前機(jī)身柔性雙工位總裝型架裝配技術(shù)研究

張正興 孫 飛

(航空工業(yè)沈陽(yáng)飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限公司，遼寧110850)

飛機(jī)數(shù)字化柔性裝配型架已經(jīng)成為當(dāng)前型架設(shè)計(jì)研制的主流，因其具有占地面積小、零件利用率高、生產(chǎn)周期短、綜合成本低等特點(diǎn)受到各大主機(jī)廠的青睞[1]。目前飛機(jī)柔性裝配對(duì)接理論已較為成熟，很多院校廠所投入大量資源進(jìn)行研究，但研究范圍主要限于基礎(chǔ)理論原理以及產(chǎn)品裝配方案、型架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等內(nèi)容，很少有具體安裝操作過(guò)程。本文針對(duì)某機(jī)型前機(jī)身柔性雙工位總裝型架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及制造裝配過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的論述。

1 型架基本結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

某前機(jī)身柔性雙工位總裝型架由兩套獨(dú)立系統(tǒng)組成，主體為1～18框總裝型架(如圖1)作為總裝工位，座艙段1～9框總裝型架(如圖2)作為預(yù)總裝工位。

圖1 1～18框總裝型架總體布局Figure 1 Overall layout of 1～18 framework general assembly fixture

圖2 1～9框預(yù)總裝型架主要結(jié)構(gòu)示意圖Figure 2 Main configuration of 1～9 framework pre-assembly fixture

1～18框總裝型架用于飛機(jī)前機(jī)身1～18框各組合件和零件的定位及對(duì)接安裝，需定位安裝的組合件包含：1～9框段、座艙蓋下加強(qiáng)板、前座艙后壁板、前座艙左右側(cè)壁板、后座艙地板、后座艙后壁板、后座艙左右側(cè)壁板、風(fēng)擋、后設(shè)備艙左右下壁板、后設(shè)備艙左右側(cè)壁板、后設(shè)備艙上壁板、左右邊條。

1～9框預(yù)總裝型架用于前機(jī)身1～9框間各組合件的裝配工作，包括雷達(dá)艙、座艙地板、座艙蓋下加強(qiáng)板、座艙后壁板、風(fēng)擋的對(duì)接安裝及受油探頭支座的裝配。

雙工位柔性總裝型架的特點(diǎn)是在預(yù)總裝工位可完成大量繁瑣的部件安裝協(xié)調(diào)及鉚接工作，并且通過(guò)雙工位并行裝配，使產(chǎn)品在總裝工位上的滯留時(shí)間縮短至原來(lái)的12～23，極大地提高裝配效率，但同時(shí)對(duì)型架的制造及裝配精度也提出了更高要求[3]。

2 部件及典型結(jié)構(gòu)的調(diào)整安裝方法

2.1 大型組合基礎(chǔ)框架的基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換與合并

柔性總裝型架基礎(chǔ)框架為組合式結(jié)構(gòu)(如圖1)，主要分為三段，中間為主體框架，采用典型的移動(dòng)立柱式通用模塊結(jié)構(gòu)，用于安裝機(jī)體底部產(chǎn)品支撐及專用定位模塊，兩側(cè)對(duì)稱部署輔助支撐平臺(tái)，用于安裝機(jī)體頂部及兩側(cè)的產(chǎn)品定位模塊。三段基礎(chǔ)框架均有獨(dú)立的可調(diào)節(jié)地面支撐系統(tǒng)，且基礎(chǔ)框架之間并無(wú)保證相對(duì)位置關(guān)系的剛性固定連接。

為保證3處基礎(chǔ)框架及輔助平臺(tái)上的定位模塊空間位置協(xié)調(diào)一致，需首先對(duì)基礎(chǔ)框架上基準(zhǔn)坐標(biāo)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換與合并。與傳統(tǒng)剛性工裝型架不同，柔性型架的基準(zhǔn)坐標(biāo)穩(wěn)定性和一致性較弱，因此選擇基準(zhǔn)坐標(biāo)位置時(shí)應(yīng)有所側(cè)重，由于兩處輔助平臺(tái)上的基準(zhǔn)點(diǎn)位置較高，并且產(chǎn)品型號(hào)調(diào)整時(shí)要進(jìn)行大量模塊更換，對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性影響較大，因此實(shí)際裝配中只作為安裝基礎(chǔ)導(dǎo)向模塊的輔助基準(zhǔn)坐標(biāo)，而將中間主體框架上的基準(zhǔn)點(diǎn)作為主要基準(zhǔn)坐標(biāo)，其所在基礎(chǔ)框架結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，既能包容所有定位元件模塊，又有更佳的可視化條件。

具體操作方法是基礎(chǔ)框架與輔助平臺(tái)初始對(duì)合后，使用水平儀將3處基礎(chǔ)框架分別調(diào)整水平，然后在基礎(chǔ)框架與輔助平臺(tái)上分別使用激光跟蹤儀建立獨(dú)立的基準(zhǔn)坐標(biāo)系，然后按此獨(dú)立坐標(biāo)系分別安裝各自的直線導(dǎo)軌、升降機(jī)構(gòu)、滑移機(jī)構(gòu)等基礎(chǔ)導(dǎo)向元件與支撐件。最后按中間的基礎(chǔ)框架為主基準(zhǔn)建立坐標(biāo)系，再將兩側(cè)輔助平臺(tái)上的各基準(zhǔn)點(diǎn)按實(shí)測(cè)值合并到基準(zhǔn)坐標(biāo)系中。這樣操作的優(yōu)點(diǎn)在于消除了輔助平臺(tái)基準(zhǔn)點(diǎn)直接擬合到基準(zhǔn)坐標(biāo)系中導(dǎo)致的偏差，既保證了基準(zhǔn)的統(tǒng)一，也加強(qiáng)基準(zhǔn)系的穩(wěn)定性，同時(shí)便于非關(guān)鍵元件的安裝及協(xié)調(diào)。

