CN103770046A - 一种航空器装配工装用高精度型架及其加工方法 - Google Patents

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Abstract

一种航空器装配工装用高精度型架，包括基准底座架，所述基准底座架设置于整个型架的底部，为两根长杆和两根短杆组成的矩形框架，所述两根长杆上相对设置有若干垂直承托杆；托架，所述托架为两根托杆，所述两根托杆固定于所述垂直承托杆上端，且与所述两根长杆平行；以及顶架，所述顶架为矩形框架，且该矩形框架的两根短杆长度小于所述基准底座架的，两根长杆与所述基准底座架的两根长杆长度相等，所述顶架的投影处于所述基准底座架中心，所述顶架与托架之间设置有若干倾斜承托杆。本发明还提供了该高精度型架的加工方法。本发明能够使型架达到硬连接要求，缝隙之间不加任何填充物，保证了稳定性和不变形。

Description

一种航空器装配工装用高精度型架及其加工方法
技术领域
本发明涉及机械加工领域，具体为一种航空器装配工装用高精度型架及其加工方法。
背景技术
目前，航空器（指直升机和小型商务飞机）装配工装是用于航空器零部件装配的一种模夹具，是飞机零部件装配、总装等工艺过程中必不可少的工艺装备，在飞机研制生产过程中具有重要地位。飞机结构零件包含大量数控加工件和钣金件。其中钣金件使用广泛，且多数钣金件结构复杂、尺寸大，刚度小，易变形，难以满足装配定位精度要求。工装结构钢度与定位精准度直接影响飞机的性能。飞机定位精度累计误差不得超过0.15mm,单块钣金件安装误差不得超过0.05mm。我国飞机工装设计整体水平相对落后，工装数目多，结构笨重，制造周期长，成本高，存在刚度不足，容易变形等问题。影响飞机工装的因素主要有：工装骨架的空间姿态，定位器安装方式，产品定位方式，装配流程，零部件的精准度。
在飞机制造过程中，使用的装配型架数量很大，因此型架结构设计是否合理、正确，不仅对型架本身制造工作量大小、周期长短、成本高低和装配工作条件产生直接影响。
航空器装配工装是与航空器理论外形相关联的装配支撑、定位卡板用支座通过激光跟踪仪与型架（焊接框架）工作面进行数字化精确定位连接。目前，国内普通型架的生产工艺为：钢管下料、放样、加工到焊接尺寸、焊接成框架、钢板下料、钢板加工、将钢板焊接到框架装配位置、自然时效15天、除锈、上防锈漆。这就使得连接面之间很容易出现多个空隙。国内采用的是软连接方式，即型架工作面未进行精加工，连接面缝隙用环氧水泥填充，俗称软连接，这种连接方式互换性差，不易拆装，不易调整，不易修复。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种航空器装配工装用高精度型架及其加工方法，从而解决上述背景技术中的问题。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种航空器装配工装用高精度型架，包括
基准底座架，所述基准底座架设置于整个型架的底部，为两根长杆和两根短杆组成的矩形框架，所述两根长杆上相对设置有若干垂直承托杆；
托架，所述托架为两根托杆，所述两根托杆固定于所述垂直承托杆上端，且与所述两根长杆平行；
以及顶架，所述顶架为矩形框架，且该矩形框架的两根短杆长度小于所述基准底座架的，两根长杆与所述基准底座架的两根长杆长度相等，所述顶架的投影处于所述基准底座架中心，所述顶架与托架之间设置有若干倾斜承托杆。
作为一种改进，所述托杆和顶架之间设置有若干连接板。所述连接板一端利用销轴安装于所述托杆侧旁，另一端利用销轴安装于所述顶架的长杆侧旁。
一种航空器装配工装用高精度型架的加工方法，包括如下工艺步骤：
S1、钢管下料、放样、加工到焊接尺寸；
S2、铣焊接坡口、焊接成基准底座架、托架以及顶架，并将其结合成框架；
S3、钢板下料、钢板加工、将钢板焊接到框架装配位置；
S4、基准底座架的底面焊接基准面钢板得到整体型架；
S5、人工时效退火；
S6、吹砂、上防锈漆；
S7、整体型架工作面精加工得到所述高精度型架。
