前起落架平行度工藝研究

王奉龍，趙勇軍，婁雷亭，譙正

（中航飛機(jī)股份有限公司長(zhǎng)沙起落架分公司，陜西 漢中 723000）

0 引言

當(dāng)飛機(jī)起飛后起落架收起，前起落架中立位置尤為關(guān)鍵，外筒懸掛軸與飛機(jī)相連接，活塞桿輪軸與機(jī)輪連接，起落架中立位置決定了收起時(shí)機(jī)輪與飛機(jī)相對(duì)位置。而影響前起落架平行度的關(guān)鍵零件為外筒、活塞桿、上凸輪、下凸輪。目前，前起落架平行度通過凸輪配加工保證，不僅對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作人員技能水平要求較高，還需對(duì)產(chǎn)品反復(fù)拆裝，延長(zhǎng)產(chǎn)品生產(chǎn)周期，并且因?yàn)榕浼庸?，無法實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品通用，造成產(chǎn)品返修難度大，尤其其中某項(xiàng)零件報(bào)廢，返配尤為困難，甚者導(dǎo)致與其配加工零件同時(shí)報(bào)廢，增加返修成本。本文通過對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行分析，確認(rèn)關(guān)鍵零件及其關(guān)鍵尺寸，通過理論計(jì)算及數(shù)模模擬推演，精準(zhǔn)控制零件加工精度，通過協(xié)調(diào)關(guān)鍵零件形位尺寸，保證前起落架平行度要求，取消傳統(tǒng)配加工方法，提升零件互換性，消除零件專配關(guān)系，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的互換性、通用性[1-3]。

1 前起落架平行度原理分析

前起落架平行度為外筒懸掛軸軸線與活塞桿輪軸軸線之間的平行度，活塞桿軸線與外筒懸掛軸線相對(duì)形位尺寸通過上、下凸輪螺旋面配合來保證，上凸輪與活塞桿之間通過螺釘/定位鍵連接，保證了活塞桿輪軸軸線與上凸輪螺旋面的相對(duì)位置，下凸輪與外筒通過控制自身連接形位尺寸，下凸輪與外筒之間通過鍵/螺釘連接，保證了外筒懸掛軸線與下凸輪螺旋面的相對(duì)位置，在產(chǎn)品充壓狀態(tài)下，外筒、活塞桿受到軸向壓力，產(chǎn)生軸向運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)上、下凸輪螺旋型面旋合[4-5]，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全伸長(zhǎng)狀態(tài)，從而使活塞桿輪軸軸線與外筒懸掛軸線平行，所以外筒、活塞桿、上下凸輪被用于保證前起落架平行度關(guān)鍵零件，其關(guān)鍵形位尺寸控制為關(guān)鍵要素。

2 工藝流程設(shè)計(jì)

現(xiàn)以兩類典型前起落架為例，對(duì)前起傳統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)要介紹。

1）第一類：外筒、下凸輪之間采用鍵連接，上凸輪與活塞桿之間采用螺釘連接，實(shí)現(xiàn)外筒、活塞桿、上凸輪、下凸輪四者裝配，形成產(chǎn)品平行度尺寸鏈。該類產(chǎn)品傳統(tǒng)工藝方法是將外筒、活塞桿、上凸輪、下凸輪等4個(gè)關(guān)鍵零件預(yù)裝，下凸輪和活塞桿連接定位孔協(xié)調(diào)預(yù)留尺寸，僅加工底孔，下凸輪通過工藝螺釘將其與活塞桿進(jìn)行固定，工藝螺釘安裝至預(yù)留底孔位置，然后通過專用工裝將其拉至全伸長(zhǎng)狀態(tài)，替代充壓方式，對(duì)外筒、活塞桿施加軸向拉載荷，進(jìn)而帶動(dòng)上、下凸輪螺旋面旋合貼緊。以外筒懸掛軸軸線為基準(zhǔn)，調(diào)整活塞桿輪軸，改變外筒、活塞桿兩者相對(duì)位置，使其保證平行度要求，然后將活塞桿組件取出，此狀態(tài)下工藝螺釘將活塞桿、上凸輪固定組成活塞桿組件，調(diào)整活塞桿組件方向，在下凸輪上進(jìn)行配鉆螺紋孔，最后安裝螺釘固定，完成產(chǎn)品總裝，使產(chǎn)品滿足平行度要求。傳統(tǒng)工藝流程存在以下弊端：首先，活塞桿材料為高強(qiáng)度鋼，對(duì)其加工工藝裝備精度、能力要求較高，且其加工后處理復(fù)雜，且活塞桿加工存在二次找正問題，加工超差風(fēng)險(xiǎn)較高；其次，平行度調(diào)整過程中需要工藝螺釘擰緊固定，若預(yù)緊力度過大則調(diào)整困難，需多次調(diào)整，若預(yù)緊力度小，則在活塞桿組件分解后活塞桿與下凸輪易產(chǎn)生錯(cuò)位偏離，導(dǎo)致鉆孔位置與調(diào)整位置出現(xiàn)不一致現(xiàn)象，致使最終產(chǎn)品平行度超差，所以工藝螺釘擰緊力度較為關(guān)鍵，但是由于每件產(chǎn)品零件制造差異性，定量控制擰緊較難。

