閆亞峰，張文俊，劉 勤，江 濤，王 恒，胡 媛

（江西洪都航空工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，江西 南昌 330024）

1 引言

飛機(jī)蒙皮是構(gòu)成飛機(jī)氣動(dòng)外形的關(guān)鍵零件。蒙皮制造技術(shù)也是衡量一個(gè)國(guó)家飛機(jī)制造能力和水平的重要標(biāo)志之一。隨著航空技術(shù)的不斷發(fā)展，為提高飛機(jī)的各項(xiàng)氣動(dòng)性能，蒙皮零件的成形質(zhì)量至關(guān)重要。大型蒙皮零件在強(qiáng)度、波紋度等方面性能均優(yōu)于小蒙皮的拼接結(jié)構(gòu)，因此越來(lái)越多飛機(jī)采用大型蒙皮零件。其零件尺寸大，內(nèi)部存在多種不同銑切厚度區(qū)域，銑切區(qū)域形狀復(fù)雜。運(yùn)用傳統(tǒng)檢測(cè)方法無(wú)法滿足現(xiàn)代數(shù)字化制造對(duì)其高精度、高效率檢測(cè)要求。為此，借助CATIA三維軟件的建模功能設(shè)計(jì)了一種針對(duì)可展蒙皮銑切區(qū)域位置進(jìn)行檢測(cè)的專(zhuān)用檢驗(yàn)樣板。使得對(duì)蒙皮檢測(cè)的精度變得更高，檢測(cè)起來(lái)更為方便快捷。

2 蒙皮零件的結(jié)構(gòu)特征

飛機(jī)大型結(jié)構(gòu)件中，蒙皮零件是構(gòu)成飛機(jī)外形結(jié)構(gòu)的重要受力構(gòu)件，機(jī)身蒙皮形狀有單曲度和雙曲度，此類(lèi)零件尺寸大，曲率小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包含外形面、銑切區(qū)、通窗、結(jié)構(gòu)通孔等外形特征，根據(jù)設(shè)計(jì)與裝配要求，需要進(jìn)行局部壁厚銑薄加工，形成變截面不等厚結(jié)構(gòu)。文章所涉及蒙皮如下圖1所示。

圖1 蒙皮零件的產(chǎn)品數(shù)模

3 傳統(tǒng)的檢驗(yàn)方法

傳統(tǒng)飛機(jī)蒙皮檢測(cè)手段中一般使用成套切面樣板、檢驗(yàn)架、拉型模、塞尺等工具對(duì)蒙皮輪廓、厚度、開(kāi)孔信息進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)其不同銑切厚度區(qū)域位置的檢驗(yàn)有三種處理方法：一是直接放棄檢驗(yàn)，此種方法顯然不滿足現(xiàn)代數(shù)字化加工對(duì)零件精度的要求；二是采用明膠板進(jìn)行檢驗(yàn)，此種方法比較方便但檢驗(yàn)時(shí)定位比較難，檢驗(yàn)偏差大；三是采用數(shù)控檢驗(yàn)，此方法精度高但對(duì)設(shè)備要求高，檢驗(yàn)工作量大，時(shí)間長(zhǎng)。

4 檢驗(yàn)樣板設(shè)計(jì)思路

選用合適的材料，設(shè)計(jì)各銑切區(qū)域?qū)Ｓ脴影?，成形后借助零件制造過(guò)程中的各類(lèi)工藝孔或零件邊緣進(jìn)行定位，確保此樣板在零件的相對(duì)位置不變，從而保證產(chǎn)品技術(shù)要求中的銑切位置精度，并達(dá)到檢測(cè)銑切區(qū)域的需求。

圖1中的蒙皮為單曲度零件，材料厚度為6 mm，存在4個(gè)不同銑切厚度區(qū)域，分別是δ1.3、δ1.8、δ3.6和δ6。

通過(guò)剖視圖，我們發(fā)現(xiàn)，此零件銑切區(qū)呈臺(tái)階狀分布，層級(jí)之間存在倒角區(qū)過(guò)渡，為了解決樣板避讓問(wèn)題，同時(shí)又達(dá)到檢驗(yàn)銑切區(qū)復(fù)雜外形的目的，需要針對(duì)每個(gè)厚度區(qū)設(shè)計(jì)檢驗(yàn)樣板。

由圖1可以看出可設(shè)計(jì)δ1.8區(qū)域樣板檢驗(yàn)δ1.3區(qū)域尺寸、δ3.6區(qū)域樣板檢驗(yàn)δ1.8區(qū)域尺寸、δ6區(qū)域樣板檢驗(yàn)δ3.6區(qū)域尺寸。

接下來(lái)要解決的是如何保證樣板在使用過(guò)程中與零件的相對(duì)位置不變， 可以借用制造零件時(shí)的吊裝孔、K孔、氧化耳片孔等工藝孔來(lái)輔助定位。零件成型時(shí)使用的工藝數(shù)模上就含有上述工藝特征，所以設(shè)計(jì)檢驗(yàn)樣板時(shí)可以借用工藝數(shù)模作為中間過(guò)渡模型。

