CN112012832A - 一种底梁协调装配方法 - Google Patents

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赵彦广
杜正勇
王德廷
张博轩
郑骥
马兴海
李波
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/20Mounting or supporting of plant; Accommodating heat expansion or creep

Abstract

本发明提供了一种底梁协调装配方法,包括如下步骤:步骤一:将内梁的外边缘与至少三个短梁进行预装配连接,内梁与至少三个短梁进行预装配连接后形成内梁组合件;步骤二:将外梁的内边缘与多个叉形梁预装配连接,外梁与多个叉形梁进行预装配连接后形成外梁组合件;步骤三:内梁组合件与外梁组合件连接后形成底梁,每一发动机安装面上均留有余量;步骤四:底梁通过对称防变形加工工艺去除每一发动机安装面上的余量及加工对接孔结构。本发明所述的一种底梁协调装配方法,解决了由于底梁各部件之间的装配协调关系异常复杂,导致确保多个对接协调关系自身精度以及各对接协调关系之间的相对位置精度异常困难的技术问题。

Description

一种底梁协调装配方法
技术领域
本发明属于航天器技术领域,尤其是涉及一种底梁协调装配方法。
背景技术
多发动机一体化安装底梁(下简称底梁)外形尺寸为5m直径。其同时与后过渡段后端框、煤油箱后底、尾段前端框以及多个发动机小机架进行装配协调,有多个对接协调关系,承担着多台发动机推力向上传递的作用,是箭体结构中的大型复杂结构关键承力产品。
发动机安装面采用多台并联发动机安装布局,周边多台带发动机安装倾斜角,中间一台为水平安装面。尤其是同一台发动机小机架的安装面位于多个不同零件上,由于底梁各部件之间的装配协调关系异常复杂,导致确保多个对接协调关系自身精度以及各对接协调关系之间的相对位置精度异常困难。
发明内容
有鉴于此,本发明旨在提出一种底梁协调装配方法,解决了由于底梁各部件之间的装配协调关系异常复杂,导致确保多个对接协调关系自身精度以及各对接协调关系之间的相对位置精度异常困难的技术问题。
为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
一种底梁协调装配方法,包括如下步骤:
步骤一:将内梁的外边缘与至少三个短梁进行预装配连接,至少三个所述短梁以所述内梁的轴心线圆周均匀排列设置,当所述内梁的外边缘与至少三个短梁进行预装配连接后形成内梁组合件;
步骤二:将外梁的内边缘与多个叉形梁预装配连接,所述叉形梁的数量与所述短梁的数量一致,多个所述叉形梁以所述外梁的轴心线圆周均匀排列设置,当所述外梁的内边缘与多个叉形梁进行预装配连接后形成外梁组合件;
步骤三:每一所述短梁外侧端部均对应与一个所述叉形梁内侧端部预装配连接,当所述内梁组合件与外梁组合件连接后形成底梁,所述底梁上设有至少四个发动机安装面,每一所述发动机安装面上均留有余量;
步骤四:所述底梁通过对称防变形加工工艺去除每一所述发动机安装面上的余量,所述底梁通过对称防变形加工工艺加工每一所述发动机安装面上的对接孔结构;
所述步骤一、步骤二顺序可以调换或同时进行。
进一步的,所述短梁为六个,所述发动机安装面数量为七个,七个所述发动机安装面依次为第一安装面、第二安装面、第三安装面、第四安装面、第五安装面、第六安装面及第七安装面,第一安装面至所述第六安装面以所述内梁的轴心线圆周均匀排列设置在所述内梁外侧,所述第七安装面设置在所述内梁上。
进一步的,所述步骤四中的对称防变形加工工艺包括如下步骤:
S1:拆解第一安装面、第三安装面及第五安装面上的预连接;
