數(shù)字量傳遞協(xié)調技術在飛機制造中的應用研究

鄭文雅

（航空工業(yè)陜西飛機工業(yè)（集團）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)先進的產(chǎn)品，并在最短的時間內生產(chǎn)足夠產(chǎn)品，以此作為打贏高科技戰(zhàn)斗的基礎。同時，繼續(xù)向民用航空市場提供高性能的民用飛機。因此，發(fā)達國家的武器裝備制造業(yè)對此非常重視。通過充分利用企業(yè)動態(tài)合作伙伴關系，有效利用多方資源，以便可以在最短的時間內開發(fā)出新產(chǎn)品，并且可以在第一時間滿足市場和戰(zhàn)場需求。因為機身的結構形狀復雜，組成構件數(shù)量多，尺寸大，剛度小，容易變形。所以在飛機制造過程中，制作時間較長，所需要不同類型設備，由于需要使用多種設備，也就導致錯誤的幾率直線上升。因此，本文主要基于數(shù)字傳輸協(xié)調技術在飛機制造中的應用展開分析，以供參考。

1 數(shù)字傳輸協(xié)調技術

1.1 數(shù)字量轉移調整技術概述

針對飛機產(chǎn)品來說。其組成構件具備了形狀不一、數(shù)量大、彼此之間的協(xié)調體系繁瑣以及對協(xié)調性能要求較高的特點。以往，我國飛機產(chǎn)品往往會受到技術上的限制，只能通過手動方法來實現(xiàn)協(xié)調制造。但是，隨著計算機輔助技術在我國飛機行業(yè)的有效落實以及數(shù)字化定義的普及，為我國飛機制造中可以實現(xiàn)自主制造原理奠定了基礎，也使得數(shù)字量轉移代替模擬量轉移調整的方法得以實現(xiàn)。數(shù)字傳輸技術是數(shù)字協(xié)調系統(tǒng)的基礎。數(shù)字量轉移協(xié)調技術是指使用數(shù)字量轉移方法制造工具和組件以確保飛機制造過程中的協(xié)調，也就是說實現(xiàn)了從產(chǎn)品設計的具體信息到制造工藝、到各組成構件的制造工藝均是直接通過數(shù)字化設備來進行組裝或制造的。對比以往的使用模具生產(chǎn)線來調整工具和零件而言，確保了其協(xié)調性。

1.2 數(shù)字傳輸協(xié)調技術原理

設計部門通過數(shù)字傳輸協(xié)調技術來構件飛機形狀以及內部結構的三維模型。經(jīng)過調整和審查后，飛機的詳細電子數(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，其精準程度可以作為在飛機制造中的唯一參考數(shù)據(jù)。當設計部門進行制造工藝設計時，可以直接參考調整過后發(fā)布的數(shù)據(jù)來進行編碼、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，機器的附加零件需要許多調節(jié)環(huán)節(jié)，誤差累積大，許多加工設備以及較長的生產(chǎn)準備時間。使用模具線和模板來構建原型并創(chuàng)建用于布線零件的夾具。對于數(shù)字傳輸，調整過程不需要標準的過程設備，僅需要必要的數(shù)控銑削夾具和鉆夾通過形狀和位置公差控制制造精度。其調節(jié)路徑是數(shù)學模型，因此數(shù)控設備執(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準樣品配合使用，使用三維表面標準樣品制造復雜的形狀和要控制的配合面，這是鈑金零件調整的基礎。采用數(shù)字傳輸后，調整標準為產(chǎn)品數(shù)據(jù)集。在數(shù)據(jù)集的過程設計之后，可以生成數(shù)控加工程序，可以對所需的產(chǎn)品成型模具和檢查模具進行數(shù)控加工，并可以檢查數(shù)控測量機的精度。數(shù)字量傳遞中的唯一錯誤是模具和零件中的加工錯誤，而數(shù)量轉移錯誤主要有三個，主要是轉移鏈接錯誤以及模具和零件中的加工錯誤。

（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、計分臺和光學工具底座來安裝框架，并且框架部件是通過傳輸模擬量的大小來制造的。而型架零件是根據(jù)框架板的形狀模板修復文件，或根據(jù)樣品進行制造。將證卡的端孔倒入計分鉆孔臺中，將框架的連接叉耳倒入框架組裝機中。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上，然后直接對定位件進行機械加工和安裝。在數(shù)字制造技術中，框架是使用集成技術構建和安裝的。框架的形狀由數(shù)控加工而成，設置了三個點進行安裝和測量，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)字量轉移調整技術在復雜蒙皮組件中的應用。

