KS框部件工艺分析及装配型架设计方案.docx
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KS框部件工艺分析及装配型架设计方案
飞机装配工艺课程设计
KS1102号框部件工艺分析及装配型架设计
院系航空航天工程学部
专业飞行器制造工程
班号84030101
学号2008040301002
姓名李军昂
指导教师邹爱丽
沈阳航空航天大学
2012年1月10日
摘要
飞机装配一般采用型架装配，它能保证产品的准确度和互换性，又能改善劳动条件，提高装配工作生产率，降低成本。
本文以某机第一肋为例，比较详细地介绍了装配型架设计的过程和一些需要注意的问题。
设计标准是既要保证装配件定位准确度及互换性的要求，还要保证工人进行装配操作时的便捷性及工件能够顺利出架。
最后设计该框的协调路线图和制定工艺规程。
关键字：
装配；型架；互换性；定位器；夹紧器；定位基准
目录
第1章引言1
第2章装配件的工艺分析2
2.1工艺分离面的选择2
2.2某机9911809翼肋的结构分析3
第3章装配型架及其零件设计4
3.1装配型架的主要用途4
3.2装配型架的典型布置4
3.3装配件定位件和夹紧件的选择5
3.4骨架的选择6
3.5工件的出架方式7
3.6型架的安装及检查8
3.6.1型架的安装方法8
3.6.2型架安装过程8
3.6.3型架的检查9
3.7型架结构形式的确定9
3.7.1骨架的结构形式9
3.7.2型架的构造9
第4章协调产品形状和尺寸的模线及温度对型架的影响11
4.1模线—样板法的实质11
4.2典型装配夹具的分类及其结构11
4.3温度对翼肋装配型架准确度的影响12
4.3.1不同材料在不同温度下形成的尺寸误差12
4.3.2地坪的热膨胀系数及其对型架准确度的影响12
4.3.3减少热膨胀协调误差的方法12
第5章装配工程规程13
第6章协调路线13
总结14
参考文献15
附录16
第1章引言
飞机装配型架是飞机制造过程中必不可少的工艺装备，其设计制造周期及精度极大地影响了飞机制造周期和产品品质。
现代飞机的制造过程包括许多阶段，其中之一既是装配，在此阶段组装隔板、壁板、部件、飞机各锻件，以及相互对接、调整与检查。
飞机制造中装配工作量占直接制造（即不包括生产准备、工艺装备制造）工作量的50％～70％，现代飞机的零件连接方法以铆钉连接为主，在重要接头处还应用螺栓连接。
这种连接方法简便可靠，但是钻孔、铆接多是手工操作，工作量很大。
应用自动压铆机可以提高铆接生产率，改进铆接质量，同时也可改善装配工人的劳动条件。
为了增加使用成组压铆的比例，要在构造上将飞机各部件分解成许多壁板件。
飞机部件装配和总装工作，手工劳动是主要工作方式。
加之飞机制造中要使用大量的成形模胎、模具、装配型架和供协调用的标准工艺装备（样板、标准样件等），使得生产准备工作十分繁重，飞机生产的周期比较长。
应用计算机辅助设计和制造技术可以提高飞机生产的自动化程度，大量压缩生产准备工作量和缩短飞机生产的周期。
飞机的装配是按构造特点分段进行的，首先将零件在型架中装配成翼梁、框、肋和壁板等构件，再将构件组合成部段（如机翼中段、前缘，机身前段、中段和尾段等）。
最后完成一架飞机的对接。
装配中各部件外形靠型架保证，对接好的全机各部件相对位置，特别是影响飞机气动特性的参数（如机翼安装角、后掠角、上反角等）和飞机的对称性，要通过水平测量来检测。
在各部件上都有一些打上标记的特征点，在整架飞机对接好后，用水平仪测出它们的相对位置，经过换算即可得到实际参数值。
总装工作还包括发动机、起落架的安装调整，各系统电缆、导管的敷设，天线和附件的安装，各系统的功能实验等。
