CN114872922A - 一种用于民用飞机机加框舱门结构组件的数字化装配工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于民用飞机机加框舱门结构组件的数字化装配工艺方法，属于飞机装配技术领域，包括如下步骤：1)构建装配工艺数模；2)设计一体化骨架装配精简工装；3)针对所述的舱门结构组件数字化装配工艺方法，面向所述的装配交付要求的零件制造工艺数模；4)设计以交付要求为约束的，基于数字化装配和参数化驱动公差带几何要素的公差确定方法。在零件实现数字化机加和高精测量等技术背景下，本发明提出的一种用于民用飞机机加框舱门结构组件的数字化装配工艺方法，完全改变了“蒙皮”和“骨架”中的零件同时分别由复杂工装定位的装配工艺。

Description

一种用于民用飞机机加框舱门结构组件的数字化装配工艺 方法

技术领域

本发明涉及一种用于民用飞机机加框舱门结构组件的数字化装配工艺方法，属于飞机装配技术领域。

背景技术

伴随着民用航空市场需求的不断扩大，对民用飞机快速制造并交付的需求与日俱增，这对民用飞机装配效率和装配质量提出了更高要求。民用飞机的装配，伴随着自动钻铆等自动化技术，以及激光跟踪仪等高精度数字化测量技术的发展，已经摆脱了模线样板的模拟量传递装配方式，全面进入数字化装配时代。于此同时民用飞机零件的机加制造，正伴随着新一代信息技术、精密数控加工技术、高精测量技术的迅速发展，发生着深刻的数字化制造变革。民用飞机零部件的设计、工艺、制造和检测交付实现了全流程数字化，可以实现在全自动化的无人生产线上连续的完成不同零件数控机加和高精测量。民用飞机零件数字化制造的深入发展，为民用飞机数字化装配的进一步变革，提供了基础前提。

民用飞机机加框舱门结构组件的结构尺寸相对较小，其所涉及的边框、横梁、隔框等零件均为数控机械加工零件，较于钣金框、钣金梁类零件具有较好的刚性。本发明在上述技术背景下提出一种用于民用飞机机加框舱门结构组件的数字化装配工艺方法，对民用飞机机加框舱门结构组件进行全新的数字化装配工艺设计，以提高装配效率和质量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，在零件实现数字化机加和高精测量等技术背景下，如何通过对机加框舱门结构组件装配工艺进行全新的数字化设计，以进一步提高装配效率和质量。

为解决上述问题，本发明深入研究机加框舱门结构组件的装配特性和交付要求，并通过对机加框舱门结构组件装配工艺进行全新的数字化设计，发明一种用于民用飞机机加框舱门结构组件的数字化装配工艺方法，包括如下的一整套技术方案：

一种用于民用飞机机加框舱门结构组件的数字化装配工艺方法，包括如下一整套工艺方法：

1)设计面向“装配特性”和“交付要求”的舱门结构组件数字化装配的装配工艺三维数字模型：

所述的“机加框舱门”是相对于“钣金框舱门”而言，其特征在于构成舱门的“框、梁类零件”由金属切削机床加工成型，其刚性良好；

所述的“舱门结构组件”是指民用飞机舱门除“舱门运动机构组件”、“舱门隔热垫”、“舱门内饰”部分之外的舱门刚性门体部分；“舱门结构组件”包含符合飞机气动外形的由钣金工艺成型的薄壁零件“蒙皮”，以及与“蒙皮”紧贴，并用以确保“蒙皮”气动外形和舱门刚度的“骨架”部分；

所述的舱门“骨架”是由沿飞机机体轴线布置的“梁类零件”，和垂直于飞机机体轴线的布置的“框类零件”，通过铆钉、螺栓等连接而成的刚性框架结构件；

所述的装配工艺三维数字模型，是将舱门结构组件工程设计三维数字模型，按照全新设计的装配工艺要求，进行重新构建，而形成的装配工艺数模；其包含“骨架”与“蒙皮”两部分，并全新设计定义了零件的“装配工艺基准”；

所述的“装配工艺基准”包括“装配工艺孔基准”和“装配工艺面基准”；

所述的“装配工艺孔基准”在“骨架”装配工艺中被设计定义为：以零件间直接互定位的“装配特性”和装配操作便利性为原则，从工程设计三维数字模型的“紧固件点线孔”集合中，选取并定义的特定孔；

