淺析工裝定位件的調(diào)裝精度控制

李蒙江 樂淑玲 鄢自凱 余文軒

（航空工業(yè)昌河飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，江西 景德鎮(zhèn) 333000）

0 引言

隨著激光測量技術(shù)的迅速發(fā)展，飛機(jī)裝配工裝的制造方式已由模擬量傳遞裝配轉(zhuǎn)向數(shù)字化測量裝配。在飛機(jī)裝配工裝的設(shè)計過程中，可以更多的采用工裝定位件對飛機(jī)裝配零件進(jìn)行定位，使飛機(jī)部件在鉚接過程中獲得更加精確的空間位置，以滿足對裝配精度的較高要求。因此，提高工裝定位件的安裝精度成為保證飛機(jī)裝配精度的關(guān)鍵。

目前，已開展了關(guān)于飛機(jī)裝配的研究，該研究主要集中在飛機(jī)數(shù)字化、柔性化裝配技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀以及工裝數(shù)字化、柔性化制造的總體設(shè)計和結(jié)構(gòu)驗證等方面[1-5]，對工裝制造過程中定位件的安裝精度以及提高飛機(jī)裝配精度方面的報道相對較少。崔兆杰等[6]針對機(jī)身部件的裝配特點，確定柔性工裝的總體結(jié)構(gòu)為橋架式，并劃分了功能模塊。研究指出該調(diào)型方法可以輔助橋架式柔性工裝穩(wěn)定、可靠地完成調(diào)型運(yùn)動。王巍等[7]對柔性工裝的調(diào)裝技術(shù)進(jìn)行了研究，通過應(yīng)用數(shù)字化測量設(shè)備規(guī)劃與仿真技術(shù)對坐標(biāo)系擬合的原理與算法進(jìn)行了研究和分析。張連環(huán)[8]研究了數(shù)字化測量技術(shù)在飛機(jī)裝配中的應(yīng)用，并對其發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，指出現(xiàn)階段數(shù)字化測量水平的不足。

為此，該文從工裝定位件的調(diào)裝方式入手，重點分析了測量點的公差取值對定位件調(diào)裝精度的影響，優(yōu)化了測量點公差取值的設(shè)計參數(shù)，為提高飛機(jī)部件在工裝中的裝配精度提供一定的理論依據(jù)。

1 卡板定位件的調(diào)裝

卡板定位件是比較特殊的一類定位件，其特點是在外形零件鉚接過程中，不僅具有定位功能，還起到壓緊零件的作用。

圖1 為卡板定位件的典型零件示意圖，圖中型面部分為卡板定位件的工作面，卡板定位件的安裝過程實際上是對其型面進(jìn)行定位，使其在工裝中處于正確的空間位置。

圖1 卡板定位件的調(diào)裝狀態(tài)示意圖

在調(diào)裝卡板定位件時，通常在卡板型面的最大輪廓面處設(shè)置3 個OTP孔，并將這3 個測量孔同時設(shè)為數(shù)控加工基準(zhǔn)孔，在型面的加工過程中須以這3 個測量孔作為數(shù)控加工基準(zhǔn)，保證型面加工完成后與OTP測量孔在尺寸上存在協(xié)調(diào)關(guān)系。將對型面的調(diào)裝轉(zhuǎn)化為對3 個OTP測量點的調(diào)裝，既能簡化卡板定位件的調(diào)裝方式，又能提高卡板定位件的安裝精度。在飛機(jī)蒙皮件的定位過程中，可以保證蒙皮件具有可靠的氣動外形，降低機(jī)身部件對接時在蒙皮對接面處產(chǎn)生對接階差。