通過(guò)分析，我們確定了δ1.8、δ3.6和δ6三個(gè)銑切區(qū)的檢驗(yàn)樣板，但外形取制后發(fā)現(xiàn)，銑切區(qū)形狀復(fù)雜狹長(zhǎng)，若沒(méi)有適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)手段，工人在使用過(guò)程中極不方便操作，也易造成樣板的變形。因此，設(shè)計(jì)合理的補(bǔ)加塊對(duì)樣板的最終使用效果至關(guān)重要。

檢驗(yàn)樣板設(shè)計(jì)完成后其制造流程有：下料，成型，吸附加工，標(biāo)記，檢驗(yàn)。

5 檢驗(yàn)樣板詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程

5.1 δ1.8區(qū)域檢驗(yàn)樣板設(shè)計(jì)

δ1.8區(qū)域檢驗(yàn)樣板用于檢驗(yàn)蒙皮上δ1.3區(qū)域邊緣尺寸。樣板在使用時(shí)需緊貼蒙皮δ1.8區(qū)域內(nèi)表面，因此在設(shè)計(jì)樣板時(shí)需要以蒙皮δ1.8區(qū)域內(nèi)表面為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)面。

5.2 曲面提取

在創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)模塊中，用結(jié)合命令將工藝數(shù)模中δ1.8區(qū)域的內(nèi)表面結(jié)合成一個(gè)曲面，如圖2所示。

圖2 δ1.8區(qū)域內(nèi)表面和展開(kāi)后平面

5.2.1 曲面修剪

如圖2所示用展開(kāi)命令將所提取的曲面進(jìn)行平面展開(kāi)。此區(qū)域內(nèi)表面展開(kāi)后為內(nèi)部包含多個(gè)不規(guī)則腰形孔，腰形孔間有多處細(xì)長(zhǎng)條連接的形狀復(fù)雜的面。設(shè)計(jì)檢驗(yàn)樣板時(shí)需對(duì)其進(jìn)行以下處理：

（1）腰形孔處需添加補(bǔ)加以避免檢驗(yàn)樣板因強(qiáng)度不夠在制造和使用時(shí)發(fā)生變形，為了不影響樣板檢驗(yàn)δ1.3區(qū)域，補(bǔ)加加在腰形孔中間直線段，兩頭鏤空。

（2）零件加工后內(nèi)部δ3.6區(qū)域比δ1.8區(qū)域高，為避免此檢驗(yàn)樣板在貼合檢驗(yàn)零件時(shí)與零件上δ3.6區(qū)域碰撞而無(wú)法貼合，需將其與δ3.6區(qū)域連接處進(jìn)行修剪，讓開(kāi)銑切R角或保持一定間隙，將這一邊作成樣板上非工作邊。

（3）保留展開(kāi)平面上3個(gè)吊裝孔、4個(gè)氧化耳片孔及其耳片以便檢驗(yàn)樣板使用時(shí)進(jìn)行定位。

5.2.2 實(shí)體構(gòu)建

按檢驗(yàn)樣板制造流程，設(shè)計(jì)用于吸附加工的樣板三維數(shù)據(jù)。樣板采用1.2 mm厚鋁板制造。將修剪后的δ1.8區(qū)域平面在零件設(shè)計(jì)模塊中用厚曲面命令，偏移參數(shù)設(shè)置成1.2 mm，確認(rèn)后得到δ1.8區(qū)域檢驗(yàn)樣板實(shí)體數(shù)模，由于整塊樣板尺寸過(guò)大，不便于加工和使用，因此將它分割成多塊尺寸樣板。樣板分塊時(shí)一是考慮每塊樣板合理的定位，二是要考慮樣板分開(kāi)處樣板的強(qiáng)度，分開(kāi)后的多塊樣板可對(duì)接、可搭接還可以有距離。將分割后所得的樣板編號(hào)為A-B/X （X為樣板總數(shù)、A樣板序號(hào)、B 序號(hào)A的樣板塊數(shù)），由于樣板分開(kāi)出采用搭接方式，分開(kāi)后的樣板分別編號(hào)，編號(hào)為1/4、2/4以便于樣板管理，如圖3所示。

5.3 δ3.6區(qū)域檢驗(yàn)樣板設(shè)計(jì)

δ3.6區(qū)域檢驗(yàn)樣板用于檢驗(yàn)蒙皮上δ1.8區(qū)域尺寸。

5.3.1 曲面提取

由圖3可以看出蒙皮δ3.6區(qū)域在蒙皮中部位置，四周無(wú)與其相鄰的工藝孔及耳片，需借用相隔的工藝孔進(jìn)行定位，又因氧化耳片孔相隔太遠(yuǎn)，K孔在δ6區(qū)域而無(wú)法借用，因此只能借用蒙皮兩側(cè)上離此區(qū)域較近的兩個(gè)吊裝孔及零件局部外形進(jìn)行定位。提取此區(qū)域檢驗(yàn)樣板設(shè)計(jì)基準(zhǔn)面需以下步驟：

