蒙皮零件铣切区的检验样板设计

闫亚峰，张文俊，刘 勤，江 涛，王 恒，胡 媛

（江西洪都航空工业集团有限责任公司，江西 南昌 330024）

1 引言

飞机蒙皮是构成飞机气动外形的关键零件。蒙皮制造技术也是衡量一个国家飞机制造能力和水平的重要标志之一。随着航空技术的不断发展，为提高飞机的各项气动性能，蒙皮零件的成形质量至关重要。大型蒙皮零件在强度、波纹度等方面性能均优于小蒙皮的拼接结构，因此越来越多飞机采用大型蒙皮零件。其零件尺寸大，内部存在多种不同铣切厚度区域，铣切区域形状复杂。运用传统检测方法无法满足现代数字化制造对其高精度、高效率检测要求。为此，借助CATIA三维软件的建模功能设计了一种针对可展蒙皮铣切区域位置进行检测的专用检验样板。使得对蒙皮检测的精度变得更高，检测起来更为方便快捷。

2 蒙皮零件的结构特征

飞机大型结构件中，蒙皮零件是构成飞机外形结构的重要受力构件，机身蒙皮形状有单曲度和双曲度，此类零件尺寸大，曲率小，结构复杂，包含外形面、铣切区、通窗、结构通孔等外形特征，根据设计与装配要求，需要进行局部壁厚铣薄加工，形成变截面不等厚结构。文章所涉及蒙皮如下图1所示。

图1 蒙皮零件的产品数模

3 传统的检验方法

传统飞机蒙皮检测手段中一般使用成套切面样板、检验架、拉型模、塞尺等工具对蒙皮轮廓、厚度、开孔信息进行检测。对其不同铣切厚度区域位置的检验有三种处理方法：一是直接放弃检验，此种方法显然不满足现代数字化加工对零件精度的要求；二是采用明胶板进行检验，此种方法比较方便但检验时定位比较难，检验偏差大；三是采用数控检验，此方法精度高但对设备要求高，检验工作量大，时间长。

4 检验样板设计思路

选用合适的材料，设计各铣切区域专用样板，成形后借助零件制造过程中的各类工艺孔或零件边缘进行定位，确保此样板在零件的相对位置不变，从而保证产品技术要求中的铣切位置精度，并达到检测铣切区域的需求。

图1中的蒙皮为单曲度零件，材料厚度为6 mm，存在4个不同铣切厚度区域，分别是δ1.3、δ1.8、δ3.6和δ6。

通过剖视图，我们发现，此零件铣切区呈台阶状分布，层级之间存在倒角区过渡，为了解决样板避让问题，同时又达到检验铣切区复杂外形的目的，需要针对每个厚度区设计检验样板。

由图1可以看出可设计δ1.8区域样板检验δ1.3区域尺寸、δ3.6区域样板检验δ1.8区域尺寸、δ6区域样板检验δ3.6区域尺寸。

接下来要解决的是如何保证样板在使用过程中与零件的相对位置不变， 可以借用制造零件时的吊装孔、K孔、氧化耳片孔等工艺孔来辅助定位。零件成型时使用的工艺数模上就含有上述工艺特征，所以设计检验样板时可以借用工艺数模作为中间过渡模型。

通过分析，我们确定了δ1.8、δ3.6和δ6三个铣切区的检验样板，但外形取制后发现，铣切区形状复杂狭长，若没有适当的加强手段，工人在使用过程中极不方便操作，也易造成样板的变形。因此，设计合理的补加块对样板的最终使用效果至关重要。

检验样板设计完成后其制造流程有：下料，成型，吸附加工，标记，检验。

5 检验样板详细设计过程

5.1 δ1.8区域检验样板设计

δ1.8区域检验样板用于检验蒙皮上δ1.3区域边缘尺寸。样板在使用时需紧贴蒙皮δ1.8区域内表面，因此在设计样板时需要以蒙皮δ1.8区域内表面为设计基准面。

5.2 曲面提取

在创成式外形设计模块中，用结合命令将工艺数模中δ1.8区域的内表面结合成一个曲面，如图2所示。

图2 δ1.8区域内表面和展开后平面

5.2.1 曲面修剪

如图2所示用展开命令将所提取的曲面进行平面展开。此区域内表面展开后为内部包含多个不规则腰形孔，腰形孔间有多处细长条连接的形状复杂的面。设计检验样板时需对其进行以下处理：

