數(shù)字量傳遞協(xié)調(diào)技術(shù)在飛機(jī)制造中的應(yīng)用研究

鄭文雅

（航空工業(yè)陜西飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司模線廠，陜西 漢中723213）

引言

作為航空制造業(yè)而言，需要快速開發(fā)先進(jìn)的產(chǎn)品，并在最短的時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)足夠產(chǎn)品，以此作為打贏高科技戰(zhàn)斗的基礎(chǔ)。同時(shí)，繼續(xù)向民用航空市場(chǎng)提供高性能的民用飛機(jī)。因此，發(fā)達(dá)國(guó)家的武器裝備制造業(yè)對(duì)此非常重視。通過(guò)充分利用企業(yè)動(dòng)態(tài)合作伙伴關(guān)系，有效利用多方資源，以便可以在最短的時(shí)間內(nèi)開發(fā)出新產(chǎn)品，并且可以在第一時(shí)間滿足市場(chǎng)和戰(zhàn)場(chǎng)需求。因?yàn)闄C(jī)身的結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，組成構(gòu)件數(shù)量多，尺寸大，剛度小，容易變形。所以在飛機(jī)制造過(guò)程中，制作時(shí)間較長(zhǎng)，所需要不同類型設(shè)備，由于需要使用多種設(shè)備，也就導(dǎo)致錯(cuò)誤的幾率直線上升。因此，本文主要基于數(shù)字傳輸協(xié)調(diào)技術(shù)在飛機(jī)制造中的應(yīng)用展開分析，以供參考。

1 數(shù)字傳輸協(xié)調(diào)技術(shù)

1.1 數(shù)字量轉(zhuǎn)移調(diào)整技術(shù)概述

針對(duì)飛機(jī)產(chǎn)品來(lái)說(shuō)。其組成構(gòu)件具備了形狀不一、數(shù)量大、彼此之間的協(xié)調(diào)體系繁瑣以及對(duì)協(xié)調(diào)性能要求較高的特點(diǎn)。以往，我國(guó)飛機(jī)產(chǎn)品往往會(huì)受到技術(shù)上的限制，只能通過(guò)手動(dòng)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)制造。但是，隨著計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在我國(guó)飛機(jī)行業(yè)的有效落實(shí)以及數(shù)字化定義的普及，為我國(guó)飛機(jī)制造中可以實(shí)現(xiàn)自主制造原理奠定了基礎(chǔ)，也使得數(shù)字量轉(zhuǎn)移代替模擬量轉(zhuǎn)移調(diào)整的方法得以實(shí)現(xiàn)。數(shù)字傳輸技術(shù)是數(shù)字協(xié)調(diào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。數(shù)字量轉(zhuǎn)移協(xié)調(diào)技術(shù)是指使用數(shù)字量轉(zhuǎn)移方法制造工具和組件以確保飛機(jī)制造過(guò)程中的協(xié)調(diào)，也就是說(shuō)實(shí)現(xiàn)了從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的具體信息到制造工藝、到各組成構(gòu)件的制造工藝均是直接通過(guò)數(shù)字化設(shè)備來(lái)進(jìn)行組裝或制造的。對(duì)比以往的使用模具生產(chǎn)線來(lái)調(diào)整工具和零件而言，確保了其協(xié)調(diào)性。

1.2 數(shù)字傳輸協(xié)調(diào)技術(shù)原理

設(shè)計(jì)部門通過(guò)數(shù)字傳輸協(xié)調(diào)技術(shù)來(lái)構(gòu)件飛機(jī)形狀以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的三維模型。經(jīng)過(guò)調(diào)整和審查后，飛機(jī)的詳細(xì)電子數(shù)字原型數(shù)據(jù)將作為單一數(shù)據(jù)源，并統(tǒng)一發(fā)布，其精準(zhǔn)程度可以作為在飛機(jī)制造中的唯一參考數(shù)據(jù)。當(dāng)設(shè)計(jì)部門進(jìn)行制造工藝設(shè)計(jì)時(shí)，可以直接參考調(diào)整過(guò)后發(fā)布的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行編碼、生成工藝文件的模擬以及數(shù)控加工執(zhí)行編程和仿真分析。在模擬量傳輸?shù)那闆r下，機(jī)器的附加零件需要許多調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，誤差累積大，許多加工設(shè)備以及較長(zhǎng)的生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。使用模具線和模板來(lái)構(gòu)建原型并創(chuàng)建用于布線零件的夾具。對(duì)于數(shù)字傳輸，調(diào)整過(guò)程不需要標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)程設(shè)備，僅需要必要的數(shù)控銑削夾具和鉆夾通過(guò)形狀和位置公差控制制造精度。其調(diào)節(jié)路徑是數(shù)學(xué)模型，因此數(shù)控設(shè)備執(zhí)行數(shù)控。

