馬壯

摘 ? 要：本文主要研究了民用飛機(jī)緊固件裝配工具可達(dá)性分析方法，闡述了虛擬裝配環(huán)境下的仿真流程，從研究緊固件裝配工藝流程入手，通過(guò)采用距離測(cè)量和模擬仿真相結(jié)合的方法進(jìn)行分析，使得在飛機(jī)產(chǎn)品研發(fā)階段能夠分析大部分情況下裝配工具的可達(dá)性，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性及可裝配性。

關(guān)鍵詞：裝配工具 ?虛擬裝配 ?仿真分析 ?可達(dá)性分析

中圖分類號(hào)：V262.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）02（b）-0010-02

目前結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)重點(diǎn)考慮結(jié)構(gòu)維修可達(dá)性，主要包括是否給維修人員預(yù)留了相關(guān)的維修通道，需要操縱的部件是否可達(dá)、可操作，維修過(guò)程中是否會(huì)對(duì)維修人員產(chǎn)生危險(xiǎn)等。對(duì)某型號(hào)試驗(yàn)件制造跟產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了一些緊固件裝配工具可達(dá)性差的問(wèn)題，如圖1所示。這些“問(wèn)題緊固件”的出現(xiàn)會(huì)給制造及裝配帶來(lái)極大困難，甚至?xí)?dǎo)致零件返工或報(bào)廢的情況發(fā)生。需要采取行之有效的可達(dá)性分析方法，在結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì)階段及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，減少因不合理設(shè)計(jì)導(dǎo)致的裝配周期延長(zhǎng)或零件返工報(bào)廢，對(duì)降低飛機(jī)制造成本、縮短飛機(jī)設(shè)計(jì)周期具有十分重要的意義。

1 ?總體分析框架

1.1 分析方法及流程

不同種類緊固件的裝配工藝流程不同，所使用的工具也有區(qū)別，需要形成一種可行的裝配工具可達(dá)性分析思路，以用于不同緊固件的分析判斷。

首先需要梳理緊固件的一般安裝方法和常用裝配工具，根據(jù)緊固件安裝方法將安裝工具引入到虛擬裝配環(huán)境。根據(jù)安裝工具的外形特點(diǎn)，將工具簡(jiǎn)化成常見(jiàn)的幾何包絡(luò)體，通過(guò)分析包絡(luò)體與周圍結(jié)構(gòu)件之間的關(guān)系判斷該工具的可達(dá)性。但這種包絡(luò)體的模擬是對(duì)工具相對(duì)保守的一種簡(jiǎn)化，當(dāng)簡(jiǎn)化包絡(luò)體與結(jié)構(gòu)略微干涉情況下需要將細(xì)化的工具模型引入到虛擬裝配環(huán)境中進(jìn)一步判斷。若對(duì)常用工具的分析結(jié)果為不可達(dá)，則需要與裝配工藝協(xié)商討論解決方法。緊固件裝配工具可達(dá)性分析流程如圖2所示。

1.2 虛擬裝配環(huán)境

為了實(shí)現(xiàn)緊固件裝配工具可達(dá)性的分析與驗(yàn)證需要建立以設(shè)計(jì)為中心的虛擬裝配體系，其中需要包括：虛擬人體建模、基于數(shù)字樣機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的裝配對(duì)象、裝配工具、裝配場(chǎng)景、裝配過(guò)程仿真模型等[1]。

2 ?實(shí)例分析驗(yàn)證

以普通螺栓為例，分析其裝配工具可達(dá)性。

2.1 螺栓的一般安裝工藝

螺栓和螺母的安裝工藝流程如圖3所示[2]。

螺栓安裝過(guò)程中對(duì)應(yīng)的裝配工具如表1所示。

鉆孔、锪窩、測(cè)量過(guò)程可選擇開(kāi)敞一側(cè)進(jìn)行施工，去毛刺過(guò)程可以將組件拆解進(jìn)行施工，螺栓的安裝受制于螺栓的安裝方向只能在固定側(cè)施工，容易出現(xiàn)工具不可達(dá)現(xiàn)象，認(rèn)為影響可達(dá)性的關(guān)鍵工步為螺栓的安裝。

