蒙皮化学铣切工艺系统协调误差分析及控制

刘庆萍+於智良+吕锐

摘 要 化铣蒙皮零件是形成飞机气动外形的主要零件之一。文章从工艺、工装制造的源头中找出可能出现问题的原因，并提出了用数据对制造工装、装配工装、模线样板进行协调控制的制造理念。

关键词 蒙皮零件；化学铣切；系统协调误差；控制

中图分类号：TG54 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）02-0100-02

1 蒙皮化学铣切工艺制造简述

化学铣切是利用化学和电化学腐蚀原理将零件多余材料去除的一种加工方法。化铣蒙皮零件的制造工艺分为两种方式；一种是先化铣后成型，另一种是先成型后化铣。对于前一种先化铣后成型，化铣工序是在平板展开料上进行，故加工制造难度不大，但化铣后的蒙皮零件由于材料的厚度不均匀成型难度大，且成型质量不宜控制而较少使用。后一种先成型后化铣的制造方式，成型质量较易控制，但化铣过程较复杂、环节多，对于蒙皮化铣零件的制造工艺过程的误差控制就显得十分重要。面向环境的产品设计制造及应用技术要求设备和工艺简单、通用性好、制造成本低等。现代航空材料的加工方法及应用更加重视节约资源，降低能耗，促进可持续发展。生态经济视野下的清洁生产技术要求应用绿色的工艺、绿色的设备、绿色的管理。因此加强蒙皮化学铣切工艺系统协调误差分析及控制具有实际意义。

2 化铣蒙皮零件制造工艺方案分析

2.1 工艺流程的定位基准误差分析

在飞机研制前期的工艺工装设计中，基准和定位是保证零件生产和装配的重要因数。图1是典型工艺流程图，从图1可知，生产工装和装配工装的零件几何数据来源于结构数模，而其它工艺环节的制造数据均来源于工艺数模，如增加工艺余量、工艺孔、工艺凸耳、工艺容差、加工定位基准等。工艺数模的工艺要求信息（加工、装配、定位技术要求）来源于装配环节根据零、组件结构数模所采用的不同装配模式而确定，三维模胎数模设计和三维型架数模设计将零件几何数据和加工、装配、定位技术要求等工艺数据分别容入到各自的数模设计中。图1工艺流程的环境是闭环和协调的，整个工艺制造设计也符合并行协同制造理念。但在以往的工艺工装设计中，经常会因为定位基准的不协调而导致蒙皮零件装配出现问题。

图1 工艺流程图

由于飞机结构外形的特殊性，飞机机身上的长桁轴线有些是曲线形状，不能用平面定义。而机身内部零件需要将长桁轴线投影到零件的内、外表面进行定位，这与普通机械设计相比是完全不同的。因而必须由工艺部门进行工艺定位基准转换。在以往的模拟量制造中，工艺基准转换的任务由模线样板完成，模线设计是飞机制造的唯一原始依据。而现如今改为由工艺数模和结构装配数模或零件数模作为工艺设计、制造的原始依据。所以如何正确定义工艺数模上长桁轴线的准确位置是一个非常重要的环节。

长桁轴线是化铣槽位置尺寸的定位基准，如果理论数模中长桁轴线是以平面定义给出的，飞机内外形面与长桁轴线平面相交即可确定飞机内外形面的长桁轴线，并且是唯一确定的。如果理论数模中长桁轴线是以曲线定义给出的，则应以工艺数模进行投影传递，达到设计基准的协调一致。这是因为在确定长桁轴线投影的过程中有2种常规选择方式，一是按法线投影；二是按给定方向投影。而一旦选择给定方向投影，则有可能产生投影方向不一致，就会使生产工装和装配工装的设计基准不协调，造成较严重的后果。另外还可以按相应零、部件的结构数模确定长桁的位置，按这种方式不算错，但由于不是从理论数模传递而来，所以不能算作是最好的协调方式，所以结构数模中的长桁轴线如果是以曲线定义给出的，应明确规定长桁轴线以工艺数模按法线投影进行传递，同时增加对装配工装或生产工装基准轴线的检测环节，以此保证工装之间基准轴线的准确协调。