（1）鈑金類配件

以往的鈑金零件主要與模具線模板和標(biāo)準(zhǔn)樣品配合使用，使用三維表面標(biāo)準(zhǔn)樣品制造復(fù)雜的形狀和要控制的配合面，這是鈑金零件調(diào)整的基礎(chǔ)。采用數(shù)字傳輸后，調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)為產(chǎn)品數(shù)據(jù)集。在數(shù)據(jù)集的過(guò)程設(shè)計(jì)之后，可以生成數(shù)控加工程序，可以對(duì)所需的產(chǎn)品成型模具和檢查模具進(jìn)行數(shù)控加工，并可以檢查數(shù)控測(cè)量機(jī)的精度。數(shù)字量傳遞中的唯一錯(cuò)誤是模具和零件中的加工錯(cuò)誤，而數(shù)量轉(zhuǎn)移錯(cuò)誤主要有三個(gè)，主要是轉(zhuǎn)移鏈接錯(cuò)誤以及模具和零件中的加工錯(cuò)誤。

（2）組裝架

傳統(tǒng)的框架制造和安裝方法是使用框架組裝器、計(jì)分臺(tái)和光學(xué)工具底座來(lái)安裝框架，并且框架部件是通過(guò)傳輸模擬量的大小來(lái)制造的。而型架零件是根據(jù)框架板的形狀模板修復(fù)文件，或根據(jù)樣品進(jìn)行制造。將證卡的端孔倒入計(jì)分鉆孔臺(tái)中，將框架的連接叉耳倒入框架組裝機(jī)中。通常不直接安裝交叉路口定位器，但是將與交叉定位器連接的叉形凸耳澆鑄在框架裝配機(jī)上，然后直接對(duì)定位件進(jìn)行機(jī)械加工和安裝。在數(shù)字制造技術(shù)中，框架是使用集成技術(shù)構(gòu)建和安裝的?？蚣艿男螤钣蓴?shù)控加工而成，設(shè)置了三個(gè)點(diǎn)進(jìn)行安裝和測(cè)量，并使用十字定位器直接安裝。環(huán)節(jié)誤差大大減少了數(shù)字量轉(zhuǎn)移調(diào)整技術(shù)在復(fù)雜蒙皮組件中的應(yīng)用。

1.3 復(fù)雜蒙皮裝配概述

新機(jī)器的進(jìn)氣組件包括蒙皮處理組件和角材零件。蒙皮處理組件在縱向上分為三個(gè)部分：凸出蒙皮、側(cè)面凹入蒙皮和鞍狀蒙皮以形成進(jìn)氣口。這種材料是一種空氣動(dòng)力學(xué)形狀的邊角材料，它在水平方向和垂直方向上均分開，并具有加強(qiáng)的根部。三段蒙皮部分是復(fù)雜的雙曲線蒙皮，突出蒙皮的垂直翹曲是側(cè)凹皮膚，而蒙皮縱向翹高還可以看到蒙皮形狀的復(fù)雜性。根據(jù)入口的外皮形狀和焊接表面設(shè)計(jì)的每種增強(qiáng)材料都會(huì)根據(jù)入口的理論形狀的變化而改變其角度，并且也是雙曲率的零件。本文詳細(xì)介紹了數(shù)字量傳輸調(diào)整技術(shù)組件中的三種外觀的數(shù)字化制造。由于外觀復(fù)雜且難以制造，因此該模型的進(jìn)氣組件是影響該模型開發(fā)周期的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此計(jì)劃使用協(xié)調(diào)的數(shù)字傳輸路徑來(lái)制造復(fù)雜的蒙皮組件。

