飞机装配型架模块化设计相关技术分析

（中航飞机西安飞机分公司，陕西 西安， 710089）

飞机装配型架模块化设计相关技术分析

李继红

（中航飞机西安飞机分公司，陕西 西安， 710089）

随着我国社会经济的快速发展，科学技术水平的日益提高，我国制造业发展水平也日益凸出，其中，飞机制造水平已经取得了长足的发展。飞机装配型架作为飞机制造水平的关键指标，在整个飞机研制过程中起着相当重要的作用，其设计结构决定了工装制造的周期与费用，进而影响着飞机研制的成本和周期，同时也对产品装配的准确度与协调性起着决定性作用，最终影响飞机制造的整体质量。

飞机装配；型架设计；模块化设计

飞机装配主要是通过将产品零件结合相关的设计要求和技术指标进行组装，最终形成装配件和整机的过程，其产品尺寸、零件数量及形状复杂程度等影响着飞机的制造工作量，所以对于飞机装配技术的提高越来越得到飞机制造商的广泛关注。由于飞机零件制造和装配精度都有很高的要求，制造和装配过程中的难度很大，装配型架作为飞机装配必要的工艺装备，在保证飞机质量稳定性和可靠性等方面需要进行严格的要求，飞机制造质量与装配型架的设计和制造过程息息相关，而且是把握产品质量的唯一尺度，直接影响着产品制造和装配的精度，所以本文对飞机装配型架模块化设计相关技术的研究分析具有重要的现实意义[1][2]。

1 传统型架的设计方法

对于传统型架的设计方法，通常可以分为设计前期准备工作、方案设计、详细设计和最终设计等四个阶段。工装设计人员还应结合以往的设计经验和具体要求对工装的强度和刚度进行校核，在保证工装功能的同时还要尽可能的节约材料，确保产品装配的协调性。对于前期准备工作，主要包括熟悉产品图纸等设计资料，了解工艺方案和装配方案，考虑是否采用标准工装和模线样板作为协调依据，以保证产品的制造精度和互换协调性。在装配型架结构方面通常采用刚性结构，每套型架只用于一个装配对象，所以飞机制造过程中装配型架的数量很多。型架上安装有多个定位器，以保证产品装配的精度和结构的稳定性。通常而言，飞机的研制周期需要占飞机研制周期的一半以上，因而，装配型架对缩短整个产品的研制周期具有重要意义[3]。在产品设计完成后，都希望飞机生产用工装能够快速投入使用，而对于型架的结构数据，又需要标准样件和模线样板协调。传统的型架设计通常在产品设计完成后才进行，采用串行的设计制造方法，大大延长了整个工装的研制周期。

2 现代装配型架设计的新技术

随着科技的快速发展，市场竞争的日益激烈，各国在航空制造领域都取得了快速的发展，传统的型架设计方法在成本、质量、周期、环保、服务等方面已经无法满足市场发展的要求，设计师通过不断研究新的设计方法和工具来提高工装技术水平，减少制造周期和成本，其中，并行设计方法使得产品设计的工艺性得到了很大提高，也大大缩短了工装设计周期，智能设计系统和有限元分析使零件和组合件的设计达到了很高的精度，优化了装配型架的结构。

图1 飞机框架配置图

2.1 飞机结构和工装的并行设计方法

工装和产品并行设计的一个基本思路是改变传统的工装结构，将其划分为独立于产品设计数据或只需要基本数据的标准结构和依赖于最终产品数据的专用结构两部分[4]。装配型架的标准结构部分主要有立柱、底座、辅助支撑等，标准结构尺寸相对较大，需用专用大型加工设备，制造周期长。专用部分主要有卡板、接头定位件等，专用件一般尺寸较小，设计、制造周期短，不需要专门的大型专用设备。因此，在产品设计的初期就可以进行工装标准结构件的设计与制造，当产品最终版本发放后，只需设计制造专用结构就可以进行型架装配了。

2.2 装配型架的柔性设计方法

柔性装配工装是基于产品数字量尺寸协调体系的、可重组的模块化、自动化装配工装系统。提高工艺装备“柔性”的方式有三种，一是拼装型架方式，用标准化、系列化的型架元件来拼装型架，实现工装快速设计与制造；二是可卸定位件方式，即型架骨架基本不变，而分布于骨架上的定位器做成可拆卸的，当产品对象发生变化时，只需要更换定位器；三是通过数字化技术、模块化结构和自动控制技术，使工装具有快速重构调整的能力，一台工装可以用于多个产品的装配[5]。柔性工装的快速重构功能使飞机工装的设计制造等准备周期大大缩短，同时其“一架多用”的功能大幅减少工装数量及占地面积，具有很好的经济效益。