S2:去除第一安装面、第三安装面及第五安装面上的余量,并且加工第一安装面、第三安装面及第五安装面上的对接孔结构;
S3:将第一安装面、第三安装面及第五安装面上的预连接更换为正式连接;
S4:拆解第二安装面、第四安装面及第六安装面上的预连接;
S5:去除第二安装面、第四安装面、第六安装面及第七安装面上的余量,并且加工第二安装面、第四安装面、第六安装面及第七安装面上的对接孔结构;
S6:将第二安装面、第四安装面及第六安装面上的预连接更换为正式连接。
进一步的,每一所述短梁与所述内梁外边缘的预装配连接包括如下步骤:
(1)每一所述短梁与所述内梁外边缘进行插接装配;
(2)每一所述短梁均通过工艺螺钉与所述内梁外边缘连接。
进一步的,每一所述叉形梁与所述外梁内边缘的预装配连接方式与每一所述短梁与所述内梁外边缘的预装配连接方式相同,每一所述短梁外侧端部与一个所述叉形梁内侧端部与每一所述短梁与所述内梁外边缘的预装配连接方式相同。
进一步的,所述内梁、外梁、六个叉形梁及六个短梁均通过机加、铸造或3D打印成型。
进一步的,所述发动机安装面的余量为3-5mm。
进一步的,当步骤一及步骤二均操作完成之后,进行步骤三之前,将内梁组合件与外梁组合件进行初步组合定位同心操作,然后将内梁组合件与外梁组合件周向调整对正。
进一步的,当步骤四操作完成之后,将底梁的航向下表面的所有螺钉正式安装,然后起吊翻转底梁,加工位于底梁航向上表面的对接孔结构,最后通过钳工去除毛刺。
进一步的,用于所述步骤四的操作设备为五轴龙门铣。
相对于现有技术,本发明所述的一种底梁协调装配方法具有以下优势:
本发明所述的一种底梁协调装配方法,通过本方法能够保证底梁的最终产品精度,并且装配协调精度高;节省了传统的装配型架工装的设计制造,节约研制周期和成本,通过本方法中的对称防变形加工工艺可以有效的确保加工过程中及标准件更换过程中产品间相对位置不发生变化,防止变形带来的加工和装配误差对最终产品精度带来的影响。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为本发明实施例所述的一种底梁协调装配方法的流程示意图;
图2为本发明实施例所述的一种底梁协调装配方法中的底梁爆炸图;
图3为本发明实施例所述的一种底梁协调装配方法中的外梁组合件示意图;
图4为本发明实施例所述的一种底梁协调装配方法中的内梁组合件示意图;
图5为本发明实施例所述的一种底梁协调装配方法中的底梁结构示意图;
图6为本发明实施例所述的一种底梁协调装配方法中的短梁的装配连接位置示意图;
图7为本发明实施例所述的一种底梁协调装配方法中的7个发动机安装面分布示意图;
图8为本发明实施例所述的一种底梁协调装配方法中的外梁组合件与内梁组合件预装配示意图;
图9为本发明实施例所述的一种底梁协调装配方法中的一个发动机安装面在所有部件上分布位置示意图;
图10为本发明实施例所述的一种底梁协调装配方法中的底梁与五轴龙门铣工作台的连接结构示意图;
图11为本发明实施例所述的一种底梁协调装配方法中的对称防变形加工工艺的加工分组示意图;
图12为本发明实施例所述的一种底梁协调装配方法中的粗加工刀路示意图;
图13为本发明实施例所述的一种底梁协调装配方法中的精加工刀路示意图。
附图标记说明:
101、外梁;102、叉形梁;201、内梁;202、短梁;301、对接孔结构;A、工艺螺钉安装位;B、发动机安装面位置。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种底梁协调装配方法,如图1所示,包括如下步骤:
步骤一:将内梁201的外边缘与至少三个短梁202进行预装配连接,至少三个短梁202以内梁201的轴心线圆周均匀排列设置,当内梁201的外边缘与至少三个短梁202进行预装配连接后形成内梁组合件,每一短梁202与内梁201外边缘的预装配连接包括如下步骤:
(1)每一短梁202与内梁201外边缘进行插接装配;
(2)每一短梁202均通过工艺螺钉与内梁201外边缘连接。
步骤二:将外梁101的内边缘与多个叉形梁102预装配连接,叉形梁102的数量与短梁202的数量一致,多个叉形梁102以外梁101的轴心线圆周均匀排列设置,当外梁101的内边缘与多个叉形梁102进行预装配连接后形成外梁组合件,每一叉形梁102与外梁101内边缘的预装配连接方式与每一短梁202与内梁201外边缘的预装配连接方式相同;
步骤三:每一短梁202外侧端部均对应与一个叉形梁102内侧端部预装配连接,当内梁组合件与外梁组合件连接后形成底梁,底梁上设有至少四个发动机安装面,每一发动机安装面上均留有余量,每一短梁202外侧端部与一个叉形梁102内侧端部与每一短梁202与内梁201外边缘的预装配连接方式相同;
步骤四:底梁通过对称防变形加工工艺去除每一发动机安装面上的余量,底梁通过对称防变形加工工艺加工每一发动机安装面上的对接孔结构301,用于步骤四的操作设备为五轴龙门铣。
步骤一、步骤二顺序可以调换或同时进行,本方案采用预装配+整体数控加工协调的数字量协调方式代替了传统的模拟量协调,其具体工艺流程如图1所示。
以往型号复杂组合结构的对接协调特征均依靠工装保证,需设计制造大型的型架类工装完成底梁产品的定位和装配,利用型架工装上的定位夹紧机构实现各零件产品的精确定位,之后在连接件和产品上通过配打连接孔实现组合装配,确保各对接协调关系自身以及相互之间的准确性。按照传统的型架工装保证协调方式,不仅型架工装制造周期长、生产成本高,而且在组合定位装配时,由于各产品与工装贴合间隙的一致性等因素影响,同一发动机安装面的高度和角度会有安装定位误差,导致5个安装面不能共面,整体定位装配精度较低,本方案取消了传统工艺方法中用于协调定位的型架工装的设计制造,通过对称防变形加工工艺实现了多台并联发动机一体化安装底梁的精确制造,节约了研制周期和成本。
本实施例中,短梁202为六个,发动机安装面数量为七个,七个发动机安装面依次为第一安装面、第二安装面、第三安装面、第四安装面、第五安装面、第六安装面及第七安装面,第一安装面至第六安装面以内梁201的轴心线圆周均匀排列设置在内梁201外侧,第七安装面设置在内梁201上。步骤四中的对称防变形加工工艺包括如下步骤:
S1:产品有效装夹。将底梁放置于机床工作台面,保证内梁201与外梁101底面与工作台面的有效接触,过程中控制贴合间隙量小于0.1mm,同时利用垫块将叉形梁、短梁202部位垫实,保证与工作台面完全贴合;利用压板将短梁202、叉形梁102连接主要部位压实,底梁相对两个发动机安装区域对称压压板,同时利用力矩扳手保证两侧压力一致,如图10所示,底梁对称加工。将周边6个发动机安装面分为2组分两次加工,如图11所示,第一组为拆解第一安装面、第三安装面及第五安装面上的预连接工艺螺钉,此时,每个叉形梁102和短梁202仍有一半的工艺螺钉连接,同时结合压板固定,预装配位置不会变化;
S2:去除第一安装面、第三安装面及第五安装面上的余量,并且加工第一安装面、第三安装面及第五安装面上的对接孔结构301;
S3:将第一安装面、第三安装面及第五安装面上的预连接工艺螺钉更换为正式螺钉连接;
S4:第二组为拆解第二安装面、第四安装面及第六安装面上的预连接工艺螺钉,此时,每个叉形梁102和短梁202仍有一半的正式螺钉连接,同时结合压板固定,预装配位置不会变化;
S5:去除第二安装面、第四安装面、第六安装面及第七安装面上的余量,并且加工第二安装面、第四安装面、第六安装面及第七安装面上的对接孔结构301;
S6:将第二安装面、第四安装面及第六安装面上的预连接工艺螺钉更换为正式螺钉连接;