2 接頭定位件的調(diào)裝

接頭定位件起著協(xié)調(diào)飛機(jī)部件對接的重要作用。接頭定位件在工裝中的安裝精度直接決定了飛機(jī)部件對接時的裝配精度。

圖2 為叉耳式接頭定位件的典型零件示意圖。由圖2 可知，OTP的測量公差為±0.1 mm，接頭厚度尺寸B的公差為±0.1 mm。在實際測量過程中，OTP01 和OTP02 是存在先后關(guān)系的。假設(shè)OTP01 為先測量的點，OTP02 為后測量的點，那么，先測點OTP01 的實測值會對后測點OTP02 的測量值產(chǎn)生一定的影響。當(dāng)接頭厚度尺寸取極值 時，由于OTP01 先進(jìn)行測量，可以不受接頭厚度尺寸B的影響，能夠順利調(diào)裝到位；但當(dāng)調(diào)裝OTP02 時，其測量值會受到接頭厚度尺寸B和OTP01 實測值的共同影響，不一定能順利調(diào)裝到位。因為當(dāng)接頭厚度尺寸為（B+0.1）mm 且OTP01的實測值為（H-0.1）mm（H為激光測量時光學(xué)工具球相對于零件測量面的偏置量）時，OTP02 的實測值應(yīng)為（-B-H-0.2）mm，已不處于理論公差帶（-B-H±0.1）mm 內(nèi)；同理可知，當(dāng)接頭厚度尺寸為（B-0.1）mm 且OTP01 的實測值為（H+0.1）mm 時，OTP02 的實測值應(yīng)為（-B-H+0.2）mm，同樣不處于理論公差帶（-B-H±0.1）mm 內(nèi)，因此OTP02無法調(diào)裝到位。出現(xiàn)上述情況的原因是接頭厚度尺寸B的公差設(shè)計不合理，尺寸B在公差取值時，應(yīng)當(dāng)保證OTP01 的實測值取其公差帶內(nèi)任意值時，OTP02 的實測值均能處于其理論測量值的公差帶范圍內(nèi)。

圖2 接頭定位件的調(diào)裝狀態(tài)示意圖

此外，還需注意的是槽寬尺寸A相對于接頭厚度尺寸B的位置關(guān)系，通常設(shè)計者會忽略尺寸A與中心線的位置關(guān)系，只限定槽寬尺寸A的公差，而未對尺寸A的位置加以公差約束，這樣會導(dǎo)致“U”形槽加工后位置不居中，即接頭兩側(cè)壁厚不一致，使接頭兩側(cè)定位面到測量面的位置尺寸產(chǎn)生偏差，對測量結(jié)果會產(chǎn)生一定程度的影響，即使將接頭外側(cè)面尺寸B調(diào)裝到理論位置，也會由于尺寸A與尺寸B的位置尺寸不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致接頭尺寸A不在理論位置上，影響飛機(jī)部件對接時接頭定位面的定位精度。

3 平板定位件的調(diào)裝

圖3 為尾梁對接平板的典型結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3 所示，平板上起定位作用的部分為定位孔和定位面，OTP01～04 為調(diào)裝測量孔，測量孔與定位孔之間存在尺寸協(xié)調(diào)關(guān)系，通過調(diào)裝4 個測量孔的空間位置來保證平面上定位孔和定位面在工裝中的位置正確。

圖3 平板定位件的典型結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 為尾梁對接平板定位尾梁筒體狀態(tài)示意圖。由圖4可知，尾梁筒體的鉚接狀態(tài)由尾梁對接平板和尾斜梁對接接頭共同控制。假設(shè)工裝上尾斜梁對接接頭定位件的安裝精度為理想狀態(tài)，那么可以理解為，在鉚裝過程中，尾梁筒體的軸線不會隨平板調(diào)裝狀態(tài)的改變而改變，在平板的實際調(diào)裝狀態(tài)與理論狀態(tài)發(fā)生較小偏差時，偏差角度對平板定位孔的影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其對平板定位面的影響。因為當(dāng)平板調(diào)裝狀態(tài)出現(xiàn)較小的偏差時，由于平板厚度尺寸相對較小，定位孔的軸線在平板厚度方向上的偏差量非常小。因此，平板調(diào)裝過程中產(chǎn)生的微小偏差只對平板定位面有一定影響，而對平板定位孔的影響可以忽略不計。為此，在實際調(diào)裝過程中，可以忽略調(diào)裝偏差對定位孔的影響，只討論調(diào)裝偏差對定位面的影響，進(jìn)而說明平板定位面的調(diào)裝偏差對尾梁與機(jī)身對接造成的影響。

