朱宏斌 徐 穎 王 偉

（航空工業(yè)西安飛機工業(yè)（集團）有限責任公司，西安 710089）

1 引言

傳統(tǒng)型號飛機的協(xié)調是以結構模線進行模擬量傳遞的，各傳遞環(huán)節(jié)的人為誤差，各制造依據(jù)之間的協(xié)調誤差，成形模胎、型架等工裝的制造誤差，以及零件制造誤差等各個環(huán)節(jié)的誤差累積，導致飛機零件制造中裝配不協(xié)調問題多發(fā)。現(xiàn)代飛機的協(xié)調則多以產(chǎn)品全數(shù)字化定義為基礎，優(yōu)先采用數(shù)字量傳遞的協(xié)調方法，簡化了協(xié)調過程，減少了協(xié)調環(huán)節(jié)，確保了協(xié)調依據(jù)的一致性，從源頭避免傳遞的各類誤差，從過程中避免誤差的逐步累積。目前，在飛機產(chǎn)品的制造和裝配過程中，普遍運用模擬量傳遞，但是由于各個環(huán)節(jié)存在的誤差累積，零件制造的質量提升阻礙較多。數(shù)字量傳遞具有唯一性和一致性，是飛機產(chǎn)品設計、制造和裝配的最終趨勢，但模擬量與數(shù)字量的相互轉換，模擬量到數(shù)字量的優(yōu)化和改進，以及由模擬量轉化而來的數(shù)字量的實際應用結果等，都需要大量的試驗數(shù)據(jù)和工程應用數(shù)據(jù)進行驗證。

在數(shù)字量傳遞與模擬量傳遞的相互轉換過程中，本文引入逆向工程技術，用數(shù)字化測量手段對實物或模型進行測量，根據(jù)測量數(shù)據(jù)構建CAD二維模型，并最終通過三維幾何建模方法重構實物MBD模型。逆向工程技術是從實物出發(fā)，進而獲取三維數(shù)字模型，使得研發(fā)人員能夠進一步利用CAD/CAM 等先進技術對其進行處理。本文通過逆向工程技術，完成了從模擬量到數(shù)字量的轉換，并通過多架份飛機產(chǎn)品的工程實際應用和連續(xù)驗證，為從模擬量傳遞到數(shù)字量傳遞的優(yōu)化和改進提供了可行性方案。

2 薄板前緣零件的模擬量優(yōu)化

2.1 模擬量傳遞產(chǎn)生的裝配問題

某變截面薄板前緣蒙皮零件如圖1所示，該產(chǎn)品采用規(guī)格為2024-T3-δ0.02in（1in=2.54cm）的薄板板材，其成形工藝流程為：初步滾彎成形零件外形——壓扳機壓形零件頂部弧度——手工修整外形。零件成形完成后，內外蒙皮中間膠接復合材料發(fā)熱元件，膠接組件經(jīng)3次熱壓固化后，定型零件外形并進行裝配。該組件裝配過程中，要求前緣頂部與型架上肋位卡板底部的貼合間隙為0~1.0mm，局部間隙允許達到1.0~2.0mm。實際制造過程中發(fā)現(xiàn)，蒙皮零件經(jīng)過膠接后，組件發(fā)生變形并呈現(xiàn)拱形形態(tài)，即裝配時零件兩端能夠較好地貼合工裝型架，但零件其他區(qū)域與型架肋位卡板存在一定間隙，局部間隙超過2.0mm，已無法滿足設計要求，組件裝配示意圖及其與型架肋位卡板的貼合間隙如圖2及表1所示。

圖1 變截面薄板前緣蒙皮零件示意圖

圖2 組件裝配示意圖

表1 組件與型架肋位卡板的貼合間隙 (mm)

由表1所示測量結果可以看出，組件與型架呈現(xiàn)兩頭貼合，向中間過渡間隙逐漸增大的趨勢，實測間隙值已超出前緣頂部貼合間隙為0~1.0mm，局部間隙允許達到1.0~2.0mm的產(chǎn)品要求。

2.2 模擬量傳遞的改進思路

針對該組件出現(xiàn)的裝配問題，追溯組件交檢時發(fā)現(xiàn)，膠接組件按切外樣板檢驗膠接后的組件外形，檢驗位置與裝配型架肋位卡板所在的位置對應，其檢測結果見表2，檢測數(shù)據(jù)在0~1.0mm區(qū)間內波動，未超出產(chǎn)品間隙控制要求，表明各肋位位置零件外形符合設計要求。

表2 切外樣板檢測零件外形數(shù)據(jù) (mm)

組件與型架肋位卡板貼合間隙結果顯示，間隙值超差的主要影響因素為零件頂部形態(tài)，進一步分析發(fā)現(xiàn)，組件頂部直線度主要由零件成形工裝進行控制，即制造工裝直線度是保障零件頂部直線度的最終依據(jù)，膠接過程不對頂部直線度產(chǎn)生實質性影響。根據(jù)制造工裝的反切內樣板標示的百分位位置，首先對零件成形工裝進行直線度測量，并通過模擬補償零件厚度后，協(xié)調檢查組件交檢反切外樣板與工裝對應位置的間隙情況，其結果見表3和表4。

表3 工裝各百分位位置直線度測量結果

表4 組件交檢反切外樣板與工裝對應位置的間隙值 (mm)

表3和表4所示結果表明，工裝與組件交檢依據(jù)存在不協(xié)調。為進一步測量各制造依據(jù)間的誤差情況，將原始結構模線與各制造依據(jù)間的公差進行對比。檢查結果表明，工裝制造依據(jù)、裝配型架制造依據(jù)、組件交檢依據(jù)與結構模線符合性在公差要求范圍內，但各制造依據(jù)相互之間無相互協(xié)調關系，即各制造依據(jù)存在較大協(xié)調誤差，局部誤差可達0.5mm。