总装完成后，飞机即可推出外场试飞。
通过试飞调整，当飞机各项技术性能指标达到设计要求时即可交付使用。
第2章装配件的工艺分析
2.1工艺分离面的选择
飞机结构上形划分为许多部件和可卸件后，在部件与部件间，部件与可卸件间在结构成了分离面，因这种分离面是为结构和使用需要而取的，故称为设计或使用分离面。
这种分离面一般采用可卸连接，以便在使用和维护过程中迅速拆卸和重新安装。
为了生产的需要，需将飞机结构进一步划分，即将部件进一步划分为锻件，锻件进一步划分成板件，组合件等各种装配单元，这种为满足生产需要而划分的分离面称为工艺分离面，工艺分离面一般采用不可卸连接。
各部分零件的结构如下图所示：
1.隔框，如图2.1.1所示。
2.加强肋，如图2.1.2所示。
3.T型角材，如图2.1.3所示。
4.定位角片，如图2.1.4所示。
2.2某机9911809翼肋的结构分析
主要由型材、加强角材、定位角片等件组成，结构对称，比较简单，零件整体尺寸规则相互之间的连接方式采用铆接，在对他们进行装配时只要保证他们之间的相对位置即可。
由于该框是组合件，属于飞机的骨架结构，因此，型架的设计基准选择一骨架的外形为设计基准。
该组合件的结构简图如图2.2.1所示。
图2.2.1KS1102号框部件三维实体模型
第3章装配型架及其零件设计
3.1装配型架的主要用途
1．保证产品的准确度及互换性。
即保证进入装配的零件、组合件、板件或段件在装配时定位准确，保持其正确形状和一定的工艺刚度，以便进行连接，在装配过程中限制其连接变形，使连接装配偶的产品符合图纸及技术条件的要求，即满足产品准确度及互换协调的要求。
2．改善劳动条件、提高装配工作生产率，降低成本。
由于飞机形状复杂，刚度又小，在飞机装配工作中采用型架，就更能发挥夹具定位夹具迅速可靠的效果。
通过装配型架将工件安放在适当的工作位置，操作方便，提高工作效率。
3.2装配型架的典型布置
工件在型架中的放置状态应使工人在最有利的工作姿态下进行工作，即应使工人的大部分操作是在站立姿态下，工作高度在1.1～1.4m范围内工作。
此外，还应考虑节省车间面积。
通常情况下，主要有以下几种,如图3.2.1所示：
（1）卧放，主要用于机身、发动机段舱类部件
（2）侧放，主要多用于机翼、尾翼装配型架、半间型架以及大型隔框型架等。
便于铆接工作。
（3）竖放，主要用于横截面较大而长度较短的环状段件，便于在四周进行装配工作。
（4）平放，主要用于铆接工作少并考虑便于产品零件的安放或必须平放进行钻孔工作等。
（5）转动，具有好的操作条件，有利于提高工作效率，多用于某些框、肋夹具、口盖夹具和翼面前缘夹具等。
图3.2.1典型布置
装配对象在型架中的放置状态，涉及到操作的合理性和铆接装配的工作效率，应使工人在最有利的工作状态下进行工作，即应使大部分工作在站立状态下，在高度为1.1-1.4m范围内工作，根据以上原则，结合工件结构特点和装配工作内容进行确定，选定最佳放置状态。
根据KS1102号框部件的结构特点，可知型架结构的放置状态为平放即可。
3.3装配件定位件和夹紧件的选择
装配夹具的布置决定结构工艺特性，定位方法，零件及装配单位装配条件，装配与完成连接过程的工序顺序，装配夹具示意图，以及完成连接采用的设备与工具装配夹具随着装配时所完成连接的形式可有一些组合。
在装配夹具的每种形式中，可完成铆接、焊接、胶接结构的组件、板件、锻件的不同装配过程。
在装配过程中，要确定零件、组合件、板件、锻件之间的相对位置，这就是装配定位。
在装配过程中，对定位的要求是：
（1）保证定位符合图纸和技术条件所规定的准确要求；
（2）定位和固定要操作简单且可靠；（3）所用工艺装备简单、制造费用少。
在飞机装配中，常用的定位方法有：