1.4 傳統(tǒng)制造技術(shù)的方法和缺點(diǎn)

進(jìn)氣組件的三個(gè)復(fù)雜蒙皮是典型的鈑金部件。根據(jù)傳統(tǒng)的制造技術(shù)，不僅零件的模制過(guò)程很復(fù)雜，而且模制工具的調(diào)節(jié)也很復(fù)雜，可以看出，這種復(fù)雜的蒙皮組件調(diào)節(jié)路徑長(zhǎng)，調(diào)節(jié)關(guān)系復(fù)雜，工具數(shù)量多，應(yīng)使用工具模板，零件模板和標(biāo)準(zhǔn)樣品來(lái)制造蒙皮角材零件和加工設(shè)備。計(jì)數(shù)器標(biāo)準(zhǔn)樣品、其他工具標(biāo)準(zhǔn)樣品和計(jì)數(shù)器標(biāo)準(zhǔn)樣品具有較高的制造精度要求，難以調(diào)整且加工周期長(zhǎng)。進(jìn)口蒙皮的理論形狀非常復(fù)雜，邦定焊接后用于爆炸鼓脹的模具是環(huán)形模具，采用傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)樣品調(diào)節(jié)，很難制造，無(wú)法保證蒙皮形狀的準(zhǔn)確性。用于外部加強(qiáng)和連接進(jìn)氣口蒙皮角材位于焊接到進(jìn)氣口蒙皮的一側(cè)。角度根據(jù)理論進(jìn)氣形狀的變化而變化。零件工具需要根據(jù)傳統(tǒng)的方法逐步進(jìn)行裝配。為了改善復(fù)雜蒙皮組裝的數(shù)字化制造技術(shù)，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行修改，滿足使用要求、長(zhǎng)周期、制造精度和效率。

2 基于數(shù)字樣機(jī)的多態(tài)模型數(shù)字量傳遞

鈑金零件的多狀態(tài)模型理論是將不同工序的幾何模型及其相關(guān)特性定義為機(jī)械加工過(guò)程的不同部分。由各種狀態(tài)模型列出的綜合數(shù)據(jù)模型稱為金屬零件的多狀態(tài)數(shù)字模型，多態(tài)模型為鈑金數(shù)字化生產(chǎn)過(guò)程中的傳遞和協(xié)調(diào)提供了一致的數(shù)據(jù)內(nèi)容，并且由多態(tài)模型定義及控制。在鈑金零件的轉(zhuǎn)移過(guò)程中，結(jié)合了數(shù)字表達(dá)式建立基于多態(tài)模型的數(shù)字量轉(zhuǎn)移系統(tǒng)?；跀?shù)字量傳遞系統(tǒng)的多狀態(tài)模型是以保持公差的形式，利用原始數(shù)據(jù)從幾何尺寸和鈑金金屬的大小協(xié)同進(jìn)行多狀態(tài)模型。多狀態(tài)模型中的幾何模型直接應(yīng)用于模具設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)的幾何數(shù)據(jù)處理中，消除了從檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備到勞動(dòng)力再到零件的一些中間環(huán)節(jié)的錯(cuò)誤。就是說(shuō)多狀態(tài)的基本模型和模具本身就是一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)字模型，而用來(lái)處理的模型也是從數(shù)字模型中得到的。數(shù)控機(jī)床的精確生產(chǎn)保證了工藝裝備的可靠性，提高了工序裝置的生產(chǎn)和協(xié)調(diào)精度。

3 基于知識(shí)庫(kù)的鈑金工藝設(shè)計(jì)

