蒙皮化學銑切工藝系統(tǒng)協(xié)調(diào)誤差分析及控制

劉慶萍+於智良+呂銳

摘 要 化銑蒙皮零件是形成飛機氣動外形的主要零件之一。文章從工藝、工裝制造的源頭中找出可能出現(xiàn)問題的原因，并提出了用數(shù)據(jù)對制造工裝、裝配工裝、模線樣板進行協(xié)調(diào)控制的制造理念。

關(guān)鍵詞 蒙皮零件；化學銑切；系統(tǒng)協(xié)調(diào)誤差；控制

中圖分類號：TG54 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）02-0100-02

1 蒙皮化學銑切工藝制造簡述

化學銑切是利用化學和電化學腐蝕原理將零件多余材料去除的一種加工方法。化銑蒙皮零件的制造工藝分為兩種方式；一種是先化銑后成型，另一種是先成型后化銑。對于前一種先化銑后成型，化銑工序是在平板展開料上進行，故加工制造難度不大，但化銑后的蒙皮零件由于材料的厚度不均勻成型難度大，且成型質(zhì)量不宜控制而較少使用。后一種先成型后化銑的制造方式，成型質(zhì)量較易控制，但化銑過程較復雜、環(huán)節(jié)多，對于蒙皮化銑零件的制造工藝過程的誤差控制就顯得十分重要。面向環(huán)境的產(chǎn)品設計制造及應用技術(shù)要求設備和工藝簡單、通用性好、制造成本低等。現(xiàn)代航空材料的加工方法及應用更加重視節(jié)約資源，降低能耗，促進可持續(xù)發(fā)展。生態(tài)經(jīng)濟視野下的清潔生產(chǎn)技術(shù)要求應用綠色的工藝、綠色的設備、綠色的管理。因此加強蒙皮化學銑切工藝系統(tǒng)協(xié)調(diào)誤差分析及控制具有實際意義。

2 化銑蒙皮零件制造工藝方案分析

2.1 工藝流程的定位基準誤差分析

在飛機研制前期的工藝工裝設計中，基準和定位是保證零件生產(chǎn)和裝配的重要因數(shù)。圖1是典型工藝流程圖，從圖1可知，生產(chǎn)工裝和裝配工裝的零件幾何數(shù)據(jù)來源于結(jié)構(gòu)數(shù)模，而其它工藝環(huán)節(jié)的制造數(shù)據(jù)均來源于工藝數(shù)模，如增加工藝余量、工藝孔、工藝凸耳、工藝容差、加工定位基準等。工藝數(shù)模的工藝要求信息（加工、裝配、定位技術(shù)要求）來源于裝配環(huán)節(jié)根據(jù)零、組件結(jié)構(gòu)數(shù)模所采用的不同裝配模式而確定，三維模胎數(shù)模設計和三維型架數(shù)模設計將零件幾何數(shù)據(jù)和加工、裝配、定位技術(shù)要求等工藝數(shù)據(jù)分別容入到各自的數(shù)模設計中。圖1工藝流程的環(huán)境是閉環(huán)和協(xié)調(diào)的，整個工藝制造設計也符合并行協(xié)同制造理念。但在以往的工藝工裝設計中，經(jīng)常會因為定位基準的不協(xié)調(diào)而導致蒙皮零件裝配出現(xiàn)問題。

圖1 工藝流程圖

由于飛機結(jié)構(gòu)外形的特殊性，飛機機身上的長桁軸線有些是曲線形狀，不能用平面定義。而機身內(nèi)部零件需要將長桁軸線投影到零件的內(nèi)、外表面進行定位，這與普通機械設計相比是完全不同的。因而必須由工藝部門進行工藝定位基準轉(zhuǎn)換。在以往的模擬量制造中，工藝基準轉(zhuǎn)換的任務由模線樣板完成，模線設計是飛機制造的唯一原始依據(jù)。而現(xiàn)如今改為由工藝數(shù)模和結(jié)構(gòu)裝配數(shù)模或零件數(shù)模作為工藝設計、制造的原始依據(jù)。所以如何正確定義工藝數(shù)模上長桁軸線的準確位置是一個非常重要的環(huán)節(jié)。