1.3 復雜蒙皮裝配概述

新機器的進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部分：凸出蒙皮、側面凹入蒙皮和鞍狀蒙皮以形成進氣口。這種材料是一種空氣動力學形狀的邊角材料，它在水平方向和垂直方向上均分開，并具有加強的根部。三段蒙皮部分是復雜的雙曲線蒙皮，突出蒙皮的垂直翹曲是側凹皮膚，而蒙皮縱向翹高還可以看到蒙皮形狀的復雜性。根據(jù)入口的外皮形狀和焊接表面設計的每種增強材料都會根據(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。本文詳細介紹了數(shù)字量傳輸調整技術組件中的三種外觀的數(shù)字化制造。由于外觀復雜且難以制造，因此該模型的進氣組件是影響該模型開發(fā)周期的關鍵環(huán)節(jié)，因此計劃使用協(xié)調的數(shù)字傳輸路徑來制造復雜的蒙皮組件。

1.4 傳統(tǒng)制造技術的方法和缺點

進氣組件的三個復雜蒙皮是典型的鈑金部件。根據(jù)傳統(tǒng)的制造技術，不僅零件的模制過程很復雜，而且模制工具的調節(jié)也很復雜，可以看出，這種復雜的蒙皮組件調節(jié)路徑長，調節(jié)關系復雜，工具數(shù)量多，應使用工具模板，零件模板和標準樣品來制造蒙皮角材零件和加工設備。計數(shù)器標準樣品、其他工具標準樣品和計數(shù)器標準樣品具有較高的制造精度要求，難以調整且加工周期長。進口蒙皮的理論形狀非常復雜，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)的標準樣品調節(jié)，很難制造，無法保證蒙皮形狀的準確性。用于外部加強和連接進氣口蒙皮角材位于焊接到進氣口蒙皮的一側。角度根據(jù)理論進氣形狀的變化而變化。零件工具需要根據(jù)傳統(tǒng)的方法逐步進行裝配。為了改善復雜蒙皮組裝的數(shù)字化制造技術，應對其進行修改，滿足使用要求、長周期、制造精度和效率。

2 基于數(shù)字樣機的多態(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特性定義為機械加工過程的不同部分。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)過程中的傳遞和協(xié)調提供了一致的數(shù)據(jù)內容，并且由多態(tài)模型定義及控制。在鈑金零件的轉移過程中，結合了數(shù)字表達式建立基于多態(tài)模型的數(shù)字量轉移系統(tǒng)。基于數(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)同進行多狀態(tài)模型。多狀態(tài)模型中的幾何模型直接應用于模具設計和檢驗的幾何數(shù)據(jù)處理中，消除了從檢驗標準設備到勞動力再到零件的一些中間環(huán)節(jié)的錯誤。就是說多狀態(tài)的基本模型和模具本身就是一個統(tǒng)一的數(shù)字模型，而用來處理的模型也是從數(shù)字模型中得到的。數(shù)控機床的精確生產(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)調精度。

3 基于知識庫的鈑金工藝設計

基于知識庫的鈑金工藝是航空制造工程中的難點，它高度依賴工匠的經(jīng)驗和知識，這些經(jīng)驗和知識不是一蹴而就的，必須由工匠通過多年的工作和研究不斷積累來完成。使過程設計閾值非常高，并且過程設計的效率相對較低。為了解決這些問題，國內外許多跨國公司和著名大學已經(jīng)研究和開發(fā)了基于知識的過程設計支持系統(tǒng)，還開發(fā)了飛機餐設計系統(tǒng)。

在對飛機風扇金屬零件的數(shù)字化制造過程進行分析研究的基礎上，利用飛機風扇金屬零件設計系統(tǒng)對風扇金屬零件的知識數(shù)據(jù)庫進行表述和構建，建立了基于知識的鈑金金屬零件工藝設計方法，并建立了典型的工藝流程。采用了基于流程設計。基于示例的流程設計和基于定制的三種方法的流程設計。掌握了一些知識，以推動稻米金零件的工藝設計過程。對于大多數(shù)風扇金零件，過程邏輯決策是基于常見過程和示例做出的。對于一些難以根據(jù)設計決策模型完全生成工藝指令的復雜零件，在定制和增強工藝流程后，工藝指令的設計便完成并通過了風機金零件系統(tǒng)。這三個復雜的皮膚部位的工藝設計準確，合理，快捷。