基于知識(shí)庫(kù)的鈑金工藝是航空制造工程中的難點(diǎn)，它高度依賴工匠的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，這些經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)不是一蹴而就的，必須由工匠通過(guò)多年的工作和研究不斷積累來(lái)完成。使過(guò)程設(shè)計(jì)閾值非常高，并且過(guò)程設(shè)計(jì)的效率相對(duì)較低。為了解決這些問題，國(guó)內(nèi)外許多跨國(guó)公司和著名大學(xué)已經(jīng)研究和開發(fā)了基于知識(shí)的過(guò)程設(shè)計(jì)支持系統(tǒng)，還開發(fā)了飛機(jī)餐設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

在對(duì)飛機(jī)風(fēng)扇金屬零件的數(shù)字化制造過(guò)程進(jìn)行分析研究的基礎(chǔ)上，利用飛機(jī)風(fēng)扇金屬零件設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)風(fēng)扇金屬零件的知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行表述和構(gòu)建，建立了基于知識(shí)的鈑金金屬零件工藝設(shè)計(jì)方法，并建立了典型的工藝流程。采用了基于流程設(shè)計(jì)?；谑纠牧鞒淘O(shè)計(jì)和基于定制的三種方法的流程設(shè)計(jì)。掌握了一些知識(shí)，以推動(dòng)稻米金零件的工藝設(shè)計(jì)過(guò)程。對(duì)于大多數(shù)風(fēng)扇金零件，過(guò)程邏輯決策是基于常見過(guò)程和示例做出的。對(duì)于一些難以根據(jù)設(shè)計(jì)決策模型完全生成工藝指令的復(fù)雜零件，在定制和增強(qiáng)工藝流程后，工藝指令的設(shè)計(jì)便完成并通過(guò)了風(fēng)機(jī)金零件系統(tǒng)。這三個(gè)復(fù)雜的皮膚部位的工藝設(shè)計(jì)準(zhǔn)確，合理，快捷。

4 復(fù)雜蒙皮組合件數(shù)字量傳遞協(xié)調(diào)方案

入口的復(fù)雜蒙皮組件采用三維模型的數(shù)字化設(shè)計(jì)，繪制二維圖紙，并使用三維模型和二維圖紙作為產(chǎn)品制造和驗(yàn)收的基礎(chǔ)。進(jìn)氣口復(fù)雜蒙皮的組裝過(guò)程準(zhǔn)備是基于飛機(jī)產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計(jì)。工藝和工裝的設(shè)計(jì)和制造使用盤錦數(shù)字制造技術(shù)，并使用數(shù)字模型來(lái)調(diào)整制造過(guò)程，以數(shù)字量傳輸為中心，目前，這是我國(guó)第一個(gè)使用數(shù)字模型來(lái)協(xié)調(diào)制造大型復(fù)合扇形金組件的項(xiàng)目。過(guò)程指令設(shè)計(jì)計(jì)劃使用指令設(shè)計(jì)系統(tǒng)來(lái)組織、分類和構(gòu)建企業(yè)過(guò)程知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，從而使企業(yè)人員的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范得以累積和使用。通過(guò)完成基于過(guò)程知識(shí)庫(kù)的過(guò)程指南設(shè)計(jì)，提高過(guò)程設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量，減少設(shè)計(jì)過(guò)程中的人為錯(cuò)誤，縮短了新企業(yè)產(chǎn)品的過(guò)程設(shè)計(jì)周期并降低了成本。

5 工藝裝備設(shè)計(jì)制造方案

設(shè)計(jì)和制造蒙皮拉伸模具、橡膠袋液壓成型模具、拉伸彎曲模具、爆炸性鼓脹模具、整體檢查模具、臨時(shí)焊接位置框架等，提高零件制造的準(zhǔn)確性并確保零件與模具之間的協(xié)調(diào)性。除了根據(jù)CNC 加工的整體檢查模具形狀來(lái)決定拉皮模具的形狀外，我們還采用模具技術(shù)設(shè)計(jì)和制造其他垂直和水平零件的成型模具和彎曲模具，并且所有CNC 加工都是我國(guó)首創(chuàng)的，不需要大型稻米-金復(fù)合組件模型的項(xiàng)目，爆炸凸出模具是采用技術(shù)設(shè)計(jì)和制造的，其沿進(jìn)氣口的縱向分為三個(gè)部分，并組合成完全爆炸性的可擴(kuò)展類型。通過(guò)該技術(shù)設(shè)計(jì)和制造了用于組裝形狀的整個(gè)檢查模具、用于入口端口組合的臨時(shí)焊接定位框架、制造復(fù)雜的蒙皮檢查模具，前蒙皮的形狀應(yīng)小于進(jìn)氣口理論形狀，蒙皮組件的檢查模具形狀小于入口的理論形狀。蒙皮組合檢查模具不僅是三階段蒙皮組合檢查的基礎(chǔ)，而且是蒙皮拉拔模具和蒙皮組合焊接架制造的基礎(chǔ)。根據(jù)進(jìn)氣口的形狀徹底檢查皮膚組合塑料檢查模具和拉皮模具。