2.3 装配型架的内定位装配设计方法

所谓内定位装配设计方法，指的是在刚性较好的骨架零件上预先制出坐标定位孔，装配时在装配型架中以骨架零件上的坐标定位孔按相应定位器进行定位的一种方法。装配型架结构设计可以大量采用孔定位件。在刚性好的结构件上，直接利用结构孔定位或者事先在结构件上留取工艺孔。此外，型架的整体结构可以采用多支点可调支撑形式，以便将地基的不均匀变形对装配型架精度的影响限制在局部范围内。这是一种“以动制动”的制约方式，型架结构也变得轻巧，焊接框架的截面尺寸普遍减小。另外，采用多支点可调支撑给吊装、搬运带来很大的方便。

2.4 装配型架的数字化设计方法

装配型架的数字化包括数字化设计、数字化制造和数字化检测。型架的数字化设计是指在三维环境下，进行型架结构的零组件设计和数字化预装配。数字化制造是应用数字化设计的工装模型，采用数字化加工设备，对工装的关键特征型面、互换协调交点等进行加工和装配。数字化检测则是采用数字化测量设备对型架进行检验测量[6]。装配工装采用数字化设计，是依据产品外形数模和结构模型，利用设计软件在计算机上进行工装三维模型的数字化定义，应用有限元软件进行工装刚度强度校核，应用仿真软件对产品装配过程进行模拟，从而避免工装结构刚性不足或刚性过剩，消除工装结构与产品的干涉以及装配不协调问题。

2.5 装配型架的模块化设计方法

型架的模块化设计是基于工装设计的各种数据库的建立和完善，包括标准件库，工艺数据库，工装典型结构库，参数化模型等。模块化设计对提高工装设计效率是一条简单而有效的途径。此外，针对所使用的设计软件开发辅助设计工具，将设计师从繁琐的操作和重复劳动中解放出来，对提高设计效率也是非常有效的。在数据库的开发过程中，应充分考虑目前工装设计的主流平台，使不同的系统能够互相无缝连接。工装模块化设计的前提是首先应对现有工装的典型结构进行分析总结，提炼出具有通用性的标准结构，使这些标准结构能够提前加工储备。当接到订单后能很快的调用数据库中的模块进行型架的结构设计，且仅需加工一些专用定位件，如此可以大大缩短设计、制造周期。

3 结束语

综上所述，飞机装配型架模块化的设计对飞机的制造周期、质量、成本等起着至关重要的作用，在进行装配型架设计时，应当通过采用先进的工装设计方法和技术，减少工装制造成本，缩短飞机研制周期。本文就传统型架的设计方法进行了简要的分析概述，并对现代装配型架设计的新技术做了详细的讨论，希望通过本文能够给相关工作者带来帮助。

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[1]李庆利. 飞机装配型架快速设计技术研究与实现[D].南京: 南京航空航天大学, 2012.

[2]刘平, 魏莹, 邱燕平. 现代飞机装配型架设计新技术[J]. 洪都科技, 2007(3):17-21.

[3]邹仁珍. 飞机装配型架设计约束求解技术研究与实现[D]. 南京:南京航空航天大学, 2009.

[4]丛培源. 数字化测量技术在型架装配中的应用研究[D]. 杭州: 浙江大学, 2015.

[5]张云华. 飞机壁板装配柔性工装设计与优化技术研究[D]. 沈阳:沈阳航空航天大学, 2014.

[6]李汝鹏, 安鲁陵, 张富官. 飞机装配型架有限元分析的参数化技术研究[J]. 中国制造业信息化, 2009(5):49-52.

上接P12页势，但是变形量的差别不大。

综上所述，可得出以下结论，一是工件（零件）放入淬火液过程中的姿态、淬火液工作温度对工件变形有一定的影响，但效果非常有限；二是不同的淬火介质对工件（零件）的变形量更起到了决定性作用，比如，试验中所采用的高分子聚合物淬火液要比传统的水对零件的变形量减小近百倍。这些对现实过程具有较好的启发作用。

4 结论

本文对薄壁铝合金固溶处理过程变形的机理和影响因素进行了分析，制定了工艺试验方案并经数据统计，分析得出采用高分子聚合物淬火介质可以最大程度减小淬火操作所产生的变形。该方法可以统一纳入工艺设计过程，制定符合实际的作业指导书和操作规程，通过与粗加工、精加工、去应力等手段的共同运用，有效减小或控制变形量，满足薄壁铝合金零件变形控制的需要。