2）第二類：外筒、下凸輪之間采用鍵連接，上凸輪與活塞桿之間采用鍵連接，實(shí)現(xiàn)外筒、活塞桿、上凸輪、下凸輪四者裝配，形成產(chǎn)品平行度尺寸鏈。該類產(chǎn)品傳統(tǒng)工藝方法是將外筒、上凸輪配合鍵槽留有余量未加工到位，首先對(duì)外筒、活塞桿、上凸輪、下凸輪等4個(gè)關(guān)鍵零件進(jìn)行預(yù)裝，其中通過定位工裝將下凸輪安裝定位在外筒上，然后通過專用工裝將其拉至全伸長(zhǎng)狀態(tài)，替代充壓方式，對(duì)外筒、活塞桿施加軸向拉載荷，帶動(dòng)上、下凸輪螺旋面旋合。然后以活塞桿輪軸軸線為基準(zhǔn)，調(diào)整外筒懸掛軸線，使其兩者相對(duì)位置改變，保證平行度要求。在總裝狀態(tài)下在下凸輪上配鉆定位孔，在定位孔安裝定位銷并使其外筒與下凸輪相對(duì)位置固定，然后將外筒分解，恢復(fù)外筒與下凸輪組件安裝。此狀態(tài)下找正外筒懸掛軸軸線，以外筒懸掛軸為基準(zhǔn)，配銑外筒與下凸輪鍵槽。最后安裝鍵固定完成產(chǎn)品總裝狀態(tài)，使產(chǎn)品滿足平行度要求。傳統(tǒng)工藝流程存在以下弊端：外筒材料為高強(qiáng)度材料，對(duì)工藝裝備的精度、能力要求較高，在平行度調(diào)整和外筒銑削過程中均需要找正外筒懸掛軸軸線，即存在二次找正問題，存在找正偏差，同時(shí)在總裝狀態(tài)下需加工下凸輪與外筒的定位孔，在加工過程中存在誤傷活塞桿的風(fēng)險(xiǎn)。

兩類傳統(tǒng)凸輪配加工工藝存在的共同問題是：由于零件為配加工，導(dǎo)致零件無法通用，無法互換，給后續(xù)產(chǎn)品返修、返配造成困難[7-8]。為消除傳統(tǒng)工藝方法存在的弊端，根據(jù)其結(jié)構(gòu)原理，對(duì)前起落架平行度工藝流程進(jìn)行優(yōu)化，取消外筒、活塞桿與上凸輪及下凸輪的配加工。優(yōu)化后工藝流程為：首先對(duì)外筒、活塞桿、上凸輪、下凸輪的關(guān)鍵尺寸進(jìn)行確定，然后根據(jù)尺寸鏈進(jìn)行推算，按照加工難度對(duì)各零件尺寸和精度進(jìn)行匹配，確定零件的尺寸加工精度，協(xié)調(diào)加工零件尺寸，同時(shí)對(duì)協(xié)調(diào)加工方案及制造誤差產(chǎn)生的平行度超差問題進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)估，制定前起落架平行度超差補(bǔ)償方案。

