飛機(jī)機(jī)身蒙皮試驗(yàn)件機(jī)加制造及其精度分析研究

凡志磊，張虎翼，余 路

（上海飛機(jī)制造有限公司，上海201324）

目前，自動(dòng)化裝配技術(shù)已大量應(yīng)用于國(guó)外先進(jìn)民機(jī)制造企業(yè)[1-3]，國(guó)內(nèi)民機(jī)制造企業(yè)也開(kāi)始采用自動(dòng)化設(shè)備完成飛機(jī)裝配[4-6]。尤其是大型客機(jī)對(duì)機(jī)體裝配精度提出了更高的要求，機(jī)身壁板通過(guò)采用自動(dòng)化設(shè)備完成裝配，以提高裝配質(zhì)量，滿足設(shè)計(jì)性能要求；提高效率、降低批產(chǎn)成本，滿足制造經(jīng)濟(jì)性要求[7]；同時(shí)也可以提高國(guó)內(nèi)先進(jìn)裝配技術(shù)發(fā)展水平，提高核心技術(shù)實(shí)力[8]。

自動(dòng)化裝配工藝對(duì)裝配協(xié)調(diào)方法和零件制造方法提出了新的要求：壁板零件的預(yù)裝配需要采用DA孔定位配合的決定性裝配方法[9]；零件的孔位、外形和凈邊的要求更高，需要采用新的制造工藝方法來(lái)保證。目前國(guó)內(nèi)對(duì)蒙皮的加工大都采用傳統(tǒng)的化銑來(lái)完成[10]，其對(duì)槽液配比要求較高，精度、周期不易控制，對(duì)不同材料需要摸索不同的參數(shù)。

由于機(jī)身蒙皮是一個(gè)有曲率的弱剛度大零件，因此其數(shù)控加工的實(shí)施比較困難[11]，全面掌握蒙皮的機(jī)加工藝方法，解決機(jī)身壁板件在生產(chǎn)過(guò)程可能出現(xiàn)的潛在問(wèn)題，檢驗(yàn)基礎(chǔ)工藝研究成果，通過(guò)開(kāi)展蒙皮機(jī)加試驗(yàn)件的研究工作，熟悉生產(chǎn)加工工藝，驗(yàn)證蒙皮機(jī)加的可行性，及早發(fā)現(xiàn)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的潛在問(wèn)題并考慮其解決預(yù)案。

1 蒙皮試驗(yàn)件的設(shè)計(jì)

參照某飛機(jī)中機(jī)身壁板結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)該蒙皮縮比試驗(yàn)件，蒙皮試驗(yàn)件長(zhǎng)2000mm，寬約1600mm，厚2mm，其結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。為滿足自動(dòng)化裝配的需要，在蒙皮制造過(guò)程中需要在蒙皮上加工出長(zhǎng)桁和角片DA孔。而為了完成蒙皮在工裝上的定位，還需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的工藝耳片孔。

圖1 蒙皮試驗(yàn)件結(jié)構(gòu)形式

2 蒙皮制孔銑切夾具

自動(dòng)化裝配工藝的應(yīng)用，對(duì)零件制造提出了更高的工藝要求。高標(biāo)準(zhǔn)的工藝要求需要通過(guò)高精度的零件制造工裝保證。為完成該蒙皮試驗(yàn)件在數(shù)控機(jī)床上的加工，需要設(shè)計(jì)一套蒙皮制孔銑切夾具，首先考慮使用鑄件制造，因其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，后采用板件焊接制造。蒙皮真空銑切夾具由八塊鋁板焊接而成，真空吸附曲面由兩塊鋁板焊接后滾彎而成，作為壁板試驗(yàn)件的重要組成部分，蒙皮在滾彎成型后通過(guò)真空吸附及壓板固定在真空銑切夾具上，一次完成耳片定位孔制備、裝配DA孔制備、凈邊、開(kāi)口及機(jī)銑減薄的工作。蒙皮制孔銑切夾具如圖2所示。

圖2 蒙皮制孔銑切夾具

3 蒙皮試驗(yàn)件加工

蒙皮數(shù)控加工應(yīng)用U5數(shù)控銑床，加工臺(tái)面為2500mm×12000mm×1200mm，主軸最大轉(zhuǎn)速18000 r/min。設(shè)備具備X、Y、Z三條直線軸及A、C轉(zhuǎn)角，A角可調(diào)范圍為±90°，C角可調(diào)范圍為400°，設(shè)備加工精度為±0.03mm。

蒙皮制造過(guò)程如下：首先完成板材下料，然后進(jìn)行蒙皮滾彎成形，最后借助蒙皮制孔銑切夾具，使用五軸數(shù)控機(jī)床一次完成制工裝孔、DA孔、銑下陷、銑凈邊及開(kāi)口（凈邊及開(kāi)口留0.3mm余量，完成機(jī)加后手工切邊），全部完成后便可以用于壁板試驗(yàn)件裝配。蒙皮通過(guò)工裝定位孔在工裝上定位，工裝上設(shè)置加工參考點(diǎn)，設(shè)備以加工參考點(diǎn)為基準(zhǔn)完成蒙皮上裝配DA孔的制備，加工過(guò)程如圖3所示。