2.2 增強(qiáng)重復(fù)定位精度及結(jié)構(gòu)剛度的方法

柔性總裝型架為保證對(duì)不同型號(hào)產(chǎn)品的適應(yīng)性，采用了模塊化設(shè)計(jì)，能夠通過(guò)快速更換不同模塊實(shí)現(xiàn)不同型號(hào)的產(chǎn)品裝配。而快換機(jī)構(gòu)也盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化模塊接口，主要采用的標(biāo)準(zhǔn)化模塊接口有V型塊、定位銷(xiāo)兩種形式。型架中有些產(chǎn)品定位元件應(yīng)用了4級(jí)甚至5級(jí)標(biāo)準(zhǔn)化模塊接口，與傳統(tǒng)大多直接采用不可拆卸連接的剛性型架相比，存在較大的重復(fù)定位累積誤差以及較弱的結(jié)構(gòu)剛度[7]，這些不利因素導(dǎo)致工裝精度不夠穩(wěn)定，需要采取相應(yīng)的措施改善。

如圖3所示，1框定位托板初期采用3組緊湊布置的V型塊標(biāo)準(zhǔn)化模塊接口作為快卸定位方式，并且在雙工位型架中，兩套獨(dú)立的該接口需要作為共用接口分別與兩套獨(dú)立的1框定位托板系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接，結(jié)構(gòu)十分緊湊，但裝配時(shí)不僅要保證重復(fù)定位精度還要保證共用接口的互換性，在裝配調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)互換安裝后誤差極大，甚至達(dá)到毫米級(jí)。后改為圖4所示連接定位形式，主體連接件由平面結(jié)構(gòu)改為三角形立體支臂結(jié)構(gòu)，V型塊標(biāo)準(zhǔn)模塊接口由原來(lái)的三組通用形式改為兩套四組專用形式，從多個(gè)方面改善模塊接口連接結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與剛度。

圖3 原1框定位托板的V型塊標(biāo)準(zhǔn)化模塊接口Figure 3 V-shaped block standardized module interface of the former 1 framework positioning board

圖4 新1框定位托板的V型塊標(biāo)準(zhǔn)化模塊接口Figure 4 V-shaped block standardized module interface of the new 1 framework positioning board

首先，三角形立體支臂擴(kuò)大了與1框托板的連接點(diǎn)包容面積，即增大了支撐面，減小了懸臂尺寸對(duì)剛性的削弱。其次，兩套獨(dú)立的四組專用V型塊模塊接口不僅比原來(lái)增加了數(shù)量，還優(yōu)化了布局，分散較遠(yuǎn)且V型槽方向采用交叉布局，增大接口的抗變形力矩。此外，通過(guò)兩套四組專用V型塊模塊接口，避免了三組通用V型塊需分別滿足兩套1框托板系統(tǒng)對(duì)接導(dǎo)致的基準(zhǔn)不一致誤差。最后，將每一對(duì)獨(dú)立配合的V型塊槽口與對(duì)應(yīng)的安裝軸進(jìn)行配合研修，保證安裝軸母線與V型槽貼合均勻無(wú)間隙。通過(guò)上述方法，有效保證了V型塊標(biāo)準(zhǔn)模塊接口的重復(fù)定位精度及結(jié)構(gòu)剛度。

2.3 新型鎖緊定位模塊無(wú)應(yīng)力安裝調(diào)整方法

前機(jī)身柔性總裝型架采用一種新型的連桿交點(diǎn)鎖緊定位模塊，在傳統(tǒng)裝配型架結(jié)構(gòu)中幾乎未有類似機(jī)構(gòu)。在圖5中用于定位產(chǎn)品側(cè)蒙皮的卡板即采用了該定位模塊，這種定位模塊具有空間開(kāi)敞、剛度高、拆裝快捷的優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是定位交點(diǎn)裝配精度要求高，應(yīng)力大。

圖5 用于定位側(cè)蒙皮卡板的連桿交點(diǎn)鎖緊定位模塊Figure 5 Connection rod cross point lock positioning module used for positioning skin fixture board

在裝配過(guò)程中，通過(guò)對(duì)該定位模塊的反復(fù)試裝及受力分析，最終使用5 mm厚環(huán)氧樹(shù)脂膠砂層配合消除連桿應(yīng)力的安裝方法，即在完成連桿模塊機(jī)構(gòu)底部與卡板底部鉸鏈安裝配合后，先在頂部卡板連接叉座與連桿機(jī)構(gòu)的安裝面上填充環(huán)氧樹(shù)脂膠砂，然后使用激光跟蹤儀精調(diào)卡板到位，用臨時(shí)輔助支撐定位卡板，最后調(diào)整安裝卡板與叉座上的定位插銷(xiāo)固定，并拆除輔助支撐。該方法通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂膠砂層釋放作用在連桿模塊機(jī)構(gòu)上的拉壓應(yīng)力，以避免單純用頂絲及墊片調(diào)整的剛性應(yīng)力直接作用到連桿上，導(dǎo)致卡板后期變形。

3 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，我國(guó)的飛機(jī)柔性化裝配技術(shù)發(fā)展迅速，柔性工裝型架在軍民機(jī)裝配中得到了廣泛應(yīng)用。但在整體設(shè)計(jì)以及安裝操作規(guī)范上還有很多不足之處，通過(guò)在前機(jī)身柔性雙工位總裝型架制造及裝配過(guò)程中總結(jié)的一些經(jīng)驗(yàn)和方法，希望能夠?yàn)橥袠I(yè)工作者提供一定的參考。