其中，铣焊接坡口步骤中，按坡口四周起30度和10mm的坡口；也就是坡口的角度为30度，长度为10mm，这可以保证焊缝均匀，焊接应力均匀，使焊接框架各个位置变形幅度和差距减小，比不开坡口的焊接框架强度、刚性大大提高。
人工时效步骤中，将S4步骤中的整体型架放入回火炉内加温到520～550℃保温3小时，使焊接应力充分释放，使型架处于稳定不变形状态，同时，比自然时效节省工期14天。
吹砂步骤中，在吹砂房里，利用钢砂颗粒撞击整体型架表面，通过钢砂的撞击实现除锈和消除表面疲劳强度。除锈效果比人工除锈更干净彻底。消除表面疲劳强度后，使型架更加稳定不变形。
整体型架工作面精加工步骤中，用大型数控龙门加工中心（例如浙江日发数码精密机械股份有限公司生产的RFMP12035M型加工中心）（五面加工）对整体型架工作面进行精加工，保证工作面的配合公差在0到-0.10mm，达到硬连接标准。
整体型架工作面精加工中，包括如下步骤，
1.使用经过检测和校准的满足加工精度要求的大型数控龙门加工中心进行加工；
2.装夹、校正，加工底部基准面，
（1）打表，校中线和等高线；
（2）加工底部基准面到表面粗糙度6.3 、平面度0.1；
3.整体型架工作面粗加工
（1）装夹，打表校中线和等高线；
（2）装工艺支撑，利用保形撑杆增加强度和防止弹性变形；
（3）工作面粗加工，按吃刀量2mm，进给300mm/min，转速300~400转/min进行粗加工，留0.3~0.4mm的加工余量；
4.整体型架工作面精加工
（1）拆除工艺支撑，即拆除保形撑杆；
（2）按吃刀量0.05~0.1mm，进给300mm/min，转速300~400转/min进行精加工，保证工作面配合公差在0~-0.10mm，表面粗糙度3.2 、平面度0.02；
作为一种改进，所述保形撑杆设置于所述两根托杆之间和所述矩形框架的两根长杆之间。
作为一种改进，所述保形撑杆包括具有内螺纹的螺纹套，所述螺纹套的两端均利用螺纹啮合安装有螺纹撑杆，所述螺纹撑杆的另一端均设置有支撑座。
作为一种改进，所述支撑座为U型。
由于采用了以上结构，本发明具有以下有益效果：
数字化硬连接是指连接面由零部件之间直接连接装配，不加填充物，这种连接方式的优点是互换性好，精度高，易拆装，易修复，其技术关键在于如何加工出符合高精度要求的型架。
航空器零部件装配工装主要由型架以及与航空器理论外形相关联的定位卡板、支撑件、支座组成，型架是整套工装的重要结构件，高精度型架取代普通型架是航空器零部件装配工装数字化发展的必然趋势。欧美国家如波音、空客装配工装已经不允许采用加垫、加填充物的软连接方式，已经实现了数字化硬连接的工装制造技术。在我国，数字化高精度型架正在越来越多的取代普通型架。
而本发明提供的型架以及加工方法，完全可以满足其要求。结合型架的结构和方法步骤，描述一下我们技术的好处：
经过高精度加工的型架，在结构钢性和变形上，能防止加工过程中和加工成型后的微量变形和不断变形，延长了使用寿命和可靠性，便于运输，且运输过程和转运后不变形，无需重新装配，本加工工艺的采用，特别是保形撑杆的使用，可使粗加工的型架工作表面配合公差在0到-0.1之间，真正实现硬连接。
附图说明
图1为本发明高精度型架结构示意图；
图2为本发明航空器装配工装用高精度型架加工方法的流程图；
图3为保形撑杆的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参见图1，一种航空器装配工装用高精度型架，包括基准底座架1，所述基准底座架1设置于整个型架的底部，为两根长杆和两根短杆组成的矩形框架，所述两根长杆上相对设置有若干垂直承托杆2；托架，所述托架为两根托杆3，所述两根托杆3固定于所述垂直承托杆2上端，且与所述基准底座架的两根长杆平行；顶架4，所述顶架4为矩形框架，且该矩形框架的两根短杆长度小于所述基准底座架1的两根短杆长度，两根长杆与所述基准底座架1的两根长杆长度相等，所述顶架4的投影处于所述基准底座架1中心，所述顶架4与托架之间设置有若干倾斜承托杆5。所述托杆3和顶架4之间设置有七个连接板7。所述连接板7一端利用销轴安装于所述托杆3侧旁，另一端利用销轴安装于所述顶架4的长杆侧旁。
参见图2，一种航空器装配工装用高精度型架的加工方法，包括如下工艺步骤：
S1、钢管下料、放样、加工到焊接尺寸；