所述的“装配工艺孔基准”在“蒙皮与骨架装配”工艺中被设计定义为：以“交付要求”为原则，从工程设计三维数字模型的“紧固件点线孔”集合中，选取并定义的与“装配特性”相关的特定的分布在“蒙皮”上的孔；

所述的“紧固件点线孔”是指舱门结构组件工程设计三维数字模型中用于表示铆钉、螺栓这类紧固件位置与轴线的一种图形集；

所述的“交付要求”包括“蒙皮”与“骨架”贴合要求、蒙皮轮廓度要求、轴承孔形位要求、止动接头形位要求；

所述的“装配工艺面基准”，在“骨架装配”工艺中被设计定义为零件间的装配接触面，在“蒙皮与骨架装配”工艺中被设计定义为“骨架”与“蒙皮”的装配接触面；

所述的“装配工艺基准”在装配工艺数模中以3D注释的形式进行标识，并归集于“装配工艺基准”的图形集之中；

2)设计基于面向“装配特性”和“交付要求”的舱门结构组件数字化装配工艺的一体化“骨架装配精简工装”：

“骨架装配精简工装”的定位面仅为“骨架”与“蒙皮”的贴合面，定位面为由一体化部件经一次装夹的数控加工面；定位面上设置有所述的“蒙皮与骨架装配”工艺中的“装配工艺孔基准”；“骨架装配精简工装”周边设置有压紧器，用于“骨架”装配“框”和“梁”的固定；“骨架装配精简工装”配有压紧夹钳，便于“骨架”装配时内部“梁”的夹紧固定；

所述的“骨架装配精简工装”数模中构建有定位面的公差带几何要素，并以3D注释的形式进行标识，同时归集于名为“精简工装公差带”的图形集之中；交付工装的定位面高精测量点云应位于“精简工装公差带”之内；

3)设计基于“装配工艺基准”，并面向“交付要求”的零件制造工艺数模：

所述的零件制造工艺数模其特征在于：基于装配“交付要求”设计定义了“零件交付关键特征几何要素”，并全新设计定义基于“装配工艺基准”的“零件交付关键特征几何要素”的公差要求，来替代对应的工程设计三维数字模型零件公差要求，并在零件制造工艺数模中构建公差带几何要素，以3D注释的形式进行标识，同时归集于名为“零件制造公差带”的图形集之中，构建零件制造工艺数模；交付零件的高精测量点云应位于“零件制造公差带”之内；

4)设计以“交付要求”为约束的，基于数字化装配和参数化驱动公差带几何要素的公差确定方法：

在“骨架装配精简工装”三维数字模型和零件制造工艺三维数字模型中，将所述的“精简工装公差带”和“零件制造公差带”的极限偏差进行参数化定义并赋予初始数值，然后三维数字模型中构建由上述的极限偏差参数驱动的极限偏差几何要素；采用上述极限偏差几何要素进行装配配合，按所述的舱门结构组件“交付要求”的极限偏差构建“极限偏差装配数模”，最后以所述的舱门结构组件“交付要求”，确定可以接受的“骨架装配精简工装”制造公差和零件制造公差数值；

5)设计面向“装配特性”和“交付要求”的舱门结构组件数字化装配工艺方法：

所述的工艺方法包括“骨架装配”和“蒙皮与骨架装配”两大工艺过程，完全改变了“蒙皮”和“骨架”中的全部零件在同一个复杂工装上，每一个零件均由工装定位器定位的装配工艺方法；

所述的“骨架装配”工艺是采用“骨架”零件在“骨架装配精简工装”定位，以及“骨架”零件间直接相互定位相结合的装配定位方法：

将舱门的“框”、“梁”这类零件按所述的“装配工艺面基准”和“装配工艺孔基准”，在“骨架装配精简工装”进行工装定位，以确保“骨架”装配的与“蒙皮”配合面的形位公差满足装配要求；于此同时“框”、“梁”零件之间也通过所述的“装配工艺基面准”和“装配工艺孔基准”进行零件的互定位；零件在“骨架装配精简工装”定位与零件间互定位的协调，由上述全新设计的“骨架装配精简工装”公差以及零件制造工艺数模公差，以及舱门结构组件工程设计三维数字模型允许加入的垫片保证；