（1）腰形孔处需添加补加以避免检验样板因强度不够在制造和使用时发生变形，为了不影响样板检验δ1.3区域，补加加在腰形孔中间直线段，两头镂空。

（2）零件加工后内部δ3.6区域比δ1.8区域高，为避免此检验样板在贴合检验零件时与零件上δ3.6区域碰撞而无法贴合，需将其与δ3.6区域连接处进行修剪，让开铣切R角或保持一定间隙，将这一边作成样板上非工作边。

（3）保留展开平面上3个吊装孔、4个氧化耳片孔及其耳片以便检验样板使用时进行定位。

5.2.2 实体构建

按检验样板制造流程，设计用于吸附加工的样板三维数据。样板采用1.2 mm厚铝板制造。将修剪后的δ1.8区域平面在零件设计模块中用厚曲面命令，偏移参数设置成1.2 mm，确认后得到δ1.8区域检验样板实体数模，由于整块样板尺寸过大，不便于加工和使用，因此将它分割成多块尺寸样板。样板分块时一是考虑每块样板合理的定位，二是要考虑样板分开处样板的强度，分开后的多块样板可对接、可搭接还可以有距离。将分割后所得的样板编号为A-B/X （X为样板总数、A样板序号、B 序号A的样板块数），由于样板分开出采用搭接方式，分开后的样板分别编号，编号为1/4、2/4以便于样板管理，如图3所示。

5.3 δ3.6区域检验样板设计

δ3.6区域检验样板用于检验蒙皮上δ1.8区域尺寸。

5.3.1 曲面提取

由图3可以看出蒙皮δ3.6区域在蒙皮中部位置，四周无与其相邻的工艺孔及耳片，需借用相隔的工艺孔进行定位，又因氧化耳片孔相隔太远，K孔在δ6区域而无法借用，因此只能借用蒙皮两侧上离此区域较近的两个吊装孔及零件局部外形进行定位。提取此区域检验样板设计基准面需以下步骤：

图3 δ1.8区域检验样板

（1）在创成式设计模块中使用抽取命令提取工艺数模中δ3.6区域内表面。

（2）将所提取的曲面两侧用外插延伸命令延伸一定长度（参数设置时使用端头曲率延伸）。

（3）将工艺数模中所借用的两个吊装孔孔中心点制出，按法向投影到外插延伸面上。

5.3.2 曲面修剪

将上步所得到的曲面展开，此区域检验样板设计时还需对展开后平面进行以下操作：

（1）零件成型后内部δ6区域比δ3.6区域高，为避免此检验样板在贴合检验零件时与零件上δ6区域碰撞而无法贴合，需将其与δ6区域连接处进行修剪，让开铣切R角或保持一定间隙，将这一边作成样板上非工作边。

（2）从上图1可知δ3.6区域为狭长形状，需添加补加以免样板在制造和使用过程中变形或断裂，非工作边不允许做补加，因此将补加做在工作边上。

（3）在补加上开出多个孔以免补加妨碍零件检验。

5.3.3 实体构建

在零件设计模块中将修剪后δ3.6区域平面使用厚曲面命令得到δ3.6区域检验样板数模，为方便样板制造和使用将其从中分割成两小块，在两块小样板上制出对合线，使用样板时用对合线进行对合，将其编号为3-2/4（样板块数为4，本块样板序号为3，分为2块）。

5.4 δ6区域检验样板设计

δ6区域检验样板用于检验蒙皮上δ3.6区域尺寸。

5.4.1 曲面提取

在创成式外形设计模块中用提取命令提取工艺数模上δ6区域蒙皮内表面。

5.4.2 曲面修剪

将提取出的δ6区域内表面用展开命令展平，如图1所示此区域展开后所得平面两头大，中间狭长，形状极其复杂。设计检验样板时需对其做以下处理：

（1）为避免样板制造和使用时因中间强度不够而变形或断裂，需在靠近蒙皮内圈缺口处补齐缺口，并开孔处理以便检验蒙皮边缘。

（2）在补加上K孔处按尺寸开出K孔，方便样板定位。

5.4.3 实体构建

在零件设计模块中将修剪后δ6区域平面使用厚曲面命令得到δ6区域检验样板数模，为方便样板制造和使用将其从中分割成两小块，并制出对合线，使用时用对合线进行对合，将其编号为4-2/4。

6 结束语

通过设计δ1.8、 δ3.6、 δ6三处不同区域的检验样板，解决了蒙皮零件铣切区域检测困难的问题，保证了蒙皮加工质量，使生产的蒙皮零件满足结构和装配的精度要求。飞机蒙皮零件种类繁多、结构复杂，既具有共同特性，又具有各自特点，按照蒙皮零件检测技术的发展要求，设计的这种检验样板可提高蒙皮零件的检测效率，缩短生产周期，由此带来的辅助工艺的简化、人员劳动强度的降低显而易见。