6 復(fù)雜蒙皮組合件數(shù)字化制造流程

數(shù)字技術(shù)已經(jīng)全面應(yīng)用并集成優(yōu)化，例如飛機(jī)產(chǎn)品數(shù)字定義中的設(shè)備控制、過(guò)程設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)和制造、橡膠液壓成型、進(jìn)氣組件零件的蒙皮拉伸和輪廓拉伸彎曲制造，蒙皮組件的復(fù)雜建筑數(shù)字化制造過(guò)程將基于模擬量的傳輸模式更改為基于數(shù)字量傳輸?shù)膮f(xié)調(diào)調(diào)整方法。復(fù)雜蒙皮組件的數(shù)字化制造過(guò)程是可觀的。在裝配制造中，已使用基于數(shù)字化傳遞協(xié)調(diào)技術(shù)來(lái)避免使用更多調(diào)整設(shè)備，擴(kuò)大工作面積并提高工藝設(shè)備的制造和調(diào)整精度?？梢苑稚⒌牧慵脱b配體的制造以及裝配鏈被裝配在一起，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜蒙皮裝配體的零件和加工設(shè)備的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)制造和檢查數(shù)據(jù)集成化和并行化。不難看出，復(fù)雜蒙皮組合建數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)具有十分重要的意義，有效提升了數(shù)字量傳遞協(xié)調(diào)技術(shù)在飛機(jī)制造中的應(yīng)用效率，為飛機(jī)制造的未來(lái)發(fā)展奠定良好的發(fā)展基礎(chǔ)。

7 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)數(shù)字量傳遞協(xié)調(diào)技術(shù)的深入研究，確定了“數(shù)字量傳遞協(xié)調(diào)技術(shù)原理”和“數(shù)字量模擬量”，對(duì)數(shù)字量傳遞協(xié)調(diào)技術(shù)有了更全面，更深入的認(rèn)識(shí)?！凹蓞f(xié)調(diào)系統(tǒng)的原理傳遞”和相應(yīng)的協(xié)調(diào)系統(tǒng)示意圖已在新機(jī)器的開發(fā)中得到成功應(yīng)用和驗(yàn)證。通過(guò)仔細(xì)研究和總結(jié)，可以得出數(shù)字量傳遞協(xié)調(diào)技術(shù)適用于飛機(jī)制造的重要結(jié)論。使用數(shù)字定義的方法進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)是有效實(shí)施數(shù)字量傳遞協(xié)調(diào)技術(shù)的前提，并且必須具有出色的軟件，硬件，高速網(wǎng)絡(luò)和其他環(huán)境條件。產(chǎn)品數(shù)據(jù)必須在正式發(fā)布之前得到驗(yàn)證，保證技術(shù)的應(yīng)用效率，同時(shí)該技術(shù)還可以用作廣泛共享的單個(gè)數(shù)據(jù)源，避免使用一組以上的數(shù)據(jù)源，這樣無(wú)法有效地保證一致數(shù)據(jù)源的共存和使用。流程設(shè)計(jì)包括工具設(shè)計(jì)、CNC 加工編程等。應(yīng)直接使用和引用數(shù)據(jù)，并應(yīng)采用相關(guān)的設(shè)計(jì)方法，盡可能避免手動(dòng)轉(zhuǎn)換，可以間接使用和二次生成產(chǎn)品數(shù)據(jù)，確保唯一、可靠和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)傳輸和使用。