(完整版)飞机制造工艺基础1

飞机制造工艺基础FundamentalofAircraftManufacturingTechnologiesSchoolofAerospaceEngineering,SYIAEFrederickLincoln一.教材与参考书1.程宝蕖，张麟，黄良，佘公藩.飞机制造工艺学.南京：南京航空学院.19842.范玉青.现代飞机制造技术.北京：北京航空航天大学出版社，20012.胡世光，陈鹤峥.板料冷压成形的工程解析.北京：北京航空航天大学出版社，2004二、课程概况：1.9W×4=36H；2.学位课、考试课。第一章飞机制造工艺特点与互换协调基本概念§1.1飞机研制工作的一般过程（1）概念性设计（ConceptualDesign）全面构思，形成飞机设计方案的基本概念，并草拟一个或几个能满足设计要求的初步设计方案。内容：-初步选定飞机的形式，进行气动外形布局(常规布局、鸭式布局、无尾布局、飞翼布局等);-初选飞机基本参数；-选定发动机、主要的机载设备；-初选主要部件的几何参数；-粗略绘制飞机三面草图；-初步考虑飞机的总体布置方案、性能估算与初步方案的修改；特点：概念性设计多限于纸面上，实验少、费用低。（2）初步设计（PreliminaryDesign）对草拟的飞机设计方案进行修改和补充，进一步明确和具体化，最终给出完整的飞机总体设计方案。内容：-修改、补充和完善飞机的几何外形设计，给出完整的三面图和理论外形；-全面安排与布置机载设备、系统和有效载荷；-初略布置飞机结构的承力系统和主要的承力构件；-重量计算、重心定位；-比较精确的气动力性能计算和操纵性、稳定性计算；-给出详细的飞机总体布置图；特点：一系列的（风洞）试验，有时需要全尺寸样机用来协调各系统与装载的布置，费用较高。（3）详细设计（DetailDesign）飞机的结构设计，包括部件设计和零构件设计。内容：-要给出飞机各构件和系统的总图、装配图、零件图，以及详细的重量和强度计算报告。特点：工作量大，要做许多试验（静强度试验、动强度试验、寿命试验、各系统的地面台架试验等）。后续工作：原型机的试制、地面试验。如发现问题→对原型机修改→试飞→合格后，申请设计定型→型号合格证书，设计过程完成→批生产。§1.2飞机工艺的特点工艺过程？是飞机生产过程的主体，是指直接改变所加工零件的尺寸形状或材料性能，把零件装配成组合件、部件和整机的过程。飞机制造工艺过程特点与飞机产品的使用要求、结构特点密切相关。一.飞机产品使用要求与结构特点：飞机-重于空气、靠自身动力维持空中飞行，空运人员、物资和作战。1.质量要求高：结构轻，不能有多余重量；2.飞机结构要绝对安全；3.机体外形符合空气动力学要求，使升力、阻力比最大；4.结构尺寸大、外形复杂、精度高、零件数量多；如C-5A银河运输机，翼展68米、机身全长75米，因此决定了零件、组件和部件的尺寸也较大，波音747的一块整体壁板长达34米，一些零件在自重下都会引起变形。结构是由形状复杂、连接面多、刚度小的钣金件（非金属零件）组成的薄壳结构，加工和装配时易产生变形。L-1011喷气式客机的蒙皮壁板，最大尺寸2.5×12米，成形误差要求小于0.3mm；一架飞机仅壳体的零件数量就在1.5～10万，还不包括几百万个螺钉、铆钉等。二.飞机工艺特点1.要采用新的互换与协调方法：仅用一般机械制造业的公差配合制度，不能保证各零件、部件之间的相互协调与互换的要求，要有飞机工业一套特殊的互换与协调方法。2.生产准备工作量大：由于零件数量多、外形复杂，成形需要模具工装，装配需要大量夹具和型架，还要有大量的标准工装，因此使生产准备工作量很大。3.批量小，手工劳动量大：飞机型号、构造改动频繁，因此生产方法要具有机动性。4.零件加工方法多种多样，装配劳动量比重大。§1.3飞机制造中的互换与协调基本概念飞机批量生产要求:其结构零、组、部件具有一定的互换性和严格的协调性。