優(yōu)化后工藝流程如下：首先對(duì)技術(shù)要求進(jìn)行理論分析，技術(shù)要求活塞桿輪軸與外筒懸掛軸在長(zhǎng)度L上平行度不大于X。通過外筒、活塞桿、上凸輪、下凸輪鉸接處各自半徑R與長(zhǎng)度L比例進(jìn)行換算，將算得的總平行度X比例換算至外筒、活塞桿、上凸輪、下凸輪形位尺寸精度要求，可算得精度等于RX/L，因各項(xiàng)零件結(jié)構(gòu)存在差異，可根據(jù)各個(gè)零件加工難度確認(rèn)加工偏差的分配，但是匹配后總精度不得超出要求，同時(shí)因理論計(jì)算需考慮零件加工誤差及平行度測(cè)量誤差，可適當(dāng)提高零件精度要求，為零件裝配后平行度調(diào)整留有冗余[6]，下面對(duì)外筒、活塞桿、上凸輪、下凸輪加工控制要點(diǎn)簡(jiǎn)要介紹。

1）外筒主要通過其鍵槽與下凸輪連接，形成平行度尺寸鏈，所以外筒的鍵槽尺寸為關(guān)鍵尺寸，外筒控制要點(diǎn)為鍵槽與外筒懸掛軸形位精度，按照上述分配其加工精度進(jìn)行控制，加工過程中保證鍵槽相對(duì)于B平面的對(duì)稱度，B平面為垂直于A軸（懸掛軸軸線）與D軸（外筒軸線）建立的平面。

2）活塞桿主要通過鍵/螺釘與上凸輪連接，形成平行度尺寸鏈，活塞桿主要控制定位孔/鍵與活塞桿輪軸軸線形位精度，其加工控制形式與外筒相同，活塞桿輪軸軸線與活塞桿軸線建立平面A，B平面垂直于A平面，控制定位孔/鍵軸線應(yīng)與平面B平行。

3）上凸輪、下凸輪主要通過鍵、螺釘分別與外筒、活塞桿連接，上凸輪、下凸輪主要控制定位孔或鍵槽與凸輪螺旋型面的相對(duì)位置，但是在上凸輪、下凸輪各自螺旋型面加工完成后，該型面非最終尺寸，因其設(shè)計(jì)要求上、下凸輪型面有貼合要求，在上凸輪、下凸輪各自完成加工后需對(duì)其螺旋面配研，保證其貼合要求，且凸輪均為薄壁零件，其型面存在變形，導(dǎo)致其研磨量不可控，上凸輪和下凸輪的研磨導(dǎo)致上凸輪和下凸輪螺旋面尺寸產(chǎn)生變化，改變其原始定位孔或鍵槽與螺旋型面的相對(duì)位置，然后通過鉸鏈連接傳遞至外筒及活塞桿，改變外筒懸掛軸線與活塞桿軸線的相關(guān)位置，影響前起落架最終平行度。經(jīng)分析，上、下凸輪配研量不可控，需對(duì)其工藝流程進(jìn)行優(yōu)化，以消除不可控風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)上、下凸輪配加工方案進(jìn)行優(yōu)化，消除上凸輪和下凸輪研磨對(duì)型面與定位尺寸的影響。優(yōu)化后流程為：上凸輪、下凸輪定位孔或鍵槽暫時(shí)不加工，首先將上凸輪、下凸輪螺旋型面配研后，保證其螺旋面貼合要求，特設(shè)計(jì)配銑工裝（如圖1），通過該工裝對(duì)上凸輪、下凸輪配對(duì)組合安裝固定，軸向通過螺紋旋合施加壓載荷，能夠使上凸輪、下凸輪螺旋面貼合研磨，螺旋型面滿足貼合要求后，以上凸輪定位鍵槽為基準(zhǔn)，加工下凸輪定位孔/鍵槽。因定位鍵槽或孔尺寸過小而無法找正，可將其定位基準(zhǔn)轉(zhuǎn)接于工裝上平面或軸等，便于加工過程中的基準(zhǔn)找正，通過該工裝保證了上凸輪、下凸輪的鍵槽及定位孔相對(duì)位置關(guān)系，該工藝方法可消除凸輪配研的影響。

