，缺點(diǎn)是計(jì)算量大、計(jì)算時(shí)間長，尤其對于起點(diǎn)和終點(diǎn)間有障礙物的情況，其次對于復(fù)雜外形的零件難以找到安全路徑，有時(shí)還會發(fā)生搜索失敗。12、 PPR(Product,Process,Resource)是建立產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生產(chǎn)工藝之間的關(guān)聯(lián)。通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫環(huán)境，把圍繞著生產(chǎn)工程的各個(gè)領(lǐng)域環(huán)節(jié)的內(nèi)容有機(jī)地集成在一起，形成PPR的制造工程數(shù)學(xué)模型。13、 PPR的作用：PPR包含了產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到制造過程中的所有信息，確保CATIA/ENOVIA/DELMIA三者的有效集成，保證了EBOM和MBOM的統(tǒng)一管理，同時(shí)此PPR數(shù)據(jù)能夠?yàn)檎麄€(gè)企業(yè)共享；除了可以驗(yàn)證產(chǎn)品的可制造性、可維護(hù)性外，同時(shí)在產(chǎn)品的實(shí)際生產(chǎn)前充分地驗(yàn)證生產(chǎn)工藝，以保證首件的合格率，大大減少制造成本；更改管理，數(shù)據(jù)一致性，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的改變很容易地被反映到工藝設(shè)計(jì)。14、 DELMIA按功能模塊劃分為：QUEST、DPE、DPM。五、飛機(jī)裝配定位方法1、設(shè)計(jì)分離面和工藝分離面;設(shè)計(jì)分離面是根據(jù)構(gòu)造上和使用上的要求而確定的分離面。都采用可卸連接(如螺栓連接、鉸鏈接合等)，而且一般要求它們具有互換性。工藝分離面是由于生產(chǎn)上的需要。為了合理地滿足工藝過程的要求，按不見進(jìn)行工藝分解而劃分出來的分離面。工藝分離面之間一般都采用不可卸連接(如鉚接、膠結(jié)、焊接等)裝配成部件后．這些分離面就消失了。2、 工藝分離面劃分考慮的裝配原則：分手裝配原則：即一個(gè)部件的裝配工作在較多的工作地點(diǎn)和工藝裝備上進(jìn)行。集中裝配原則：即裝配工作集中在少數(shù)工作地、在少量的工藝裝備上進(jìn)行。3、 飛機(jī)裝配準(zhǔn)確度包括：①部件氣動力外形準(zhǔn)確度；②部件內(nèi)部組合件和零件的位置準(zhǔn)確度；③部件之間接頭配合的準(zhǔn)確度；④部件間相對位置的準(zhǔn)確度；⑤其它準(zhǔn)確度要求。a5、 裝配工藝設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，幾個(gè)典型的劃分步驟。裝配單元的劃分確定裝配基準(zhǔn)和裝配定位方法選擇保證證準(zhǔn)確度、互換性和裝配協(xié)調(diào)的工藝方法確定各裝配元素的供應(yīng)技術(shù)狀態(tài)確定裝配過程中的工序、工步組成及各構(gòu)造元素的裝配順序定所需的工具、設(shè)備和工藝裝備零件、標(biāo)準(zhǔn)件、材料的配套進(jìn)行工作場地的工作布置 主要車間面積概算、原始資料的準(zhǔn)備6、 飛機(jī)裝配的定位方法及比較(參見講義P29表3.3.1)六、飛機(jī)裝配連接方法1、鉚接、螺接、膠接、焊接等工藝的特點(diǎn)及應(yīng)用(1)鉚接：優(yōu)點(diǎn)：操作工藝容易掌握，質(zhì)量便于檢查，所用設(shè)備機(jī)動靈活，能適應(yīng)比較復(fù)雜和不夠開敞的結(jié)構(gòu)，可應(yīng)用于各種不同材料之間的連接。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)上既削弱了強(qiáng)度又增加了重量，鉚縫的疲勞性能較低；.變形比較大；蒙皮表面不夠光滑；鉚縫的密封性差；勞動強(qiáng)度大，工作生產(chǎn)率低。