B747型飞机夹具样板设计方法研究

朱岩

摘 要：文章主要论述了B747型飞机夹具样板设计的两种方式，即传统的依据PCM图的设计方式与应用数字化三维数据集的设计方式。对于这两种设计方法的设计过程进行了详细的阐述，并对这两种设计方法的优点与缺陷进行了对比与分析。

关键词：夹具样板；三维数据集；PCM图

中图分类号：V267 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）15-0001-02

1 夹具样板的基本特征和主要用途

1.1 基本特征

凡用于制造安装和检验标准样件或装配工艺装备、检验夹具的样板统称为夹具样板。按工装设计部门所提供的夹具样板图及其技术要求制造。

1.2 主要用途

①制造安装标准样件；

②安装装配夹具，检验夹具和装配型架等。

2 B747型飞机夹具样板的设计

B747型飞机夹具样板的设计依据一般分为两种，即PCM图和三维数据集。在实际设计过程中，要根据不同情况采用不同的设计依据。

2.1 依据PCM图的设计方法

由于B747型飞机的机型较老，项目持续时间较长，因此该机型与其他新机型相比缺少数字化设计制造依据，例如三维数模、电子图纸等。但是该机型拥有大量外方提供的PCM图，均为以1：1比例绘制而成的胶版，这些PCM图可作为设计制造的依据，这也是B747型飞机最大的特点之一。在设计B747型飞机夹具样板时首先要考虑的，同时也是最常用的设计依据就是PCM图。

首先，根据工装设计部门提供的夹具样板图找出该块夹具样板所涉及到的零件图号、站位（如：框、长桁）以及标记线（如：WL、LBL）和孔位（如：K孔、工具孔）等元素，如图1所示，然后根据零件图号查找该图号的图纸，此时可根据夹具样板图中提供的站位和长桁的信息在图纸上查找相应位置的视图或剖视图，查到后检查在所需的视图或剖视图中是否包含了夹具样板图中涉及到的所有元素，如所需零件边缘、标记线、孔位等，若内容齐全则可按照该PCM图制造此夹具样板。

有些夹具样板中还含有一些尺寸标注，如图1中的“200”，这种情况表示该夹具样板除按照PCM图制造外还要按标注的尺寸制造，上图中标记零件外缘的一侧为样板的工作边，按尺寸加工的一侧为非工作边。

在某些夹具样板图所涉及到的零件的图纸中可能无法找到站位和长桁或者找不到所需的视图或剖视图，这时可以通过图纸细目查找其上一级装配图纸，从而在上一级装配图纸中通过上面的方法查找到所需要的内容。

此外，如果在图纸上没有给出该夹具样板图所需站位的剖视图，也可根据零件的具体情况查找其他站位上给出的可以通用的剖视图。

有时某些元素无法在图纸中直接找到，也可查看附近区域，利用其他元素推理而得到所需内容。

例如：图1中水平基准线WL=190.00，就是将WL=180.00位置线偏移10 mm而得到的。

依据PCM图的方法比较直观，只要将所有元素找到即可制造，但是这种方法需要工人手工加工，有时需要将几张胶版对和在一起加工，不仅加工难度高而且耗费大量工时。

而且PCM图对于存放环境要求较高，因此容易出现不同程度的变形，这也给样板的加工带来很大困难。

2.2 依据三维数据集的设计方法

随着数字化技术的发展和CATIA V5在实际设计中的应用，出现了另一种设计夹具样板的方法，就是依据三维数据集的设计方法。

实际上，现在的许多新机型由于拥有完善的数字化依据，工装设计部门已经可以直接应用三维数模来设计工装夹具，而不再需要夹具样板的辅助。但是由于B747机型较老，缺少三维数模，因此仍需要应用夹具样板来制造工装夹具。这里所说的依据三维数据集的设计方法，是指依据外方提供的三维理论数据来设计样板，该理论数据包括机身坐标系、IML（飞机理论外缘曲面）、机身长桁、基准面等，如图2所示。

上图中包括了机身左侧理论外缘曲面IML及34条长桁，该IML在23长桁之前为单曲率直纹面，23长桁往后曲面一侧逐渐出现曲率变化，如图3所示。

依据三维数据集来设计夹具样板，首先需要查找零件图及其装配图，找出夹具样板所需的零件外缘与IML之间的关系，包括零件外缘距IML的厚度尺寸以及判断该零件的装配位置是在IML的外侧还是内侧，这样根据查得的厚度尺寸将IML向内或向外偏移一定距离所得的曲面就是这个零件外缘所贴合的曲面。然后再根据夹具图提供的框、长桁的空间位置以及尺寸、标记线等信息，在三维数据集的该位置做出夹具样板图，如图4所示。

与传统的依据PCM图的设计方式相比，依据三维数据集的设计方式更有利于样板的加工，因为这样设计出的样板可以通过激光切割的方式来制造，不仅降低劳动工时，大幅提高生产效率，而且大大提高了样板的精确度和质量，更加方便快捷。但是该机型数字化依据有限，很多时候还是脱离不了传统的设计方式，因此，应该实现两种方案相结合的设计、生产模式，具体问题具体分析，充分利用现有资源，实现设计、生产的优质高效。

2.3 设计难点分析

综上所述虽然两种方法截然不同，但是有一点是共通的，那就是需要查阅大量零件图纸及装配图纸，这中间的工作量是巨大的，同时也要求设计员对该机型图纸及其之间的关系有一个全面的了解，这也是所有工作中最困难的部分。

另外，虽然依据三维数据集的方法能够弥补依据PCM图方法的不足之处，但是仍然有一些元素是三维数据集中没有提供的，这就需要根据工程部门提供的数据在三维空间内做出需要的元素。

例如，在利用三维数据集的设计过程中需要用到下主梁基准面，而这个基准面的轴线只在PCM图中给出了，根本无法满足设计要求，这时只能根据工程部门提供的数据做出下主梁基准面，即在空间做出WL=200”和LBL=103.27”两个平面，在这两个平面的交线上做出与WL=200”成342 °18 的平面，这个面就是下主梁基准面。

3 结 语

通过对B747型飞机夹具样板设计方法的研究与分析，总结出了一套详尽的夹具样板设计方法与经验，并探索出一种更高效率设计方法，为今后处理此类问题总结了宝贵的经验，提高了生产进度，促进飞机质量的整体提高。

参考文献：

[1] 李航，万晓云.B747-400型飞机气象雷达显示故障的分析与排除[J].长 沙航空职业技术学院学报，2005，（3）.