2.2 常用安裝工具

螺栓的常用安裝工具主要有氣動(dòng)工具和手動(dòng)工具。安裝工具及配件見(jiàn)表 2。多種套筒具體選用可參考Atlas公司提供的相關(guān)文件《LD_Catalogue_Sockets_Bits》[3]，扳手頭具體選用可參考文件《LD_Mechanical_Wrenches》[4]。

2.3 可達(dá)性分析

2.3.1 是否滿足釘桿插入要求

安裝螺栓時(shí)需要先將緊固件放置到已制備孔中，確定釘桿末端是否與結(jié)構(gòu)干涉。如果不滿足要求則認(rèn)為該緊固件不可安裝，安裝工具不可達(dá)。

2.3.2 是否有可選氣動(dòng)安裝工具及套筒

緊固件周邊結(jié)構(gòu)需滿足工具放置的空間要求，即以緊固件釘線為中心，以釘桿末端面為起始面，存在一個(gè)圓柱體空間以容納安裝工具。

以EP6PTX32 HR10-AT風(fēng)動(dòng)擰緊扳手為例。以緊固件軸線為中心，以螺栓桿末端面為起始面，沿螺栓安裝方向依次模擬直徑17.5mm高39mm和直徑44mm高136.6mm的圓柱，如圖4所示，大小柱體直徑分別由工具槍頭最大外徑及套筒外徑（D/d）最大值決定。模擬圓柱體與緊固件周圍結(jié)構(gòu)沒(méi)有干涉，則認(rèn)為該工具可達(dá)。

上述建立的模擬柱體是快速初步判斷安裝工具是否可達(dá)的情況，所建立的模擬柱體選取了各工具尺寸外形最大包絡(luò)體，如出現(xiàn)微小干涉，則需要通過(guò)DELMIA軟件進(jìn)行仿真，建立以設(shè)計(jì)為中心的虛擬裝配環(huán)境，并進(jìn)行可達(dá)性分析，如圖5所示。

2.3.3 是否有可選手動(dòng)安裝工具及套筒

如果氣動(dòng)安裝工具不能滿足可達(dá)性的要求，則需要選擇手動(dòng)安裝工具。以棘輪扳手ATHR500為例，決定模擬柱體直徑和高度的尺寸數(shù)據(jù)分別為棘輪扳手頭部的寬度及棘輪扳手頭部高度與套筒長(zhǎng)度之和。沿著螺栓安裝方向模擬如圖4所示的柱體進(jìn)行可達(dá)性分析。若手動(dòng)安裝工具仍然不能滿足可達(dá)性要求，則需要咨詢裝配工藝尋找可行解決方法或進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化。

2.4 緊固件裝配效率考慮因素

手動(dòng)工具所具備小巧易操作等特點(diǎn)，對(duì)于個(gè)別緊固件可直接考慮手動(dòng)工具進(jìn)行可達(dá)性分析。若出現(xiàn)大批量同類緊固件的情況，需要優(yōu)先考慮外形尺寸相對(duì)較大裝配效率較高的氣動(dòng)工具。

3 ?結(jié)語(yǔ)

虛擬裝配是判斷飛機(jī)裝配工具可達(dá)性的一種有效方法，其關(guān)鍵因素是虛擬裝配環(huán)境的建立。同時(shí)，本文提供了一種簡(jiǎn)便的分析方法，使設(shè)計(jì)者主要通過(guò)距離測(cè)量，能夠快速完成大部分可達(dá)性的分析。針對(duì)不同緊固件裝配方法的差異，通過(guò)分析其裝配工藝流程確定影響工具可達(dá)性的關(guān)鍵工步十分重要，對(duì)于大批量緊固件可有效提升裝配工具可達(dá)性判斷的效率。

參考文獻(xiàn)

[1] 夏堅(jiān).民用飛機(jī)虛擬維修可達(dá)性技術(shù)研究[J].民用飛機(jī)設(shè)計(jì)與研究，2017.

[2] 國(guó)防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì).HB-Z223.2-2003飛機(jī)裝配工藝第2部分螺栓安裝[S].

[3] LD_Catalogue_Sockets_Bits. www.atlascopco.com.

[4] LD_Mechanical_Wrenches. www.atlascopco.com.