4 復雜蒙皮組合件數(shù)字量傳遞協(xié)調方案

入口的復雜蒙皮組件采用三維模型的數(shù)字化設計，繪制二維圖紙，并使用三維模型和二維圖紙作為產(chǎn)品制造和驗收的基礎。進氣口復雜蒙皮的組裝過程準備是基于飛機產(chǎn)品的數(shù)字化設計。工藝和工裝的設計和制造使用盤錦數(shù)字制造技術，并使用數(shù)字模型來調整制造過程，以數(shù)字量傳輸為中心，目前，這是我國第一個使用數(shù)字模型來協(xié)調制造大型復合扇形金組件的項目。過程指令設計計劃使用指令設計系統(tǒng)來組織、分類和構建企業(yè)過程知識數(shù)據(jù)庫，從而使企業(yè)人員的經(jīng)驗知識和相關標準規(guī)范得以累積和使用。通過完成基于過程知識庫的過程指南設計，提高過程設計的效率和質量，減少設計過程中的人為錯誤，縮短了新企業(yè)產(chǎn)品的過程設計周期并降低了成本。

5 工藝裝備設計制造方案

設計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、臨時焊接位置框架等，提高零件制造的準確性并確保零件與模具之間的協(xié)調性。除了根據(jù)CNC 加工的整體檢查模具形狀來決定拉皮模具的形狀外，我們還采用模具技術設計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 加工都是我國首創(chuàng)的，不需要大型稻米-金復合組件模型的項目，爆炸凸出模具是采用技術設計和制造的，其沿進氣口的縱向分為三個部分，并組合成完全爆炸性的可擴展類型。通過該技術設計和制造了用于組裝形狀的整個檢查模具、用于入口端口組合的臨時焊接定位框架、制造復雜的蒙皮檢查模具，前蒙皮的形狀應小于進氣口理論形狀，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，而且是蒙皮拉拔模具和蒙皮組合焊接架制造的基礎。根據(jù)進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 復雜蒙皮組合件數(shù)字化制造流程

數(shù)字技術已經(jīng)全面應用并集成優(yōu)化，例如飛機產(chǎn)品數(shù)字定義中的設備控制、過程設計、模具設計和制造、橡膠液壓成型、進氣組件零件的蒙皮拉伸和輪廓拉伸彎曲制造，蒙皮組件的復雜建筑數(shù)字化制造過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)調調整方法。復雜蒙皮組件的數(shù)字化制造過程是可觀的。在裝配制造中，已使用基于數(shù)字化傳遞協(xié)調技術來避免使用更多調整設備，擴大工作面積并提高工藝設備的制造和調整精度。可以分散的零件和裝配體的制造以及裝配鏈被裝配在一起，實現(xiàn)復雜蒙皮裝配體的零件和加工設備的設計，實現(xiàn)制造和檢查數(shù)據(jù)集成化和并行化。不難看出，復雜蒙皮組合建數(shù)字化的實現(xiàn)具有十分重要的意義，有效提升了數(shù)字量傳遞協(xié)調技術在飛機制造中的應用效率，為飛機制造的未來發(fā)展奠定良好的發(fā)展基礎。

7 結束語

通過對數(shù)字量傳遞協(xié)調技術的深入研究，確定了“數(shù)字量傳遞協(xié)調技術原理”和“數(shù)字量模擬量”，對數(shù)字量傳遞協(xié)調技術有了更全面，更深入的認識。“集成協(xié)調系統(tǒng)的原理傳遞”和相應的協(xié)調系統(tǒng)示意圖已在新機器的開發(fā)中得到成功應用和驗證。通過仔細研究和總結，可以得出數(shù)字量傳遞協(xié)調技術適用于飛機制造的重要結論。使用數(shù)字定義的方法進行產(chǎn)品設計是有效實施數(shù)字量傳遞協(xié)調技術的前提，并且必須具有出色的軟件，硬件，高速網(wǎng)絡和其他環(huán)境條件。產(chǎn)品數(shù)據(jù)必須在正式發(fā)布之前得到驗證，保證技術的應用效率，同時該技術還可以用作廣泛共享的單個數(shù)據(jù)源，避免使用一組以上的數(shù)據(jù)源，這樣無法有效地保證一致數(shù)據(jù)源的共存和使用。流程設計包括工具設計、CNC 加工編程等。應直接使用和引用數(shù)據(jù)，并應采用相關的設計方法，盡可能避免手動轉換，可以間接使用和二次生成產(chǎn)品數(shù)據(jù)，確保唯一、可靠和準確的數(shù)據(jù)傳輸和使用。