2.3 數(shù)字量傳遞的實現(xiàn)路徑

飛機產(chǎn)品制造依據(jù)之間存在協(xié)調誤差，如何避免這些誤差累積并統(tǒng)一各制造環(huán)節(jié)依據(jù)的唯一性，其關鍵是傳遞數(shù)據(jù)的一致性，即解決從模擬量傳遞到數(shù)字量傳遞轉化的問題。工裝是保證零件頂部直線度的主要因素，本文從保證工裝直線度為出發(fā)點，并結合模具制造中采用的逆向工程技術，對產(chǎn)品模具的制造和設計環(huán)節(jié)進行對比。

2.3.1 模線樣板到產(chǎn)品數(shù)模的構建

為了獲得產(chǎn)品三維數(shù)模，實際中將零件對應工裝的制造依據(jù)（反切內樣板）進行數(shù)據(jù)掃描，從而獲得零件端面的二維CAD數(shù)據(jù)圖，根據(jù)零件母線為直線的特點，通過掃描數(shù)據(jù)構建出零件的初始三維數(shù)字化模型，如圖3所示。

圖3 零件的初始三維數(shù)字化模型

由于模線樣板誤差較大，直接構建的三維數(shù)模與設計尺寸存在一定偏差，因此需結合設計圖紙尺寸要求，對已獲得的CAD數(shù)據(jù)進行二次優(yōu)化，并驗證各尺寸數(shù)據(jù)與設計數(shù)據(jù)的符合性。通過不斷優(yōu)化和調整初始三維數(shù)字化模型，最終建立典型零件的三維數(shù)字化模型，本文選取對象對應的最終數(shù)字化模型如圖4所示。

圖4 典型零件的三維數(shù)字化模型

2.3.2 產(chǎn)品數(shù)模轉化為工裝實物

將已構建的零件三維數(shù)字化模型作為零件制造工裝設計的原始依據(jù)，設計出如圖5所示的數(shù)字化工裝數(shù)模，采用數(shù)控加工技術制造工裝，并對工裝型面進行計量。計量結果顯示，工裝型面公差及直線度公差均在0.15mm以內。

圖5 數(shù)字化工裝數(shù)模

2.4 驗證結果與推廣

按初步滾彎成形——壓扳機壓形零件頂部弧度——工裝手工修整外形的既定工藝流程，采用新工裝制造3件典型試驗件，經(jīng)膠接成形組件后按切外樣板檢驗，其檢測結果見表5。

交檢結果均滿足組件外形控制要求，組件在裝配型架進行裝配時，1項前緣組件頂部與型架肋位卡板的間隙值控制在1.5mm以內，2項組件間隙值實測在1.0mm以內，其實測數(shù)據(jù)見表6。

表5 切外樣板檢測零件外形數(shù)據(jù) (mm)

表6 組件與型架肋位卡板貼合間隙 (mm)

表6數(shù)據(jù)表明，組件外形與設計理論數(shù)據(jù)的符合性得以提高，產(chǎn)品超差數(shù)據(jù)降低超過1.0mm，驗證了該方法的可行性。為了更加深入地驗證連續(xù)投入產(chǎn)品質量的穩(wěn)定性，在原有3件試驗件基礎上，增加9件試驗件投入。經(jīng)過多架次的產(chǎn)品裝配驗證，膠接后組件與型架肋位卡板的實測間隙基本控制在1.0mm以內，最大局部間隙值為1.6mm，證明了本項目實施的正確性，表明數(shù)字量傳遞能夠有效地降低產(chǎn)品質量超差，提高零件制造質量。

根據(jù)本文選取典型零件的驗證結果，采用相同的逆向工程技術，將其應用在另外2項同類型薄板前緣零件中進行建模設計，依據(jù)獲得的三維數(shù)字化模型設計和加工零件制造工裝，并驗證工裝制造零件的外形數(shù)據(jù)和裝配數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)結果同樣表明，零件對應組件的驗證結果與本文選取典型零件的驗證結果一致，即該方案能夠解決基于模擬量傳遞零件的裝配超差問題，為經(jīng)實際驗證的前緣類薄板蒙皮零件的改進提供了可行性方案。

3 結束語

本文引入逆向工程技術，探究傳統(tǒng)模擬量傳遞造成的裝配誤差解決方案，對傳統(tǒng)模擬量傳遞的飛機產(chǎn)品制造進行改進和優(yōu)化，通過建立零件的三維數(shù)字化模型，設計零件對應的數(shù)字化工裝數(shù)模，并采用數(shù)控加工制造工裝和數(shù)字化檢測技術驗證工裝與數(shù)模的符合性，獲得了型面制造精度較高的工裝實物。通過成形連續(xù)多架次的典型試驗件及連續(xù)多架次的裝配驗證，驗證產(chǎn)品最終狀態(tài)與設計要求的符合性，獲得了較好的試驗數(shù)據(jù)，并且得到以下結論：（1）逆向工程技術建立的數(shù)字化模型能夠有效避免各制造依據(jù)間存在的協(xié)調誤差，并能夠有效降低各環(huán)節(jié)的誤差累積，本文選取的實驗對象的超差值降低在1.0mm以上，產(chǎn)品質量改善明顯；（2）數(shù)字量傳遞能夠有效降低模擬量傳遞造成的工程問題，并從源頭確定了各制造依據(jù)相互協(xié)調的一致性；（3）從模擬量傳遞變?yōu)閿?shù)字量傳遞能夠提高零件成形工裝的制造精度，進而提高零件的成形精度。