一、用基准零件定位；二、用划线定位；三、用装配孔定位；四、用坐标定位孔定位；五、用基准定位孔定位；六、用装配型架定位。
由KS1102号框部件结构特点，通过零件与角材的贴合实现定位，定位件与铝板的连接采用螺钉连接。
下面就装配件中的几个主要部件进行定位、夹紧：
1.对于腹板的定位：
采用定位销来对腹板进行定位。
2.对于三角缺口处角片的定位：
采用自己设计的定位压紧器配合控制角片在与其垂直平面与水平平面自由度，来实现角片的定位和加紧。
如图3.3.1所示。
图3.3.1
3.对于腹板连接处角材的定位：
采用自己设计的叉耳式定位器实现定位，如图3.3.2所示。
图3.3.2
3.对于其余L加强筋的定位:
采用自己设计的长叉耳式定位器实现定位，
如图3.3.3所示。
图3.3.3
3.4骨架的选择
骨架的结构的形式大体分为框架式、组合式、分散式、及整体底座式等。
由于KS1102号框部件的结构相对较简单，故采用整体式结构较为合理。
本产品的装配型架骨架采用标准槽钢，截面外形如图3-4所示，槽钢规格为[100mm×100mm],槽钢之间的连接采用焊接。
在槽钢上下方安装铝板为定位件、夹紧件等的安装找平提供平面，铝板与骨架槽钢之间采用螺栓连接。
图3.4.1槽钢截面外形
骨架、垫板、定位件三者之间的连接如图3.4.2所示。
图3.4.2
3.5工件的出架方式
工件在型架内装配完以后的出架方式是型架结构方案中的主要问题之一，对于型架结构的影响较大，出架方式选的好，可以简化型架结构，出架安全，不至于损伤工件，还可以节省厂房面积，简化搬运设备。
对于较小的工件，出架较为简单，只要求有关的定位件、夹紧件有足够的空间尺寸，就能够取出工件。
对于大尺寸部件，尤其是大型飞机的部件的出架方式要认真考虑。
出架方式一般有从型架上方出架、纵向出架、侧向出架与架车式型架。
KS1102号框部件的出架方式是上方出架，能够避免工件与夹具有过多的接触的机会，这也是根据框的定位夹紧器对框的夹紧方式及定位件的定位方式决定的。
3.6型架的安装及检查
3.6.1型架的安装方法
型架安装方法有通用测量工具安装方法，标准样件安装法，型架装配机安装法，光学仪器安装法，激光准直仪安装法等几种。
本文讨论的装配属于对一个部件的装配，所以用标准样件安装法就可以满足其装配定位要求。
该标准样件安装法的特点有：
（１）标准样件可以作为装配型架之间，装配型架和零件工艺装备之间的协调依据，还能保证加强角材与上下缘条，以定位夹紧件之间有良好的协调性。
（２）型架制造周期短。
每个定位夹紧器的定位和固定都很方便，迅速，各个定位挡板、弹簧压紧定位器、螺旋压紧式定位器可以平行的进行安装。
（３）当飞机生产的批量较大，复制型架的数量较多时，复制型架的一致性好，且准确度较高，协调性好。
（４）便于型架的定期检修，检修时只要把标准样件重新按标高板安装在型架上。
检查和重新安装定位件都很方便。
（５）但标准样件的制造工作量太大，周期长，尺寸大，易变形，制造成本高。
搬运和使用都很不方便。
3.6.2型架安装过程
（１）型架骨架的装配
该型架用标准样件进行安装时，要预先装配好型架的骨架。
焊接好的骨架要进行退火或自然时效处理，以便消除由于焊接产生的内应力，防止以后产生变形。
（２）标准样件在型架中的定位
标准样件在型架上的定位和固定是通过标高板来完成。
若用标高板安装型架上的标高板，可使标高板安装的更加准确。
标准样件导孔的位置在托板上钻出定位销孔，并插入定位销。
（３）型架铝板的安装
铝板的形状与下端槽钢的形状相同，与槽钢采用焊接固定。
3.6.3型架的检查
完成该型架的制造后，进行检查的主要内容有：
压紧器的开合，工作是否方便灵活，定位挡板和定位件的定位是否准确，是否有利于装配，型架骨架焊接缝处目视有无裂纹，框的出架是否方便等。
