民用飛機緊固件裝配工具可達性技術(shù)研究

馬壯

摘 ? 要：本文主要研究了民用飛機緊固件裝配工具可達性分析方法，闡述了虛擬裝配環(huán)境下的仿真流程，從研究緊固件裝配工藝流程入手，通過采用距離測量和模擬仿真相結(jié)合的方法進行分析，使得在飛機產(chǎn)品研發(fā)階段能夠分析大部分情況下裝配工具的可達性，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計合理性及可裝配性。

關(guān)鍵詞：裝配工具 ?虛擬裝配 ?仿真分析 ?可達性分析

中圖分類號：V262.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）02（b）-0010-02

目前結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中會重點考慮結(jié)構(gòu)維修可達性，主要包括是否給維修人員預留了相關(guān)的維修通道，需要操縱的部件是否可達、可操作，維修過程中是否會對維修人員產(chǎn)生危險等。對某型號試驗件制造跟產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)了一些緊固件裝配工具可達性差的問題，如圖1所示。這些“問題緊固件”的出現(xiàn)會給制造及裝配帶來極大困難，甚至會導致零件返工或報廢的情況發(fā)生。需要采取行之有效的可達性分析方法，在結(jié)構(gòu)詳細設(shè)計階段及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷，減少因不合理設(shè)計導致的裝配周期延長或零件返工報廢，對降低飛機制造成本、縮短飛機設(shè)計周期具有十分重要的意義。

1 ?總體分析框架

1.1 分析方法及流程

不同種類緊固件的裝配工藝流程不同，所使用的工具也有區(qū)別，需要形成一種可行的裝配工具可達性分析思路，以用于不同緊固件的分析判斷。

首先需要梳理緊固件的一般安裝方法和常用裝配工具，根據(jù)緊固件安裝方法將安裝工具引入到虛擬裝配環(huán)境。根據(jù)安裝工具的外形特點，將工具簡化成常見的幾何包絡(luò)體，通過分析包絡(luò)體與周圍結(jié)構(gòu)件之間的關(guān)系判斷該工具的可達性。但這種包絡(luò)體的模擬是對工具相對保守的一種簡化，當簡化包絡(luò)體與結(jié)構(gòu)略微干涉情況下需要將細化的工具模型引入到虛擬裝配環(huán)境中進一步判斷。若對常用工具的分析結(jié)果為不可達，則需要與裝配工藝協(xié)商討論解決方法。緊固件裝配工具可達性分析流程如圖2所示。

1.2 虛擬裝配環(huán)境

為了實現(xiàn)緊固件裝配工具可達性的分析與驗證需要建立以設(shè)計為中心的虛擬裝配體系，其中需要包括：虛擬人體建模、基于數(shù)字樣機技術(shù)實現(xiàn)的裝配對象、裝配工具、裝配場景、裝配過程仿真模型等[1]。

2 ?實例分析驗證

以普通螺栓為例，分析其裝配工具可達性。

2.1 螺栓的一般安裝工藝

螺栓和螺母的安裝工藝流程如圖3所示[2]。

螺栓安裝過程中對應的裝配工具如表1所示。

鉆孔、锪窩、測量過程可選擇開敞一側(cè)進行施工，去毛刺過程可以將組件拆解進行施工，螺栓的安裝受制于螺栓的安裝方向只能在固定側(cè)施工，容易出現(xiàn)工具不可達現(xiàn)象，認為影響可達性的關(guān)鍵工步為螺栓的安裝。

2.2 常用安裝工具

螺栓的常用安裝工具主要有氣動工具和手動工具。安裝工具及配件見表 2。多種套筒具體選用可參考Atlas公司提供的相關(guān)文件《LD_Catalogue_Sockets_Bits》[3]，扳手頭具體選用可參考文件《LD_Mechanical_Wrenches》[4]。

2.3 可達性分析

2.3.1 是否滿足釘桿插入要求

安裝螺栓時需要先將緊固件放置到已制備孔中，確定釘桿末端是否與結(jié)構(gòu)干涉。如果不滿足要求則認為該緊固件不可安裝，安裝工具不可達。

2.3.2 是否有可選氣動安裝工具及套筒

緊固件周邊結(jié)構(gòu)需滿足工具放置的空間要求，即以緊固件釘線為中心，以釘桿末端面為起始面，存在一個圓柱體空間以容納安裝工具。

以EP6PTX32 HR10-AT風動擰緊扳手為例。以緊固件軸線為中心，以螺栓桿末端面為起始面，沿螺栓安裝方向依次模擬直徑17.5mm高39mm和直徑44mm高136.6mm的圓柱，如圖4所示，大小柱體直徑分別由工具槍頭最大外徑及套筒外徑（D/d）最大值決定。模擬圓柱體與緊固件周圍結(jié)構(gòu)沒有干涉，則認為該工具可達。

上述建立的模擬柱體是快速初步判斷安裝工具是否可達的情況，所建立的模擬柱體選取了各工具尺寸外形最大包絡(luò)體，如出現(xiàn)微小干涉，則需要通過DELMIA軟件進行仿真，建立以設(shè)計為中心的虛擬裝配環(huán)境，并進行可達性分析，如圖5所示。

2.3.3 是否有可選手動安裝工具及套筒

如果氣動安裝工具不能滿足可達性的要求，則需要選擇手動安裝工具。以棘輪扳手ATHR500為例，決定模擬柱體直徑和高度的尺寸數(shù)據(jù)分別為棘輪扳手頭部的寬度及棘輪扳手頭部高度與套筒長度之和。沿著螺栓安裝方向模擬如圖4所示的柱體進行可達性分析。若手動安裝工具仍然不能滿足可達性要求，則需要咨詢裝配工藝尋找可行解決方法或進行結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化。

2.4 緊固件裝配效率考慮因素

手動工具所具備小巧易操作等特點，對于個別緊固件可直接考慮手動工具進行可達性分析。若出現(xiàn)大批量同類緊固件的情況，需要優(yōu)先考慮外形尺寸相對較大裝配效率較高的氣動工具。

3 ?結(jié)語

虛擬裝配是判斷飛機裝配工具可達性的一種有效方法，其關(guān)鍵因素是虛擬裝配環(huán)境的建立。同時，本文提供了一種簡便的分析方法，使設(shè)計者主要通過距離測量，能夠快速完成大部分可達性的分析。針對不同緊固件裝配方法的差異，通過分析其裝配工藝流程確定影響工具可達性的關(guān)鍵工步十分重要，對于大批量緊固件可有效提升裝配工具可達性判斷的效率。

參考文獻

[1] 夏堅.民用飛機虛擬維修可達性技術(shù)研究[J].民用飛機設(shè)計與研究，2017.

[2] 國防科學技術(shù)工業(yè)委員會.HB-Z223.2-2003飛機裝配工藝第2部分螺栓安裝[S].

[3] LD_Catalogue_Sockets_Bits. www.atlascopco.com.

[4] LD_Mechanical_Wrenches. www.atlascopco.com.