長桁軸線是化銑槽位置尺寸的定位基準，如果理論數(shù)模中長桁軸線是以平面定義給出的，飛機內(nèi)外形面與長桁軸線平面相交即可確定飛機內(nèi)外形面的長桁軸線，并且是唯一確定的。如果理論數(shù)模中長桁軸線是以曲線定義給出的，則應以工藝數(shù)模進行投影傳遞，達到設計基準的協(xié)調(diào)一致。這是因為在確定長桁軸線投影的過程中有2種常規(guī)選擇方式，一是按法線投影；二是按給定方向投影。而一旦選擇給定方向投影，則有可能產(chǎn)生投影方向不一致，就會使生產(chǎn)工裝和裝配工裝的設計基準不協(xié)調(diào)，造成較嚴重的后果。另外還可以按相應零、部件的結(jié)構(gòu)數(shù)模確定長桁的位置，按這種方式不算錯，但由于不是從理論數(shù)模傳遞而來，所以不能算作是最好的協(xié)調(diào)方式，所以結(jié)構(gòu)數(shù)模中的長桁軸線如果是以曲線定義給出的，應明確規(guī)定長桁軸線以工藝數(shù)模按法線投影進行傳遞，同時增加對裝配工裝或生產(chǎn)工裝基準軸線的檢測環(huán)節(jié)，以此保證工裝之間基準軸線的準確協(xié)調(diào)。

2.2 定位孔

定位孔是蒙皮按模胎成型后與型架安裝定位的基準。如果定位孔位置、精度選擇的不合適或定位孔的數(shù)量不夠造成裝配型架和零件定位不準確而產(chǎn)生較大的定位誤差，而定位不準確，就達不到蒙皮裝配的相對位置準確。就會造成各種裝配的不協(xié)調(diào)，由于蒙皮裝配是飛機制造的關(guān)鍵時刻，短時間內(nèi)很難查出這種不協(xié)調(diào)問題的原因。所以定位孔在工藝、工裝設計制造中是一個很重要的協(xié)調(diào)裝配基準。定位孔一般由工裝制造依據(jù)的工藝數(shù)模確定，同時傳遞到生產(chǎn)工裝和裝配工裝以保證裝配和零件制造的協(xié)調(diào)。定位孔一般取在蒙皮的非工作區(qū)域，在蒙皮裝配完成后裁剪掉。由于帶曲率的化銑蒙皮零件的制造環(huán)節(jié)較多，蒙皮定位孔的制取方向是沿法線方向進行的，移型準確度不易把握，所以將定位孔所在面選取為平面或曲率半徑較大的面來降低定位基準孔的協(xié)調(diào)難度確保其準確協(xié)調(diào)。定位孔的數(shù)量太少可造成定位孔不穩(wěn)定準確度不夠，太多制取成本太大，一般選取在3個以上形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)較為合適。

2.3 裝配工裝、生產(chǎn)工裝之間的協(xié)調(diào)

基準線（面）是加工驗證工裝幾何形狀協(xié)調(diào)的基準，由于飛機蒙皮零件的特殊性（尺寸大型面復雜），許多的尺寸定位是通過這些基準線（面）得以實現(xiàn)和驗證。定位孔的相對位置準確是關(guān)系到蒙皮零件制造和裝配協(xié)調(diào)的重要環(huán)節(jié)，如果定位孔不準確或偏差較大，就會造成零件的裝配位移而導致無法裝配。生產(chǎn)工裝（模胎）的制造和基準線的刻線技術(shù)采用數(shù)字化制造其準確度已不成問題，裝配工裝（型架）的制造準確度主要體現(xiàn)在各卡板和定位件的相對位置組裝上，數(shù)控加工和各種先進的裝配儀器可以保證裝配工裝的技術(shù)要求，需要提出的是由于工裝制造的環(huán)節(jié)較多誤差積累較大容易出現(xiàn)各種裝配不到位現(xiàn)象，工藝總協(xié)調(diào)還應對二者工裝的關(guān)鍵位置給出測量數(shù)據(jù)進行控制、比對。保證生產(chǎn)工裝與裝配工裝的協(xié)調(diào)一致。用較準確的各種測量儀器進行測量控制。如果二者工裝測量數(shù)據(jù)誤差太大，則需要對二者工裝分別進行設計復查。目前常規(guī)的檢測來源于各自的分別設計制造與檢測，而這里強調(diào)的是對二者工裝的協(xié)調(diào)性檢測控制。