3.7型架结构形式的确定
3.7.1骨架的结构形式
骨架由槽钢焊接而成，结构如图7.3.1.1所示。
图3.7.1.1骨架结构图
3.7.2型架的构造
装配型架，是用于飞机零件、组件、部件等装配单元在连接装配过程中对零件、组件或者部件进行定位、夹紧的工艺装备。
装配型架一般由以下几部分组成：
1、骨架：
它是型架的基体，是用来固定和定位支撑件、夹紧和其他元件，并保证其空间位置的准确度和稳定性，且要有足够的刚度。
2、定位件：
用来保证工件在装配过程中具有准确位置的工作元件。
3、夹紧件：
加力元件，作用是使工件牢固地固定在定位件上，一般与定位件配合使用。
4、辅助设备：
包括工作踏板、工作梯、托架、起重吊挂、及照明等。
辅助设备是为了工作方便、安全、减轻劳动强度、提高生产率。
本隔框型架的设计如图3.7.2.1所示。
图3.7.2.1型架结构图
第4章协调产品形状和尺寸的模线及温度对型架的影响
4.1模线—样板法的实质
模线—样板工作法是按相互联系制造原则建立的。
根据这种方法，在飞机制造中的尺寸传递过程可表述如下：
首先将飞机部件、组合件的外形及结构，按1：
1的尺寸在专门的图板上准群的画出飞机的真实外形与结构形状，这就是模线。
在生产中，母线就作为飞机外形与结构形状的原始依据。
然后，根据母线加工出具有工件真实外形平板，这就是样板。
在生产中，样板即作为加工或检验各种工艺装备及测量工件外形的量具。
4.2典型装配夹具的分类及其结构
供装配任何一种装配单元的装配夹具称为专用夹具，这些夹具根据其结构特点又可分为可卸的与不可卸的。
可卸的夹具元件在生产中机型更换时能够多次利用。
承力元件组成装配夹具的骨架，它们将夹具的所有元件连成一个整体。
夹具中所有构件位置的不变性及精度依赖于骨架的刚性，但是夹具骨架元件与被组装的构件或部件的零件并无直接接触，因而在尺寸，几何形状，设计和制造精度方面对夹具装配的工件有很大的独立性。
立柱是大型装配夹具的主要垂直承力骨架元件。
根据作用在夹具上的载荷以及它本身的质量中心的分布，可以采用各种标准结构的立柱：
铸铁斜立柱方立柱，还有钢筋混凝土立柱。
装配夹具中的横梁是夹具的典型水平承力元件，它们承受弯矩和扭矩。
梁的断面形成和尺寸与梁的跨度，它所承受的外载荷与其支撑点的数量有关，并由刚度计算决定。
夹具定位元件和其它一些元件安装在横梁上。
4.3温度对翼肋装配型架准确度的影响
4.3.1不同材料在不同温度下形成的尺寸误差
设两零件与量具三者的材料及膨胀系数完全一致，如果不计入吸热或放热的时间的影响，则两零件无论在和温度下进行制造与对合尺寸完全一致。
但在飞机制造中，工艺装备上往往有两种不同金属的构件要在不同温度下进行构造，在另一温度下进行对合；相邻部件要在不同温度下进行装配，而又要在另一温度下连接在一起。
由于膨胀系数不同，则两零件在对合是其相关尺寸之间将出现热膨胀协调误差。
4.3.2地坪的热膨胀系数及其对型架准确度的影响
热膨胀协调误差主要导致下列情况的不协调：
（1）标准工艺装备的材料不一致时，当其制造与对合不在同一温度进行时，将引起其相互间对合的不协调；
（2）同一标准工艺装备在不同温度下分别制造，其与该标准工艺装备材料不同的两型架之间的不协调；
（3）同一型架上不同材料的构件在不同温度温度下分别制造时的不协调，或在具有较大温差条件下使用的不协调；
（4）钢制型架在不同温度下装配的产品之间的不协调。
4.3.3减少热膨胀协调误差的方法
（1）恒温即厂房的定温问题。
对于标准工艺装备应严格控制其制造与对合温度；对于重要部件的孔的精加工，一般也应在恒温下进行。