上述的装配工艺过程采用了飞机装配专用弹簧销，穿过相配合的零件、工装的“装配工艺孔基准”以完成“装配工艺孔基准”的定心和“装配工艺面基准”的拉紧；然后采用工装配置的压紧器和压紧夹钳固定定位后的零件；

在“骨架”零件完全在“骨架装配精简工装”定位和固定后，完成“骨架”其余“点线孔”的钻孔，并分解“骨架”零件并去除钻孔毛刺；然后按上述工艺方法重新在“骨架装配精简工装”上装配“骨架”，并进行“骨架”紧固件的安装，完成“骨架”装配；

所述的“蒙皮与骨架装配”工艺是采用“蒙皮”与“骨架”直接相互定位的装配工艺方法：

将装配完成的“骨架”与“蒙皮”配合一侧朝上，平稳放置在装配操作台上，按所述的“装配工艺面基准”和“装配工艺孔基准”，将“蒙皮”在“骨架”上定位；上述装配工艺过程采用了飞机装配专用弹簧销，穿过“蒙皮”和“骨架”配合的“装配工艺孔基准”，完成“装配工艺孔基准”的定心和“装配工艺面基准”的拉紧；然后完成“蒙皮”与“骨架”装配其余“点线孔”的钻孔，以及分解“蒙皮”与“骨架”去除钻孔毛刺，再按上述工艺方法进行“蒙皮”与“骨架”的重新组装，并安装紧固件完成舱门结构组件的装配。

本发明带来的有益效果为：在零件实现数字化机加和高精测量等技术背景下，本发明提出的一种用于民用飞机机加框舱门结构组件的数字化装配工艺方法，完全改变了“蒙皮”和“骨架”中的零件同时分别由复杂工装定位的装配工艺。本项发明有效简化了机加框舱门结构组件的装配工艺流程、降低了装配操作复杂度、节约装配操作时间，提高了装配生产效率；大幅降低了相关装配工装结构的复杂度，提高了工装可靠性，节约了工装设计、制造、定检等成本，具有很好的实用性。目前，除少数中小型支线民用飞机的钣金框舱门外，本项发明适用于大多数的支线、干线民用飞机舱门结构组件装配，具有广泛的适用性。

具体实施方式

一种用于民用飞机机加框舱门结构组件的数字化装配工艺方法，包括如下一整套工艺方法：

1)设计面向“装配特性”和“交付要求”的舱门结构组件数字化装配的装配工艺三维数字模型：

所述的“机加框舱门”是相对于“钣金框舱门”而言，其特征在于构成舱门的“框、梁类零件”由金属切削机床加工成型，其刚性良好；

所述的“舱门结构组件”是指民用飞机舱门除“舱门运动机构组件”、“舱门隔热垫”、“舱门内饰”部分之外的舱门刚性门体部分；“舱门结构组件”包含符合飞机气动外形的由钣金工艺成型的薄壁零件“蒙皮”，以及与“蒙皮”紧贴，并用以确保“蒙皮”气动外形和舱门刚度的“骨架”部分；

所述的舱门“骨架”是由沿飞机机体轴线布置的“梁类零件”，和垂直于飞机机体轴线的布置的“框类零件”，通过铆钉、螺栓等连接而成的刚性框架结构件；

所述的装配工艺三维数字模型，是将舱门结构组件工程设计三维数字模型，按照全新设计的装配工艺要求，进行重新构建，而形成的装配工艺数模；其包含“骨架”与“蒙皮”两部分，并全新设计定义了零件的“装配工艺基准”；

所述的“装配工艺基准”包括“装配工艺孔基准”和“装配工艺面基准”；

所述的“装配工艺孔基准”在“骨架”装配工艺中被设计定义为：以零件间直接互定位的“装配特性”和装配操作便利性为原则，从工程设计三维数字模型的“紧固件点线孔”集合中，选取并定义的特定孔；

所述的“装配工艺孔基准”在“蒙皮与骨架装配”工艺中被设计定义为：以“交付要求”为原则，从工程设计三维数字模型的“紧固件点线孔”集合中，选取并定义的与“装配特性”相关的特定的分布在“蒙皮”上的孔；