2.4 蒙皮三維化銑樣板的協(xié)調(diào)制造

在化銑零件的制造過程，化銑槽口位置的確定目前仍然按三維立體化銑樣板復制而成，化銑樣板的制造準確度就顯得格外重要。按模胎制造化銑樣板型面的實質(zhì)就相當于成型化銑蒙皮零件，由于不同的使用目的導致不同的加工精度，三維立體化銑樣板應有比零件更高的加工成型精度。按模胎復制基準線在化銑樣板的制造中屬于關(guān)鍵環(huán)節(jié)，由于國內(nèi)大型蒙皮鈑金件的數(shù)字化柔性制造技術(shù)還處于試制或研制階段，故基準軸線的復制還處于不穩(wěn)定狀態(tài)。所以不管是采用何種制造方法都必須采用系統(tǒng)的測量方法對化銑樣板、模胎、型架的關(guān)鍵部位進行數(shù)據(jù)控制。在飛機由模擬量制造向數(shù)字量制造轉(zhuǎn)型的過程中，許多人都認為應該取消模線樣板。其實模線樣板在其使命期間充當唯一原始依據(jù)外，還充當了檢驗依據(jù)和標準模板的作用。筆者認為后兩者的作用即使是在數(shù)字量制造中由于其簡單、實用、成本低也是一個性價比較高的選擇，并且數(shù)字量制造還可將樣板的制造質(zhì)量提升到較高的水平。

3 結(jié)束語

飛機制造與普通制造的最大不同是其外形不能用規(guī)整的幾何元素來描述，長期以來采用的都是模擬量制造模式。模擬量制造模式下通常采用的是控制制造依據(jù)的協(xié)調(diào)和組合件、部件的對接，而很難對制造過程進行控制。制造依據(jù)（模線樣板）既是生產(chǎn)依據(jù)也是檢驗依據(jù)。產(chǎn)生的裝配不協(xié)調(diào)現(xiàn)象只能通過留余量、挫修的方法解決。飛機制造的質(zhì)量、周期和成本都很難得到大的提升。數(shù)字化制造模式將會使飛機制造步入一個新的平臺。但由于飛機制造的復雜性、系統(tǒng)性所致不可能將模擬量制造模式完全去除改由數(shù)字化制造模式取代。現(xiàn)實的做法是將每個專業(yè)的制造環(huán)節(jié)綜合的看成是一個整條的制造鏈，制造鏈的端點就是飛機的裝配。逐步用數(shù)字化制造模式替代模擬量制造模式。鏈條的鏈接點就是各個專業(yè)之間的協(xié)調(diào)點。控制好每個連接點就等于控制了飛機制造的整條制造鏈。鏈接點的控制可以用各種檢驗數(shù)據(jù)進行控制，和對制造鏈中的工藝過程控制、細節(jié)控制。各種檢驗數(shù)據(jù)在模擬量制造模式下很難得出，但在數(shù)字化制造模式下直接從裝配數(shù)模中即可便利、簡潔、準確量取到。本文的最終意圖是希望廣大的飛機制造工藝技術(shù)人員能夠跳出本專業(yè)的圍框看問題。每個飛機零件制造的最終目的是飛機的數(shù)字化標準裝配。

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作者簡介

劉慶萍（1959-），女，山東墨市人，高級工程師，研究方向：模線數(shù)據(jù)設計與協(xié)調(diào)。endprint