（2）采用同一材料例如型架的某些构件采用同标准工艺装备或同产品同一类材料，以降低型架制造或产品装配时的温度要求。
（3）合理布置结构由于不同材料具有不同的膨胀系数，以及结构中温度的均匀性造成的膨胀不均的影响，在同一工艺装备上还应考虑结构的合理布置。
第5章装配工程规程
部件装配工艺规程包括装配的各阶段内容，装配基准，定位方法，装配用的主要工艺装备，设施和检验方法，以及主要零件，组件等供应状态和各阶段的交付状态等，所制定的装配各阶段的工作。
工艺规程是进行装配工作的主要依据。
其主要的内容有：
1.装配工艺过程的结构可行性。
2.装配准确度。
3.装配过程的工艺可行性。
4.装配过程的经济性。
装配工艺规程：
1.按图纸检查配套零件及装配夹具；
2.将腹板定位，夹紧；
3.将T型角材定位，夹紧；
4.将加强肋定位，夹紧；
5.确定铆接位置，画线；
6.钻孔
7.铆接；
8.放松压紧器；
9.下架，修整，去毛刺；
10.检验，并移交。
第6章协调路线
在制定产品的装配和协调的方案时，要十分注意选择合理的，能保证各类工艺装配协调的尺寸传递体系。
协调依据采用标准样件。
协调的原则是相互联系制造的原则。
它的协调路线过程是:
由理论图在铝板上绘制出理论模线，再由理论模线绘制出结构模线，通过结构模线制造出外形样板和夹具样板，再通过外形样板制出样件。
然后通过样件制造出成型模具。
用模具生产出所需要的零件。
最后用装配型架将零件装配成组合件。
该KS1102号框部件的协调路线见图6.1所示
某机第KS1102号框图纸
↓
某机第KS1102号框理论模线
↓
某机第KS1102号框结构模线
↓↓↓
外形托板设备样板构造图
↓↓↓
内形样板安装标准样件托板
↓↓↓
成型模安装夹具推块
↓↓↓
零件组合件部件反标准样件
↓
标准样件
↓
总装配夹具
↓
某机第KS1102号框装配件
图6.1协调路线
总结
三周的课设一晃而过，在型架的设计过程中，我克服了没有实际型架参考的困难，查阅了一定量的资料，完成了这次课程设计。
在做课设的同时，我对飞机装配方面的知识有了进一步的了解和掌握，更加形象地理解了以前课堂上的内容，同时也感到自己对装配工艺方面的只是还学习不够，以后还要多花时间在这门课程上面。
我们本次课设实际也是一次对我们的理论知识转化为实践应用的考核，平时所学的基本都是理论性的，我想以后我们还需多练习类似于这样的课程设计，以后才能在工作中得心应手。
最后要特别感谢邹老师对我们的精心辅导，没有您的悉心教导，我不可能顺利完成本次课设，也感谢其他同学对我的帮助。
参考文献
[1]巩云鹏，机械设计课程设计[M]，沈阳，东北大学出版社，2000.
[2]王云渤，飞机装配工艺学[M]，北京，国防工业出版社，1990.
[3]总编委会主编，航空制造工程手册[M]，北京，航空工业出版社，1994.
[4]中国航空航天工业部，飞机装配夹具零组件[M]，北京，中国航空航天部第三0一研究所，1989.
[5]胡海龙，CATIAV5R18基础设计，北京，清华大学出版社，2010.
装配工艺规程
机型
车间
装配工序号
零件装
配图号
共3页
工段
第1页
KS1102号框部件型架装配
数
量
单机
成套
工时定额
工人等级
操作时间
自然时间
共计
交付
序
号
工艺内容
工艺装备及设备
工人
等级
时间
定额
零件表
名称
编号
图号
名称
单机数量
1
按图纸检查配套零件及装配夹具
2
将腹板定位，夹紧
定位夹紧
腹板
3
将T型角材定位，夹紧
定位夹紧
T型角材
4
将加强肋定位，夹紧
定位夹紧
加强肋
5
确定铆接位置
6
钻孔
电钻
7
铆接
铆枪
8
放松夹紧器
9
下架
10
检验，并移交
编制
校对
组长
技术副主任
主管工艺员
批准
附录
升级会员 