所述的“紧固件点线孔”是指舱门结构组件工程设计三维数字模型中用于表示铆钉、螺栓这类紧固件位置与轴线的一种图形集；

所述的“交付要求”包括“蒙皮”与“骨架”贴合要求、蒙皮轮廓度要求、轴承孔形位要求、止动接头形位要求；

所述的“装配工艺面基准”，在“骨架装配”工艺中被设计定义为零件间的装配接触面，在“蒙皮与骨架装配”工艺中被设计定义为“骨架”与“蒙皮”的装配接触面；

所述的“装配工艺基准”在装配工艺数模中以3D注释的形式进行标识，并归集于“装配工艺基准”的图形集之中；

2)设计基于面向“装配特性”和“交付要求”的舱门结构组件数字化装配工艺的一体化“骨架装配精简工装”：

“骨架装配精简工装”的定位面仅为“骨架”与“蒙皮”的贴合面，定位面为由一体化部件经一次装夹的数控加工面；定位面上设置有所述的“蒙皮与骨架装配”工艺中的“装配工艺孔基准”；“骨架装配精简工装”周边设置有压紧器，用于“骨架”装配“框”和“梁”的固定；“骨架装配精简工装”配有压紧夹钳，便于“骨架”装配时内部“梁”的夹紧固定；

所述的“骨架装配精简工装”数模中构建有定位面的公差带几何要素，并以3D注释的形式进行标识，同时归集于名为“精简工装公差带”的图形集之中；交付工装的定位面高精测量点云应位于“精简工装公差带”之内；

3)设计基于“装配工艺基准”，并面向“交付要求”的零件制造工艺数模：

所述的零件制造工艺数模其特征在于：基于装配“交付要求”设计定义了“零件交付关键特征几何要素”，并全新设计定义基于“装配工艺基准”的“零件交付关键特征几何要素”的公差要求，来替代对应的工程设计三维数字模型零件公差要求，并在零件制造工艺数模中构建公差带几何要素，以3D注释的形式进行标识，同时归集于名为“零件制造公差带”的图形集之中，构建零件制造工艺数模；交付零件的高精测量点云应位于“零件制造公差带”之内；

4)设计以“交付要求”为约束的，基于数字化装配和参数化驱动公差带几何要素的公差确定方法：

在“骨架装配精简工装”三维数字模型和零件制造工艺三维数字模型中，将所述的“精简工装公差带”和“零件制造公差带”的极限偏差进行参数化定义并赋予初始数值，然后三维数字模型中构建由上述的极限偏差参数驱动的极限偏差几何要素；采用上述极限偏差几何要素进行装配配合，按所述的舱门结构组件“交付要求”的极限偏差构建“极限偏差装配数模”，最后以所述的舱门结构组件“交付要求”，确定可以接受的“骨架装配精简工装”制造公差和零件制造公差数值；

5)设计面向“装配特性”和“交付要求”的舱门结构组件数字化装配工艺方法：

所述的工艺方法包括“骨架装配”和“蒙皮与骨架装配”两大工艺过程，完全改变了“蒙皮”和“骨架”中的全部零件在同一个复杂工装上，每一个零件均由工装定位器定位的装配工艺方法；

所述的“骨架装配”工艺是采用“骨架”零件在“骨架装配精简工装”定位，以及“骨架”零件间直接相互定位相结合的装配定位方法：

将舱门的“框”、“梁”这类零件按所述的“装配工艺面基准”和“装配工艺孔基准”，在“骨架装配精简工装”进行工装定位，以确保“骨架”装配的与“蒙皮”配合面的形位公差满足装配要求；于此同时“框”、“梁”零件之间也通过所述的“装配工艺基面准”和“装配工艺孔基准”进行零件的互定位；零件在“骨架装配精简工装”定位与零件间互定位的协调，由上述全新设计的“骨架装配精简工装”公差以及零件制造工艺数模公差，以及舱门结构组件工程设计三维数字模型允许加入的垫片保证；

上述的装配工艺过程采用了飞机装配专用弹簧销，穿过相配合的零件、工装的“装配工艺孔基准”以完成“装配工艺孔基准”的定心和“装配工艺面基准”的拉紧；然后采用工装配置的压紧器和压紧夹钳固定定位后的零件；