S7:分粗、精加工。为保证底梁预装配要求,各零件余量不同:如叉形梁102上的发动机对接面位置B已加工出倾角,均匀留有3mm余量;内梁201上表面为平面,中心发动机对接面处留有3mm余量,但是周边发动机对接面在内梁上的最大余量接近10mm;短梁202上表面为平面,最大处余量接近8mm。为提前释放产品内部应力,对发动机对接面进行区域粗加工,以达到加工出对接面倾角和留有较小余量的目的,具体刀路如图12所示。精加工时,对该处发动机安装面进行整体铣加工,具体刀路如图13所示。通过粗加工最大程度去除加工余量,从而充分释放材料内部残余内应力,减小精加工过程中的应力释放量,进而减小最终成品的加工变形,保证发动机对接面的高精度要求。
本实施例中,内梁201、外梁101、六个叉形梁102及六个短梁202均通过机加成型,如图9所示,并且每一零部件上的发动机安装面位置B的余量为3-5mm,一个发动机安装面由五个发动机安装面位置B组成。
当步骤一及步骤二均操作完成之后,进行步骤三之前,将内梁组合件与外梁组合件进行初步组合定位同心操作,然后将内梁组合件与外梁组合件周向调整对正。
当步骤四操作完成之后,将底梁的航向下表面的所有螺钉正式安装,然后起吊翻转底梁,加工位于底梁航向上表面的对接孔结构301,最后通过钳工去除毛刺。
本实例的工作方式
首先在内梁201、外梁101、六个叉形梁102及六个短梁202加工时,每一零件产品上发动机安装面位置B均留有3-5mm加工工艺余量,发动机对接协调孔不制,内、外两圈部段对接孔不制,与内外梁插接部位加工到位。
零件加工完成后,按照装配模型对底梁产品进行预装配。将外梁101与6件叉形梁102螺接装配成组合体,将内梁与6件短梁202螺接装配成组合体。将两个组合体进行试装,试装过程中为保证底梁与其他部段对接精度,使用简易扇形样板贴合外梁101内圆与内梁201外圆,确保外梁101、内梁201同轴,底梁的航向下表面向上。完成定位后,两个组合体使用连接板和螺栓装配为一个整体底梁(发动机安装面留有余量,装配时此面采用工艺螺钉连接,加工至最终状态时更换),如图8所示。
初步装配完成后,底梁吊装至五轴龙门铣上进行部段对接孔和发动机对接面/对接孔等对接协调结构的数控加工,通过数控协调的方式保证各个对接协调关系间的精确匹配,发动机对接面加工时采用对称防变形加工工艺,进而能够减少变形和误差。
采用此种工艺方式产品装配精度高、周期短、成本低,实现了型号产品的快速高效研制。
在数控加工过程中,为控制产品加工变形,保证发动机对接高精度要求,底梁加工工艺方案设计为:优先加工中心发动机对接面,同时将该面作为后续加工的测量基准→采用对称加工防变形工艺加工6处均布周边发动机对接面→加工发动机对接孔。
由于预装配时叉形梁和短梁连接处和短梁与内梁连接处(图6中A处,共6处)均有突出零件表面的工艺钉妨碍发动机安装平面加工,因此需对上述位置的工艺钉进行拆除。但拆除后预装配状态会受到影响,底梁各零件间的相对位置会因约束释放或加工过程影响产生变形,导致加工完成后组合体尺寸精度不能满足设计要求。为解决上述问题,发动机安装面加工时采用了对称加工防变形工艺。
以上仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种底梁协调装配方法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤一:将内梁(201)的外边缘与至少三个短梁(202)进行预装配连接,至少三个所述短梁(202)以所述内梁(201)的轴心线圆周均匀排列设置,当所述内梁(201)的外边缘与至少三个短梁(202)进行预装配连接后形成内梁组合件;