圖3 δ1.8區(qū)域檢驗(yàn)樣板

（1）在創(chuàng)成式設(shè)計(jì)模塊中使用抽取命令提取工藝數(shù)模中δ3.6區(qū)域內(nèi)表面。

（2）將所提取的曲面兩側(cè)用外插延伸命令延伸一定長(zhǎng)度（參數(shù)設(shè)置時(shí)使用端頭曲率延伸）。

（3）將工藝數(shù)模中所借用的兩個(gè)吊裝孔孔中心點(diǎn)制出，按法向投影到外插延伸面上。

5.3.2 曲面修剪

將上步所得到的曲面展開(kāi)，此區(qū)域檢驗(yàn)樣板設(shè)計(jì)時(shí)還需對(duì)展開(kāi)后平面進(jìn)行以下操作：

（1）零件成型后內(nèi)部δ6區(qū)域比δ3.6區(qū)域高，為避免此檢驗(yàn)樣板在貼合檢驗(yàn)零件時(shí)與零件上δ6區(qū)域碰撞而無(wú)法貼合，需將其與δ6區(qū)域連接處進(jìn)行修剪，讓開(kāi)銑切R角或保持一定間隙，將這一邊作成樣板上非工作邊。

（2）從上圖1可知δ3.6區(qū)域?yàn)楠M長(zhǎng)形狀，需添加補(bǔ)加以免樣板在制造和使用過(guò)程中變形或斷裂，非工作邊不允許做補(bǔ)加，因此將補(bǔ)加做在工作邊上。

（3）在補(bǔ)加上開(kāi)出多個(gè)孔以免補(bǔ)加妨礙零件檢驗(yàn)。

5.3.3 實(shí)體構(gòu)建

在零件設(shè)計(jì)模塊中將修剪后δ3.6區(qū)域平面使用厚曲面命令得到δ3.6區(qū)域檢驗(yàn)樣板數(shù)模，為方便樣板制造和使用將其從中分割成兩小塊，在兩塊小樣板上制出對(duì)合線，使用樣板時(shí)用對(duì)合線進(jìn)行對(duì)合，將其編號(hào)為3-2/4（樣板塊數(shù)為4，本塊樣板序號(hào)為3，分為2塊）。

5.4 δ6區(qū)域檢驗(yàn)樣板設(shè)計(jì)

δ6區(qū)域檢驗(yàn)樣板用于檢驗(yàn)蒙皮上δ3.6區(qū)域尺寸。

5.4.1 曲面提取

在創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)模塊中用提取命令提取工藝數(shù)模上δ6區(qū)域蒙皮內(nèi)表面。

5.4.2 曲面修剪

將提取出的δ6區(qū)域內(nèi)表面用展開(kāi)命令展平，如圖1所示此區(qū)域展開(kāi)后所得平面兩頭大，中間狹長(zhǎng)，形狀極其復(fù)雜。設(shè)計(jì)檢驗(yàn)樣板時(shí)需對(duì)其做以下處理：

（1）為避免樣板制造和使用時(shí)因中間強(qiáng)度不夠而變形或斷裂，需在靠近蒙皮內(nèi)圈缺口處補(bǔ)齊缺口，并開(kāi)孔處理以便檢驗(yàn)蒙皮邊緣。

（2）在補(bǔ)加上K孔處按尺寸開(kāi)出K孔，方便樣板定位。

5.4.3 實(shí)體構(gòu)建

在零件設(shè)計(jì)模塊中將修剪后δ6區(qū)域平面使用厚曲面命令得到δ6區(qū)域檢驗(yàn)樣板數(shù)模，為方便樣板制造和使用將其從中分割成兩小塊，并制出對(duì)合線，使用時(shí)用對(duì)合線進(jìn)行對(duì)合，將其編號(hào)為4-2/4。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)設(shè)計(jì)δ1.8、 δ3.6、 δ6三處不同區(qū)域的檢驗(yàn)樣板，解決了蒙皮零件銑切區(qū)域檢測(cè)困難的問(wèn)題，保證了蒙皮加工質(zhì)量，使生產(chǎn)的蒙皮零件滿足結(jié)構(gòu)和裝配的精度要求。飛機(jī)蒙皮零件種類(lèi)繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，既具有共同特性，又具有各自特點(diǎn)，按照蒙皮零件檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展要求，設(shè)計(jì)的這種檢驗(yàn)樣板可提高蒙皮零件的檢測(cè)效率，縮短生產(chǎn)周期，由此帶來(lái)的輔助工藝的簡(jiǎn)化、人員勞動(dòng)強(qiáng)度的降低顯而易見(jiàn)。