圖1 配銑工裝圖

3 補(bǔ)償返修方案

在生產(chǎn)加工過程中，工藝設(shè)計(jì)及零件制造過程存在偏差，裝配后前起落架平行度存在不合格問題，在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，可采取相關(guān)措施進(jìn)行補(bǔ)償修正，工藝方案為：通過銼修下凸輪、上凸輪螺旋型面，改變下凸輪、上凸輪鍵槽及定位孔相對(duì)位置關(guān)系，然后改變外筒懸掛軸線與活塞桿輪軸線相對(duì)位置。凸輪銼修一般選取銅制材料，銅制材料銼修難度小，同時(shí)銼修凸輪精度必須在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)。在此過程中注意以下兩點(diǎn)：1）凸輪為四側(cè)螺旋面，需同時(shí)挫修兩側(cè)等效平面，注意挫修型面位置，避免因銼修相反螺旋面而導(dǎo)致平行度變大。2）銼修螺旋面導(dǎo)致上凸輪、下凸輪軸線長(zhǎng)度變短，使前起落架總長(zhǎng)度變長(zhǎng)，影響產(chǎn)品安裝距，若產(chǎn)品安裝距已接近上極限，銼修量需要嚴(yán)格把控，避免造成產(chǎn)品安裝距超差。銼修凸輪補(bǔ)償修正方案如下。

現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)品實(shí)際測(cè)得在長(zhǎng)度X上的平行度為L(zhǎng)，與水平軸線夾角為α。水平軸線夾角計(jì)算公式為：α=arctan（L/X）；S/360=ΔL/α；ΔL=（S/360）×arctan（L/X）。式中：ΔL為銼修凸輪型面使上凸輪、下凸輪導(dǎo)致軸線相對(duì)位移變化量，而非螺旋面銼修量；尺寸S如圖2所示。

圖2 尺寸S示意圖

通過專用工裝銼修凸輪螺旋型面，保證其相配后軸向位移量，因?yàn)樾夼渫馆喡菪鎸?duì)前起落架平行度調(diào)整存在局限性，在無法通過修配凸輪的情況下可按以下方案進(jìn)行返配：以第一類外筒、下凸輪通過鍵連接，上凸輪與活塞桿通過螺釘連接產(chǎn)品為例，將外筒、活塞桿、上凸輪、下凸輪等4個(gè)關(guān)鍵零件預(yù)裝，調(diào)整活塞桿組件，使活塞桿輪軸軸線與外筒懸掛軸線，以滿足平行度要求，然后將活塞桿組件從外筒中分解取出，通過擰緊工藝螺釘將上凸輪緊固到活塞桿上。然后在上凸輪和活塞桿上用高度尺做好相對(duì)位置標(biāo)記，便于后續(xù)回復(fù)其初始位置，將上凸輪從活塞桿上分解下，將活塞桿固定在鉆臺(tái)上，調(diào)整活塞桿位置，使用鉆頭找正活塞桿上止動(dòng)釘安裝孔，并鎖緊搖臂鉆位置，將上凸輪等零件安裝在活塞桿上；按標(biāo)記線對(duì)齊恢復(fù)上凸輪和活塞桿上組件的裝配，根據(jù)鎖緊搖臂鉆所在位置，使用鉆頭在上凸輪上鉆孔，然后使用鉸刀鉸孔，繼續(xù)使用擴(kuò)孔鉆對(duì)上凸輪進(jìn)行擴(kuò)孔（控制進(jìn)刀深度），最后使用絲錐對(duì)上凸輪進(jìn)行攻絲，清除鐵屑，裝上止動(dòng)釘。按上述工步內(nèi)容，加工其余上凸輪螺紋孔，最后完成總裝，保證前起落架平行度要求。

4 結(jié)論

對(duì)影響產(chǎn)品前起落架平行度的尺寸鏈進(jìn)行研究，確定關(guān)鍵、重要零件，通過理論計(jì)算確定關(guān)鍵零件及其形位精度。根據(jù)零件加工難度的差異，對(duì)關(guān)鍵零件及其控制精度進(jìn)行匹配，優(yōu)化加工工藝，以滿足產(chǎn)品平行度要求，同時(shí)為平行度超差零件制定返修方案，在一定范圍內(nèi)可補(bǔ)償制造誤差，該工藝可代替原有的凸輪配加工方法，解決了傳統(tǒng)工藝流程存在的各種弊端，為其它前起落架結(jié)構(gòu)取消配加工提供技術(shù)支持。