圖3 蒙皮試驗(yàn)件在數(shù)控機(jī)床上的加工

4 蒙皮測(cè)量結(jié)果

為檢測(cè)蒙皮機(jī)加的結(jié)果是否符合要求，使用測(cè)厚儀測(cè)量了蒙皮的下陷尺寸，使用激光跟蹤儀測(cè)量了DA孔位置及銑凈邊和開(kāi)口精度，將測(cè)量結(jié)果導(dǎo)入數(shù)模，如圖4，并對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了分析。

圖4 激光跟蹤儀測(cè)量結(jié)果

4.1 機(jī)銑下限精度

使用測(cè)厚儀測(cè)量了蒙皮三個(gè)下陷區(qū)域的下陷尺寸，各下陷區(qū)的偏差測(cè)量結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 各下陷區(qū)偏差

通過(guò)測(cè)量發(fā)現(xiàn)蒙皮機(jī)銑下限偏差基本全為正偏差，最大偏差0.122mm，最小偏差-0.024mm，偏差范圍滿足公差要求且均勻穩(wěn)定，下陷偏差值分布見(jiàn)圖6。

圖6 下陷偏差值分布

4.2 DA孔孔位精度

使用激光跟蹤儀測(cè)量蒙皮上DA孔位置，得到蒙皮上的長(zhǎng)桁和角片DA孔實(shí)際位置和理論坐標(biāo)的差，長(zhǎng)桁DA孔的孔位偏差如圖7所示，角片DA孔的孔位偏差如圖8所示。對(duì)DA孔與理論位置偏差進(jìn)行分析，蒙皮上長(zhǎng)桁及角片連接DA孔偏差在接近定位耳片孔處最小，在周向上基本由上至下偏差逐漸加大，偏差很有規(guī)律，最大偏差近3mm，偏差方向基本向下。

圖7 長(zhǎng)桁DA孔偏差

圖8 角片DA孔偏差

長(zhǎng)桁DA孔間距見(jiàn)表1，其最大偏差為0.064mm，最小偏差為-0.096mm，偏差范圍滿足公差要求。

表1 長(zhǎng)桁DA孔相對(duì)位置偏差

角片DA孔間距偏差見(jiàn)表2，基本全為正偏差，除個(gè)別孔外，偏差范圍在0到+0.5mm左右，偏差范圍略超公差要求且均勻穩(wěn)定。

表2 角片DA孔相對(duì)位置偏差

4.3 凈邊精度

使用激光跟蹤儀測(cè)量機(jī)銑凈邊精度，測(cè)量結(jié)果如圖9所示，除個(gè)別點(diǎn)外（可能是由于測(cè)量導(dǎo)致的偏差），左側(cè)凈邊最大值為0.571mm，最小值為0.181mm。右側(cè)凈邊最大值為0.246mm，最小值為0.044mm，略超公差要求。

圖9 左右側(cè)凈邊偏差趨勢(shì)

4.4 開(kāi)口精度

使用激光跟蹤儀測(cè)量三個(gè)開(kāi)口區(qū)域的偏差，測(cè)量結(jié)果如圖10，開(kāi)口左右側(cè)偏差較小，基本滿足公差要求。上下側(cè)偏差較大，即開(kāi)口與理論位置偏差較大（其趨勢(shì)和DA孔偏差趨勢(shì)相同）。開(kāi)口處各邊測(cè)量點(diǎn)的相對(duì)位置精度很高，偏差范圍在0.1mm左右。

圖10 開(kāi)口凈邊偏差趨勢(shì)

5 測(cè)量結(jié)果分析

結(jié)合試驗(yàn)件下陷、DA孔位和凈邊要求，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析如下。

（1）蒙皮銑下限精度在0.1mm左右，表面光滑，滿足公差要求，但銑削加工周期長(zhǎng)（試驗(yàn)件制所有孔只需1個(gè)工時(shí)，而銑下限約需7到8個(gè)工時(shí)）。

（2）蒙皮零件制DA孔在縱向方向上精度較高，在周向方向上精度較差。需要進(jìn)一步分析此偏差產(chǎn)生的原因；DA孔相對(duì)位置精度較高，能滿足DA裝配要求。

（3）蒙皮開(kāi)口和凈邊略超公差要求，由于是手工切除，增加了誤差，如果能一次性進(jìn)行數(shù)控切除的話，精度應(yīng)可以滿足公差要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)該蒙皮試驗(yàn)件的制造，驗(yàn)證了蒙皮機(jī)加的可行性，其加工精度總體上可以滿足要求，未來(lái)仍需在以下幾方面進(jìn)行改進(jìn)：（1）目前對(duì)機(jī)身蒙皮制造精度要求更高，對(duì)加工設(shè)備的要求也更高，切邊需要數(shù)控切除，避免手工誤差。（2）本試驗(yàn)件長(zhǎng)度僅為2m，厚度僅為2mm，對(duì)于更大尺寸、更大厚度的蒙皮，對(duì)其滾彎精度要求更高，否則將難以貼合制孔銑切工裝，給零件的制造帶來(lái)極大的困難。（3）蒙皮測(cè)量方法有限，下陷采用測(cè)厚儀測(cè)量，孔位及凈邊外形采用激光跟蹤儀在裝配型架上測(cè)量。受到零件制造誤差、工裝制造誤差、零件型架定位及測(cè)量誤差共同影響，致使誤差較大，需要研究對(duì)大尺寸薄壁件的高精度測(cè)量方法。