在“骨架”零件完全在“骨架装配精简工装”定位和固定后，完成“骨架”其余“点线孔”的钻孔，并分解“骨架”零件并去除钻孔毛刺；然后按上述工艺方法重新在“骨架装配精简工装”上装配“骨架”，并进行“骨架”紧固件的安装，完成“骨架”装配；

所述的“蒙皮与骨架装配”工艺是采用“蒙皮”与“骨架”直接相互定位的装配工艺方法：

将装配完成的“骨架”与“蒙皮”配合一侧朝上，平稳放置在装配操作台上，按所述的“装配工艺面基准”和“装配工艺孔基准”，将“蒙皮”在“骨架”上定位；上述装配工艺过程采用了飞机装配专用弹簧销，穿过“蒙皮”和“骨架”配合的“装配工艺孔基准”，完成“装配工艺孔基准”的定心和“装配工艺面基准”的拉紧；然后完成“蒙皮”与“骨架”装配其余“点线孔”的钻孔，以及分解“蒙皮”与“骨架”去除钻孔毛刺，再按上述工艺方法进行“蒙皮”与“骨架”的重新组装，并安装紧固件完成舱门结构组件的装配。

Claims (1)

1.一种用于民用飞机机加框舱门结构组件的数字化装配工艺方法，其特征在于，包括如下一整套工艺方法：

1)设计面向“装配特性”和“交付要求”的舱门结构组件数字化装配的装配工艺三维数字模型：

所述的“机加框舱门”是相对于“钣金框舱门”而言，其特征在于构成舱门的“框、梁类零件”由金属切削机床加工成型，其刚性良好；

所述的“舱门结构组件”是指民用飞机舱门除“舱门运动机构组件”、“舱门隔热垫”、“舱门内饰”部分之外的舱门刚性门体部分；“舱门结构组件”包含符合飞机气动外形的由钣金工艺成型的薄壁零件“蒙皮”，以及与“蒙皮”紧贴，并用以确保“蒙皮”气动外形和舱门刚度的“骨架”部分；

所述的舱门“骨架”是由沿飞机机体轴线布置的“梁类零件”，和垂直于飞机机体轴线的布置的“框类零件”，通过铆钉、螺栓等连接而成的刚性框架结构件；

所述的装配工艺三维数字模型，是将舱门结构组件工程设计三维数字模型，按照全新设计的装配工艺要求，进行重新构建，而形成的装配工艺数模；其包含“骨架”与“蒙皮”两部分，并全新设计定义了零件的“装配工艺基准”；

所述的“装配工艺基准”包括“装配工艺孔基准”和“装配工艺面基准”；

所述的“装配工艺孔基准”在“骨架”装配工艺中被设计定义为：以零件间直接互定位的“装配特性”和装配操作便利性为原则，从工程设计三维数字模型的“紧固件点线孔”集合中，选取并定义的特定孔；

所述的“装配工艺孔基准”在“蒙皮与骨架装配”工艺中被设计定义为：以“交付要求”为原则，从工程设计三维数字模型的“紧固件点线孔”集合中，选取并定义的与“装配特性”相关的特定的分布在“蒙皮”上的孔；

所述的“紧固件点线孔”是指舱门结构组件工程设计三维数字模型中用于表示铆钉、螺栓这类紧固件位置与轴线的一种图形集；

所述的“交付要求”包括“蒙皮”与“骨架”贴合要求、蒙皮轮廓度要求、轴承孔形位要求、止动接头形位要求；

所述的“装配工艺面基准”，在“骨架装配”工艺中被设计定义为零件间的装配接触面，在“蒙皮与骨架装配”工艺中被设计定义为“骨架”与“蒙皮”的装配接触面；

所述的“装配工艺基准”在装配工艺数模中以3D注释的形式进行标识，并归集于“装配工艺基准”的图形集之中；

2)设计基于面向“装配特性”和“交付要求”的舱门结构组件数字化装配工艺的一体化“骨架装配精简工装”：

“骨架装配精简工装”的定位面仅为“骨架”与“蒙皮”的贴合面，定位面为由一体化部件经一次装夹的数控加工面；定位面上设置有所述的“蒙皮与骨架装配”工艺中的“装配工艺孔基准”；“骨架装配精简工装”周边设置有压紧器，用于“骨架”装配“框”和“梁”的固定；“骨架装配精简工装”配有压紧夹钳，便于“骨架”装配时内部“梁”的夹紧固定；