S2、铣焊接坡口、焊接成基准底座架1、托架以及顶架4，并将其结合成框架；
S3、钢板下料、钢板加工、将钢板焊接到框架装配位置；
S4、基准底座架的底面焊接基准面钢板得到整体型架；
S5、人工时效退火；
S6、吹砂、上防锈漆；
S7、整体型架工作面精加工得到所述高精度型架。
实施例1，用于大型直升机装配工装的高精度型架的加工方法，包括如下步骤，S1、钢管下料、放样、加工到焊接尺寸；
S2、铣焊接坡口，按坡口四周起30度和10mm的坡口，也就是坡口的角度为30度，长度为10mm，这可以保证焊缝均匀，焊接应力均匀，使焊接框架各个位置变形幅度和差距减小，比不开坡口的焊接框架强度、刚性大大提高；焊接成基准底座架、托架以及顶架，并将其结合成框架；
S3、钢板下料、钢板加工、将钢板焊接到框架装配位置；
S4、基准底座架的底面焊接基准面钢板得到整体型架；
S5、人工时效退火；将S4步骤中的整体型架放入回火炉内加温到520℃保温3小时，使焊接应力充分释放，使型架处于稳定不变形状态，同时，比自然时效节省工期14天。
S6、吹砂，在吹砂房里，利用钢砂颗粒撞击整体型架表面，通过钢砂的撞击实现除锈和消除表面疲劳强度，除锈效果比人工除锈更干净彻底。消除表面疲劳强度后，使型架更加稳定不变形，上防锈漆；
S7、整体型架工作面精加工得到所述高精度型架，用大型数控龙门加工中心（例如浙江日发数码精密机械股份有限公司生产的RFMP12035M型加工中心）（五面加工）对整体型架工作面进行精加工，保证工作面的配合公差在-0.05mm，达到硬连接标准。
整体型架工作面精加工中，包括如下步骤，
1.使用经过检测和校准的满足加工精度要求的大型数控龙门加工中心进行加工；
2.装夹、校正，加工底部基准面，
（1）打表，校中线和等高线；
（2）加工底部基准面到表面粗糙度6.3 、平面度0.1；
3.整体型架工作面粗加工
（1）装夹，打表校中线和等高线；
（2）装工艺支撑，利用保形撑杆6增加强度和防止弹性变形；
（3）工作面粗加工，按吃刀量2mm，进给300mm/min，转速300转/min进行粗加工，留0.3mm的加工余量；
4.整体型架工作面精加工
（1）拆除工艺支撑，即拆除保形撑杆6；
（2）按吃刀量0.05mm，进给300mm/min，转速300转/min进行精加工，保证工作面配合公差在0mm，表面粗糙度3.2 、平面度0.02。
实施例2，用于小型商务飞机装配工装的高精度型架的加工方法，包括如下步骤，S1、钢管下料、放样、加工到焊接尺寸；
S2、铣焊接坡口，按坡口四周起30度和10mm的坡口，也就是坡口的角度为30度，长度为10mm，这可以保证焊缝均匀，焊接应力均匀，使焊接框架各个位置变形幅度和差距减小，比不开坡口的焊接框架强度、刚性大大提高；焊接成基准底座架、托架以及顶架，并将其结合成框架；
S3、钢板下料、钢板加工、将钢板焊接到框架装配位置；
S4、基准底座架的底面焊接基准面钢板得到整体型架；
S5、人工时效退火；将S4步骤中的整体型架放入回火炉内加温到550℃保温3小时，使焊接应力充分释放，使型架处于稳定不变形状态，同时，比自然时效节省工期14天。
S6、吹砂，在吹砂房里，利用钢砂颗粒撞击整体型架表面，通过钢砂的撞击实现除锈和消除表面疲劳强度，除锈效果比人工除锈更干净彻底。消除表面疲劳强度后，使型架更加稳定不变形，上防锈漆；
S7、整体型架工作面精加工得到所述高精度型架，用大型数控龙门加工中心（例如浙江日发数码精密机械股份有限公司生产的RFMP12035M型加工中心）（五面加工）对整体型架工作面进行精加工，保证工作面的配合公差在-0.10mm，达到硬连接标准。
整体型架工作面精加工中，包括如下步骤，
1.使用经过检测和校准的满足加工精度要求的大型数控龙门加工中心进行加工；
2.装夹、校正，加工底部基准面，
（1）打表，校中线和等高线；
（2）加工底部基准面到表面粗糙度6.3 、平面度0.1；
3.整体型架工作面粗加工
（1）装夹，打表校中线和等高线；
（2）装工艺支撑，利用保形撑杆6增加强度和防止弹性变形；
（3）工作面粗加工，按吃刀量2mm，进给300mm/min，转速400转/min进行粗加工，留0.4mm的加工余量；
4.整体型架工作面精加工