步骤二:将外梁(101)的内边缘与多个叉形梁(102)预装配连接,所述叉形梁(102)的数量与所述短梁(202)的数量一致,多个所述叉形梁(102)以所述外梁(101)的轴心线圆周均匀排列设置,当所述外梁(101)的内边缘与多个叉形梁(102)进行预装配连接后形成外梁组合件;
步骤三:每一所述短梁(202)外侧端部均对应与一个所述叉形梁(102)内侧端部预装配连接,当所述内梁组合件与外梁组合件连接后形成底梁,所述底梁上设有至少四个发动机安装面,每一所述发动机安装面上均留有余量;
步骤四:所述底梁通过对称防变形加工工艺去除每一所述发动机安装面上的余量,所述底梁通过对称防变形加工工艺加工每一所述发动机安装面上的对接孔结构(301);
所述步骤一、步骤二顺序可以调换或同时进行。
2.根据权利要求1所述的一种底梁协调装配方法,其特征在于:所述短梁(202)为六个,所述发动机安装面数量为七个,七个所述发动机安装面依次为第一安装面、第二安装面、第三安装面、第四安装面、第五安装面、第六安装面及第七安装面,第一安装面至所述第六安装面以所述内梁(201)的轴心线圆周均匀排列设置在所述内梁(201)外侧,所述第七安装面设置在所述内梁(201)上。
3.根据权利要求2所述的一种底梁协调装配方法,其特征在于:所述步骤四中的对称防变形加工工艺包括如下步骤:
S1:拆解第一安装面、第三安装面及第五安装面上的预连接;
S2:去除第一安装面、第三安装面及第五安装面上的余量,并且加工第一安装面、第三安装面及第五安装面上的对接孔结构(301);
S3:将第一安装面、第三安装面及第五安装面上的预连接更换为正式连接;
S4:拆解第二安装面、第四安装面及第六安装面上的预连接;
S5:去除第二安装面、第四安装面、第六安装面及第七安装面上的余量,并且加工第二安装面、第四安装面、第六安装面及第七安装面上的对接孔结构(301);
S6:将第二安装面、第四安装面及第六安装面上的预连接更换为正式连接。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种底梁协调装配方法,其特征在于:每一所述短梁(202)与所述内梁(201)外边缘的预装配连接包括如下步骤:
(1)每一所述短梁(202)与所述内梁(201)外边缘进行插接装配;
(2)每一所述短梁(202)均通过工艺螺钉与所述内梁(201)外边缘连接。
5.根据权利要求4所述的一种底梁协调装配方法,其特征在于:每一所述叉形梁(102)与所述外梁(101)内边缘的预装配连接方式与每一所述短梁(202)与所述内梁(201)外边缘的预装配连接方式相同,每一所述短梁(202)外侧端部与一个所述叉形梁(102)内侧端部与每一所述短梁(202)与所述内梁(201)外边缘的预装配连接方式相同。
6.根据权利要求2所述的一种底梁协调装配方法,其特征在于:所述内梁(201)、外梁(101)、六个叉形梁(102)及六个短梁(202)均通过机加、铸造或3D打印成型。
7.根据权利要求5或6任一项所述的一种底梁协调装配方法,其特征在于:所述发动机安装面的余量为3-5mm。
8.根据权利要求7所述的一种底梁协调装配方法,其特征在于:当步骤一及步骤二均操作完成之后,进行步骤三之前,将内梁组合件与外梁组合件进行初步组合定位同心操作,然后将内梁组合件与外梁组合件周向调整对正。
9.根据权利要求7所述的一种底梁协调装配方法,其特征在于:当步骤四操作完成之后,将底梁的航向下表面的所有螺钉正式安装,然后起吊翻转底梁,加工位于底梁航向上表面的对接孔结构(301),最后通过钳工去除毛刺。
10.根据权利要求7所述的一种底梁协调装配方法,其特征在于:用于所述步骤四的操作设备为五轴龙门铣。
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