2.2 定位孔

定位孔是蒙皮按模胎成型后与型架安装定位的基准。如果定位孔位置、精度选择的不合适或定位孔的数量不够造成装配型架和零件定位不准确而产生较大的定位误差，而定位不准确，就达不到蒙皮装配的相对位置准确。就会造成各种装配的不协调，由于蒙皮装配是飞机制造的关键时刻，短时间内很难查出这种不协调问题的原因。所以定位孔在工艺、工装设计制造中是一个很重要的协调装配基准。定位孔一般由工装制造依据的工艺数模确定，同时传递到生产工装和装配工装以保证装配和零件制造的协调。定位孔一般取在蒙皮的非工作区域，在蒙皮装配完成后裁剪掉。由于带曲率的化铣蒙皮零件的制造环节较多，蒙皮定位孔的制取方向是沿法线方向进行的，移型准确度不易把握，所以将定位孔所在面选取为平面或曲率半径较大的面来降低定位基准孔的协调难度确保其准确协调。定位孔的数量太少可造成定位孔不稳定准确度不够，太多制取成本太大，一般选取在3个以上形成稳定结构较为合适。

2.3 装配工装、生产工装之间的协调

基准线（面）是加工验证工装几何形状协调的基准，由于飞机蒙皮零件的特殊性（尺寸大型面复杂），许多的尺寸定位是通过这些基准线（面）得以实现和验证。定位孔的相对位置准确是关系到蒙皮零件制造和装配协调的重要环节，如果定位孔不准确或偏差较大，就会造成零件的装配位移而导致无法装配。生产工装（模胎）的制造和基准线的刻线技术采用数字化制造其准确度已不成问题，装配工装（型架）的制造准确度主要体现在各卡板和定位件的相对位置组装上，数控加工和各种先进的装配仪器可以保证装配工装的技术要求，需要提出的是由于工装制造的环节较多误差积累较大容易出现各种装配不到位现象，工艺总协调还应对二者工装的关键位置给出测量数据进行控制、比对。保证生产工装与装配工装的协调一致。用较准确的各种测量仪器进行测量控制。如果二者工装测量数据误差太大，则需要对二者工装分别进行设计复查。目前常规的检测来源于各自的分别设计制造与检测，而这里强调的是对二者工装的协调性检测控制。

2.4 蒙皮三维化铣样板的协调制造

在化铣零件的制造过程，化铣槽口位置的确定目前仍然按三维立体化铣样板复制而成，化铣样板的制造准确度就显得格外重要。按模胎制造化铣样板型面的实质就相当于成型化铣蒙皮零件，由于不同的使用目的导致不同的加工精度，三维立体化铣样板应有比零件更高的加工成型精度。按模胎复制基准线在化铣样板的制造中属于关键环节，由于国内大型蒙皮钣金件的数字化柔性制造技术还处于试制或研制阶段，故基准轴线的复制还处于不稳定状态。所以不管是采用何种制造方法都必须采用系统的测量方法对化铣样板、模胎、型架的关键部位进行数据控制。在飞机由模拟量制造向数字量制造转型的过程中，许多人都认为应该取消模线样板。其实模线样板在其使命期间充当唯一原始依据外，还充当了检验依据和标准模板的作用。笔者认为后两者的作用即使是在数字量制造中由于其简单、实用、成本低也是一个性价比较高的选择，并且数字量制造还可将样板的制造质量提升到较高的水平。

3 结束语

飞机制造与普通制造的最大不同是其外形不能用规整的几何元素来描述，长期以来采用的都是模拟量制造模式。模拟量制造模式下通常采用的是控制制造依据的协调和组合件、部件的对接，而很难对制造过程进行控制。制造依据（模线样板）既是生产依据也是检验依据。产生的装配不协调现象只能通过留余量、挫修的方法解决。飞机制造的质量、周期和成本都很难得到大的提升。数字化制造模式将会使飞机制造步入一个新的平台。但由于飞机制造的复杂性、系统性所致不可能将模拟量制造模式完全去除改由数字化制造模式取代。现实的做法是将每个专业的制造环节综合的看成是一个整条的制造链，制造链的端点就是飞机的装配。逐步用数字化制造模式替代模拟量制造模式。链条的链接点就是各个专业之间的协调点。控制好每个连接点就等于控制了飞机制造的整条制造链。链接点的控制可以用各种检验数据进行控制，和对制造链中的工艺过程控制、细节控制。各种检验数据在模拟量制造模式下很难得出，但在数字化制造模式下直接从装配数模中即可便利、简洁、准确量取到。本文的最终意图是希望广大的飞机制造工艺技术人员能够跳出本专业的围框看问题。每个飞机零件制造的最终目的是飞机的数字化标准装配。

参考文献

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[2]王维威，解念锁.金属基复合材料的加工方法及应用[J].科技创新导报，2010（29）：64.

[3]王瑾.生态经济视野下的清洁生产技术[J].商场现代化，2006（18）：209-210.

作者简介

刘庆萍（1959-），女，山东墨市人，高级工程师，研究方向：模线数据设计与协调。endprint