(2)螺接：優(yōu)點(diǎn)：承力（拉力、剪力）；可卸缺點(diǎn)：較重；螺栓連接是飛機(jī)機(jī)體上廣泛采用的一種可卸連接。特別是隨著整體壁板的大量應(yīng)用，螺栓連接比以前應(yīng)用的更為廣泛。（3）膠接：優(yōu)點(diǎn)：所形成的膠縫是連續(xù)的，應(yīng)力分布均勻，耐疲勞性較好。膠接未削弱基本金屬的強(qiáng)度，也無鉚釘頭等的多余材料，它的結(jié)構(gòu)效率較高。膠縫表面光滑，沒有鉚釘頭的凸起或點(diǎn)焊的凹陷，結(jié)構(gòu)變形又較小，因而氣動性能好。膠縫本身具有良好的密封性，適用于各種不同材料的連接以及厚度不等的多層結(jié)構(gòu)的連接。缺點(diǎn)：膠接的剝離強(qiáng)度差；膠接質(zhì)量不夠穩(wěn)定，要求嚴(yán)格控制工藝過程和工作環(huán)境才能保證，又不易直接檢驗(yàn)判斷；膠粘劑還存在老化問題，致使膠接強(qiáng)度降低。膠接接頭還容易發(fā)生腐蝕、分層破壞；不耐久。應(yīng)用：起初用于蒙皮與桁條的連接；廣泛應(yīng)用于蜂窩夾層結(jié)構(gòu)和泡沫夾層結(jié)構(gòu)；現(xiàn)代直升機(jī)的旋翼槳葉，無例外地采用膠接結(jié)構(gòu)；（4） 焊接點(diǎn)焊：靠被夾緊在電極間的零件內(nèi)部電阻和接觸電阻所產(chǎn)生的熱量，使零件間接觸處局部加熱到熔化溫度，斷電后冷卻結(jié)晶形成焊點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：比強(qiáng)度高、焊點(diǎn)密封性好、耐高溫；生產(chǎn)效率和工人勞動條件方面比鉚接及膠接優(yōu)越；缺點(diǎn)：撕裂強(qiáng)度低；疲勞強(qiáng)度比鉚接低；.檢驗(yàn)焊點(diǎn)質(zhì)量的方法復(fù)雜、效率低；鋁合金焊接件不能進(jìn)行陽極化處理而引起的表面保護(hù)問題；應(yīng)用：點(diǎn)焊已用在飛機(jī)受力較大的組合件和板件上，如艙門、框、肋等處。它已部分地代替鉚接結(jié)構(gòu)。攪拌摩擦焊優(yōu)點(diǎn)：具有致密鍛造細(xì)晶的焊縫組織和優(yōu)異的接頭性能；材料適用范圍廣，可以焊接平面直線結(jié)構(gòu)、筒體縱環(huán)縫結(jié)構(gòu)、二維結(jié)構(gòu)、空間結(jié)構(gòu)等；高效、低應(yīng)力小變形焊接技術(shù)；焊接質(zhì)量穩(wěn)定一致性極高；攪拌摩擦焊用于飛機(jī)制造的優(yōu)越性：為飛機(jī)設(shè)計(jì)提供新的方法和途徑：可以焊接所有型號的鋁合金；可以實(shí)現(xiàn)異種材料的連接；可以實(shí)現(xiàn)不同材料狀態(tài)的連接；降低系統(tǒng)制造成本、減重：代替鉚接和螺栓連接；減少庫存和零件數(shù)量；減少裝配時(shí)間；提高生產(chǎn)效率；提高飛機(jī)制造效率：用單結(jié)構(gòu)代替多結(jié)構(gòu)；用整體成型代替多零件裝配；易于實(shí)現(xiàn)自動化。激光焊：利用大功率相干單色光子流聚焦而成的激光束為熱源進(jìn)行的焊接。這種焊接方法通常有連續(xù)功率激光焊和脈沖功率激光焊。優(yōu)點(diǎn)：1.不需要在真空中進(jìn)行，精確的能量控制，可以實(shí)現(xiàn)精密微型器件的焊接；2.能應(yīng)用于很多金屬，能解決一些難焊金屬及異種金屬的焊接；3.焊接結(jié)構(gòu)變形?。?.空間焊縫可達(dá)性好；5.效率高；6.有利于結(jié)構(gòu)減重；缺點(diǎn)：穿透力不如電子束焊強(qiáng)。2.按照用途劃分，鉚接連接有哪些種類？普通鉚釘?shù)倪B接；無頭鉚釘?shù)母缮媾浜香T接；密封鉚接；特種鉚釘?shù)你T接。其中特種鉚釘?shù)你T接：單面鉚接的鉚釘；高抗剪的鉚釘；環(huán)槽鉚釘；鈦合金鉚釘。3.鉚接的一般工藝過程；制孔/制埋頭窩、插釘、鉚接。鉚接連接中的缺陷種類、產(chǎn)生原因和排除方法；（1）沉頭鉚釘頭凹進(jìn)零件表面，窩锪的太深或鉚釘頭高度太小，更換鉚釘或加大鉚釘。（2）沉頭鉚釘頭凸出零件表面過大，窩锪的太淺或鉚釘頭高度太大