（1）拆除工艺支撑，即拆除保形撑杆6；
（2）按吃刀量0.1mm，进给300mm/min，转速400转/min进行精加工，保证工作面配合公差在-0.10mm，表面粗糙度3.2 、平面度0.02。
参见图3，所述保形撑杆6设置于所述两根托杆3之间和所述矩形框架的两根长杆之间，所述保形撑杆6包括具有内螺纹的螺纹套61，所述螺纹套61的两端均利用螺纹啮合安装有螺纹撑杆62，所述螺纹撑杆62的另一端均设置有支撑座63。所述支撑座63为U型。螺纹套61上还设置有扳手64。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定                                                
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。
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Claims (7)

1.一种航空器装配工装用高精度型架，其特征在于：包括
基准底座架，所述基准底座架设置于整个型架的底部，为两根长杆和两根短杆组成的矩形框架，所述两根长杆上相对设置有若干垂直承托杆；
托架，所述托架为两根托杆，所述两根托杆固定于所述垂直承托杆上端，且与所述两根长杆平行；
以及顶架，所述顶架为矩形框架，且该矩形框架的两根短杆长度小于所述基准底座架的，两根长杆与所述基准底座架的两根长杆长度相等，所述顶架的投影处于所述基准底座架中心，所述顶架与托架之间设置有若干倾斜承托杆。
2.如权利要求1所述的一种航空器装配工装用高精度型架，其特征在于：所述托杆和顶架之间设置有若干连接板。
3.一种如权利要求1所述的航空器装配工装用高精度型架的加工方法，其特征在于：包括如下工艺步骤：
S1、钢管下料、放样、加工到焊接尺寸；
S2、铣焊接坡口、焊接成基准底座架、托架以及顶架，并将其结合成框架；
S3、钢板下料、钢板加工、将钢板焊接到框架装配位置；
S4、基准底座架的底面焊接基准面钢板得到整体型架；
S5、人工时效退火；
S6、吹砂、上防锈漆；
S7、整体型架工作面精加工得到所述高精度型架；
其中，铣焊接坡口步骤中，按坡口四周起30度和10mm的坡口；人工时效步骤中，将S4步骤中的整体型架放入回火炉内加温到520～550℃保温3小时；吹砂步骤中，在吹砂房里，利用钢砂颗粒撞击整体型架表面；整体型架工作面精加工步骤中，用大型数控龙门加工中心对整体型架工作面进行精加工，保证工作面的配合公差在0到-0.10mm。
4.一种如权利要求3所述的航空器装配工装用高精度型架的加工方法，其特征在于：所述整体型架工作面精加工包括如下步骤，
一.使用经过检测和校准的满足加工精度要求的大型数控龙门加工中心进行加工；
二.装夹、校正，加工底部基准面
（1）打表，校中线和等高线；
（2）加工底部基准面到表面粗糙度6.3 、平面度0.1；
三.整体型架工作面粗加工
（1）装夹，打表校中线和等高线；
（2）装工艺支撑，利用保形撑杆增加强度和防止弹性变形；
（3）工作面粗加工，按吃刀量2mm，进给300mm/min，转速300~400转/min进行粗加工，留0.3~0.4mm的加工余量；
四.整体型架工作面精加工
（1）拆除工艺支撑，即拆除保形撑杆；
（2）按吃刀量0.05~0.1mm，进给300mm/min，转速300~400转/min进行精加工，保证工作面配合公差在0~-0.10mm，表面粗糙度3.2 、平面度0.02。
5.一种如权利要求3所述的航空器装配工装用高精度型架的加工方法，其特征在于：所述保形撑杆设置于所述两根托杆之间和所述矩形框架的两根长杆之间。
6.一种如权利要求4所述的航空器装配工装用高精度型架的加工方法，其特征在于：所述保形撑杆包括具有内螺纹的螺纹套，所述螺纹套的两端均利用螺纹啮合安装有螺纹撑杆，所述螺纹撑杆的另一端均设置有支撑座。
7.一种如权利要求5所述的航空器装配工装用高精度型架的加工方法，其特征在于：所述支撑座为U型。
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