圖4 尾梁對接平板定位狀態(tài)示意圖

圖5 為尾梁對接平板中心軸線定位件的調(diào)裝狀態(tài)示意圖。在平板的調(diào)裝過程中，OTP測量值是有公差范圍的（一般為±0.1 mm），只要實際測量值處于理論測量值的公差范圍內(nèi)即為測量合格，因此，平板調(diào)裝過程中必然會形成圖5所示的α角。當(dāng)平板按實測值OTP01′和OTP02′進(jìn)行調(diào)裝時（這里只討論在X、Z平面內(nèi)OTP實測值對平板定位面的影響，同理可得其在X、Y平面內(nèi)的影響），在此狀態(tài)下進(jìn)行尾梁筒體的鉚裝，尾梁1 腹板與平板定位面貼合并由平板上定位孔進(jìn)行固定，尾梁末端靠工裝上尾斜梁定位接頭進(jìn)行定位（這里默認(rèn)工裝定位接頭對尾梁末端的定位為理想狀態(tài)，只討論對接平板對尾梁筒體鉚裝產(chǎn)生的影響）。由圖4 可知，當(dāng)平板定位面的調(diào)裝發(fā)生較小偏差時，調(diào)裝偏差對平板定位孔的影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于對定位面的影響。因此，可以認(rèn)為尾梁筒體軸線在鉚裝過程中幾乎不受平板調(diào)裝偏差的影響，仍然與理論軸線重合；但尾梁1 框腹板的對接面會隨平板定位面的實際調(diào)裝狀態(tài)的變化而變化。也就是說，尾梁筒體鉚裝成型后筒體軸線與尾梁1 框腹板的對接面之間會形成α角。

圖5 平板實測狀態(tài)與筒體鉚裝狀態(tài)的位置變化示意圖

當(dāng)尾梁與機(jī)身對接時，尾梁筒體軸線會被抬高α角，即尾梁末端被抬高了H值，H值可由式（1）計算所得。當(dāng)H值超過尾梁裝配允許的最大偏差值時，不僅會影響尾梁上傳動件的安裝，還會影響斜梁與尾梁的對接精度。為此，在尾梁段件的鉚裝過程中應(yīng)嚴(yán)格控制H值的偏差，保證其最大偏差不得超過尾梁裝配允許的公差范圍。

式中：S為OTP實測值與理論值在X方向上的偏差值；L為尾梁筒體長度；A為OTP01 至OTP02 之間的距離。

為了避免尾梁與機(jī)身對接后出現(xiàn)H值偏差過大的現(xiàn)象，在工裝定位件調(diào)裝公差的設(shè)計上，須應(yīng)用式（1）對S值進(jìn)行理論驗算，當(dāng)H值取極值時，得出S值的最大允許偏差，從而給定OTP測量值的公差取值范圍，使OTP測量公差的設(shè)定更加科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)，而不是一味地依靠工廠生產(chǎn)經(jīng)驗將OTP測量值同意設(shè)定為±0.1 mm。

4 結(jié)語

工裝定位件的調(diào)裝精度對飛機(jī)部件的裝配精度起著至關(guān)重要的影響。1）調(diào)裝卡板定位件時，需要先保證測量孔與型面的尺寸協(xié)調(diào)性，將對卡板型面的調(diào)裝轉(zhuǎn)化為對測量孔的調(diào)裝，通過保證測量孔的調(diào)裝位置來保證型面的位置正確，避免直接調(diào)裝型面，簡化調(diào)裝過程。2）調(diào)裝叉耳式接頭定位件時，應(yīng)充分考慮接頭定位件測量面的尺寸公差與其測量值的調(diào)裝公差的設(shè)計原則，須要求測量面的厚度尺寸公差在測量值公差允許的最小范圍內(nèi)，保證OTP01 的實測值取其公差帶內(nèi)的任意值時，后側(cè)點OTP02 的實測值均能處于其理論測量值公差帶范圍內(nèi)，同時還需考慮接頭定位面與測量面的尺寸協(xié)調(diào)性。3）調(diào)裝對接平板定位件時，需要嚴(yán)格控制測量值的調(diào)裝偏差，當(dāng)測量公差取極值時，H值仍能處于尾梁裝配允許的最大偏差范圍內(nèi)，保證尾梁與機(jī)身對接姿態(tài)正確以及尾傳動件的安裝位置正確。

為了充分發(fā)揮工裝定位件在飛機(jī)裝配過程中的精確定位作用，應(yīng)根據(jù)不同類型定位件的定位方式和測量偏差對其定位精度的影響，合理的分配測量公差的取值以及測量孔到定位面的公差精度，以保證飛機(jī)部件鉚接裝配尺寸的協(xié)調(diào)性。