所述的“骨架装配精简工装”数模中构建有定位面的公差带几何要素，并以3D注释的形式进行标识，同时归集于名为“精简工装公差带”的图形集之中；交付工装的定位面高精测量点云应位于“精简工装公差带”之内；

3)设计基于“装配工艺基准”，并面向“交付要求”的零件制造工艺数模：

所述的零件制造工艺数模其特征在于：基于装配“交付要求”设计定义了“零件交付关键特征几何要素”，并全新设计定义基于“装配工艺基准”的“零件交付关键特征几何要素”的公差要求，来替代对应的工程设计三维数字模型零件公差要求，并在零件制造工艺数模中构建公差带几何要素，以3D注释的形式进行标识，同时归集于名为“零件制造公差带”的图形集之中，构建零件制造工艺数模；交付零件的高精测量点云应位于“零件制造公差带”之内；

4)设计以“交付要求”为约束的，基于数字化装配和参数化驱动公差带几何要素的公差确定方法：

在“骨架装配精简工装”三维数字模型和零件制造工艺三维数字模型中，将所述的“精简工装公差带”和“零件制造公差带”的极限偏差进行参数化定义并赋予初始数值，然后三维数字模型中构建由上述的极限偏差参数驱动的极限偏差几何要素；采用上述极限偏差几何要素进行装配配合，按所述的舱门结构组件“交付要求”的极限偏差构建“极限偏差装配数模”，最后以所述的舱门结构组件“交付要求”，确定可以接受的“骨架装配精简工装”制造公差和零件制造公差数值；

5)设计面向“装配特性”和“交付要求”的舱门结构组件数字化装配工艺方法：

所述的工艺方法包括“骨架装配”和“蒙皮与骨架装配”两大工艺过程，完全改变了“蒙皮”和“骨架”中的全部零件在同一个复杂工装上，每一个零件均由工装定位器定位的装配工艺方法；

所述的“骨架装配”工艺是采用“骨架”零件在“骨架装配精简工装”定位，以及“骨架”零件间直接相互定位相结合的装配定位方法：

将舱门的“框”、“梁”这类零件按所述的“装配工艺面基准”和“装配工艺孔基准”，在“骨架装配精简工装”进行工装定位，以确保“骨架”装配的与“蒙皮”配合面的形位公差满足装配要求；于此同时“框”、“梁”零件之间也通过所述的“装配工艺基面准”和“装配工艺孔基准”进行零件的互定位；零件在“骨架装配精简工装”定位与零件间互定位的协调，由上述全新设计的“骨架装配精简工装”公差以及零件制造工艺数模公差，以及舱门结构组件工程设计三维数字模型允许加入的垫片保证；

上述的装配工艺过程采用了飞机装配专用弹簧销，穿过相配合的零件、工装的“装配工艺孔基准”以完成“装配工艺孔基准”的定心和“装配工艺面基准”的拉紧；然后采用工装配置的压紧器和压紧夹钳固定定位后的零件；

在“骨架”零件完全在“骨架装配精简工装”定位和固定后，完成“骨架”其余“点线孔”的钻孔，并分解“骨架”零件并去除钻孔毛刺；然后按上述工艺方法重新在“骨架装配精简工装”上装配“骨架”，并进行“骨架”紧固件的安装，完成“骨架”装配；

所述的“蒙皮与骨架装配”工艺是采用“蒙皮”与“骨架”直接相互定位的装配工艺方法：

将装配完成的“骨架”与“蒙皮”配合一侧朝上，平稳放置在装配操作台上，按所述的“装配工艺面基准”和“装配工艺孔基准”，将“蒙皮”在“骨架”上定位；上述装配工艺过程采用了飞机装配专用弹簧销，穿过“蒙皮”和“骨架”配合的“装配工艺孔基准”，完成“装配工艺孔基准”的定心和“装配工艺面基准”的拉紧；然后完成“蒙皮”与“骨架”装配其余“点线孔”的钻孔，以及分解“蒙皮”与“骨架”去除钻孔毛刺，再按上述工艺方法进行“蒙皮”与“骨架”的重新组装，并安装紧固件完成舱门结构组件的装配。