淺析工裝定位件的調裝精度控制

李蒙江 樂淑玲 鄢自凱 余文軒

（航空工業昌河飛機工業（集團）有限責任公司，江西 景德鎮 333000）

0 引言

隨著激光測量技術的迅速發展，飛機裝配工裝的制造方式已由模擬量傳遞裝配轉向數字化測量裝配。在飛機裝配工裝的設計過程中，可以更多的采用工裝定位件對飛機裝配零件進行定位，使飛機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裝配精度的關鍵。

目前，已開展了關于飛機裝配的研究，該研究主要集中在飛機數字化、柔性化裝配技術的發展現狀以及工裝數字化、柔性化制造的總體設計和結構驗證等方面[1-5]，對工裝制造過程中定位件的安裝精度以及提高飛機裝配精度方面的報道相對較少。崔兆杰等[6]針對機身部件的裝配特點，確定柔性工裝的總體結構為橋架式，并劃分了功能模塊。研究指出該調型方法可以輔助橋架式柔性工裝穩定、可靠地完成調型運動。王巍等[7]對柔性工裝的調裝技術進行了研究，通過應用數字化測量設備規劃與仿真技術對坐標系擬合的原理與算法進行了研究和分析。張連環[8]研究了數字化測量技術在飛機裝配中的應用，并對其發展現狀進行分析，指出現階段數字化測量水平的不足。

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

1 卡板定位件的調裝

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 卡板定位件的調裝狀態示意圖

在調裝卡板定位件時，通常在卡板型面的最大輪廓面處設置3 個OTP孔，并將這3 個測量孔同時設為數控加工基準孔，在型面的加工過程中須以這3 個測量孔作為數控加工基準，保證型面加工完成后與OTP測量孔在尺寸上存在協調關系。將對型面的調裝轉化為對3 個OTP測量點的調裝，既能簡化卡板定位件的調裝方式，又能提高卡板定位件的安裝精度。在飛機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，降低機身部件對接時在蒙皮對接面處產生對接階差。

2 接頭定位件的調裝

接頭定位件起著協調飛機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 是存在先后關系的。假設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 的測量值產生一定的影響。當接頭厚度尺寸取極值 時，由于OTP01 先進行測量，可以不受接頭厚度尺寸B的影響，能夠順利調裝到位；但當調裝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，不一定能順利調裝到位。因為當接頭厚度尺寸為（B+0.1）mm 且OTP01的實測值為（H-0.1）mm（H為激光測量時光學工具球相對于零件測量面的偏置量）時，OTP02 的實測值應為（-B-H-0.2）mm，已不處于理論公差帶（-B-H±0.1）mm 內；同理可知，當接頭厚度尺寸為（B-0.1）mm 且OTP01 的實測值為（H+0.1）mm 時，OTP02 的實測值應為（-B-H+0.2）mm，同樣不處于理論公差帶（-B-H±0.1）mm 內，因此OTP02無法調裝到位。出現上述情況的原因是接頭厚度尺寸B的公差設計不合理，尺寸B在公差取值時，應當保證OTP01 的實測值取其公差帶內任意值時，OTP02 的實測值均能處于其理論測量值的公差帶范圍內。

圖2 接頭定位件的調裝狀態示意圖

此外，還需注意的是槽寬尺寸A相對于接頭厚度尺寸B的位置關系，通常設計者會忽略尺寸A與中心線的位置關系，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，這樣會導致“U”形槽加工后位置不居中，即接頭兩側壁厚不一致，使接頭兩側定位面到測量面的位置尺寸產生偏差，對測量結果會產生一定程度的影響，即使將接頭外側面尺寸B調裝到理論位置，也會由于尺寸A與尺寸B的位置尺寸不協調，導致接頭尺寸A不在理論位置上，影響飛機部件對接時接頭定位面的定位精度。

3 平板定位件的調裝

圖3 為尾梁對接平板的典型結構示意圖。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 為調裝測量孔，測量孔與定位孔之間存在尺寸協調關系，通過調裝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構示意圖

圖4 為尾梁對接平板定位尾梁筒體狀態示意圖。由圖4可知，尾梁筒體的鉚接狀態由尾梁對接平板和尾斜梁對接接頭共同控制。假設工裝上尾斜梁對接接頭定位件的安裝精度為理想狀態，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裝狀態的改變而改變，在平板的實際調裝狀態與理論狀態發生較小偏差時，偏差角度對平板定位孔的影響要遠遠小于其對平板定位面的影響。因為當平板調裝狀態出現較小的偏差時，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，平板調裝過程中產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，在實際調裝過程中，可以忽略調裝偏差對定位孔的影響，只討論調裝偏差對定位面的影響，進而說明平板定位面的調裝偏差對尾梁與機身對接造成的影響。

圖4 尾梁對接平板定位狀態示意圖

圖5 為尾梁對接平板中心軸線定位件的調裝狀態示意圖。在平板的調裝過程中，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即為測量合格，因此，平板調裝過程中必然會形成圖5所示的α角。當平板按實測值OTP01′和OTP02′進行調裝時（這里只討論在X、Z平面內OTP實測值對平板定位面的影響，同理可得其在X、Y平面內的影響），在此狀態下進行尾梁筒體的鉚裝，尾梁1 腹板與平板定位面貼合并由平板上定位孔進行固定，尾梁末端靠工裝上尾斜梁定位接頭進行定位（這里默認工裝定位接頭對尾梁末端的定位為理想狀態，只討論對接平板對尾梁筒體鉚裝產生的影響）。由圖4 可知，當平板定位面的調裝發生較小偏差時，調裝偏差對平板定位孔的影響要遠遠小于對定位面的影響。因此，可以認為尾梁筒體軸線在鉚裝過程中幾乎不受平板調裝偏差的影響，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裝狀態的變化而變化。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 平板實測狀態與筒體鉚裝狀態的位置變化示意圖

當尾梁與機身對接時，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嚴格控制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。

為了避免尾梁與機身對接后出現H值偏差過大的現象，在工裝定位件調裝公差的設計上，須應用式（1）對S值進行理論驗算，當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測量公差的設定更加科學、嚴謹，而不是一味地依靠工廠生產經驗將OTP測量值同意設定為±0.1 mm。

4 結語

工裝定位件的調裝精度對飛機部件的裝配精度起著至關重要的影響。1）調裝卡板定位件時，需要先保證測量孔與型面的尺寸協調性，將對卡板型面的調裝轉化為對測量孔的調裝，通過保證測量孔的調裝位置來保證型面的位置正確，避免直接調裝型面，簡化調裝過程。2）調裝叉耳式接頭定位件時，應充分考慮接頭定位件測量面的尺寸公差與其測量值的調裝公差的設計原則，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，保證OTP01 的實測值取其公差帶內的任意值時，后側點OTP02 的實測值均能處于其理論測量值公差帶范圍內，同時還需考慮接頭定位面與測量面的尺寸協調性。3）調裝對接平板定位件時，需要嚴格控制測量值的調裝偏差，當測量公差取極值時，H值仍能處于尾梁裝配允許的最大偏差范圍內，保證尾梁與機身對接姿態正確以及尾傳動件的安裝位置正確。

為了充分發揮工裝定位件在飛機裝配過程中的精確定位作用，應根據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，以保證飛機部件鉚接裝配尺寸的協調性。