由于飞机结构零件数量多，型面复杂，尺寸大而刚度低，装配阶段容易变形等特点，除了对一般零、组、部件的几何尺寸和形位参数有互换性和协调性要求之外，还对部件气动力外形和相对位置、部件对接分离面有互换协调要求；对零、组、部件的结构强度、重量、重心位置等有互换性要求。经验证明，单纯靠采用公差配合制度和各种传统的通用量具很难保证上述飞机制造的互换协调要求。一.互换性基本概念一般互换零（构、部）件的特性是：能与另外一个同样零（构、部）件互相代替，完成一样准确的特定任务。互换性是产品相互配合部分的结构属性，它指同名零、组、部件在几何尺寸、形位参数和物理、机械性能各方面都能相互取代而具有的一致性。分类•按性质分类•使用互换性•生产互换性•外部互换性•内部互换性•完全互换•不完全互换（替换）•按互换部位•按互换级别二.互换性的分类•按制造分工•厂内互换•厂际互换•国际互换1.使用互换性：为了保证飞机的正常使用，对在使用中可能损坏的机体部件、组合件（如机翼、尾翼、活动面、各种舱门、口盖）或成品件（如发动机、特种设备、仪表、油箱等），要求具有不经挑选和补充加工就能更换，并在更换后不影响飞机使用性能的要求。互换的部件应具有相同（公差范围内）连接面尺寸和形状、相同的对接螺栓孔和管道孔的位置、一致的气动力特性、重量和重心位置，具有相同的技术特性。2.生产互换性：为了保证生产的正常进行，对飞机的零件、装配件、段件和部件在装配或对接时，不经挑选或修配就能满足装配或对接要求而不影响产品装配质量的特性。要求具有生产互换性的范围比使用互换性的范围要广得多。3.外部互换性：整架飞机结构与其他成品（如发动机、座椅、仪表、无线电设备等）之间的互换性。4.内部互换性：飞机结构本身部件、组件或零件（如机翼、副翼、襟翼、检查口盖）的互换性。5.完全互换：一个零件、组件或部件能代替同一图号的另一个零件、组件或部件。在装配或安装时，仅需用连接件而不需要补加工即可满足所有物理、功能和结构的要求。6.不完全互换（替换性）：更换某些具有复杂配合形状的组合件或部件，允许在现场进行修配或补充加工（钻孔、铰孔、锉修、敲修）来达到使用要求。7.厂际互换：同一型号飞机由几个工厂生产，如零、部件之间可以互换，就称厂际互换。8.厂内互换：工厂内部生产的同类产品间具有互换性。三.飞机制造中的互换要求1.气动力外形的互换要求－组合件和部件本身的气动力外形互换－组合件、部件与相邻件相对位置技术要求2.部件对接接头的互换要求－对接配合部位的协调要求－对接处间隙要求－对接处切面外形吻合性要求3.强度互换要求零组部件的物理机械性能和加工尺寸应保持在一定误差范围之内，以保证产品的强度和使用要求。4.重量（包括重心）互换要求组合件和部件的重量和重心应符合技术条件要求。•四.飞机生产中的协调问题协调与互换是两个不同的概念。互换：成批或大量生产中，同一产品中任取其一，其几何形状、物理机械性能在一定的误差范围内，并在装配过程中不需要任何修配和补加工（完全互换）就能完全满足设计所规定的要求。协调：指两个相互配合零件之间，或零件与工装之间的对应尺寸和形状的一致性。协调性指有协调关系（配合、对应关系等）的几何尺寸、形位参数都能兼容而具有的一致性。1.飞机制造准确度、协调准确度：制造准确度：实际工件与设计图纸上的理想几何尺寸和形状的近似程度；协调准确度：两个相配合的零件、组合件或部件之间配合的实际几何尺寸和形状的近似程度。例：图1-2所示的机身前段和中段相接处：图纸规定为同一理想直径D；实际上分别制造时：前段：D1；中段：D2则（D1-D）和（D2-D）分别为机身前段、中段的制造误差。而（D1-D2）为机身两段之间的协调误差，协调误差的统计特征就说明了它们之间的协调准确度。飞机生产中，一般对协调准确度的要求比对制造准确度的要求更高。制造准确度只与零、部件本身的制造过程有关，而协调准确度取决于有关的两个相配合部分制造过程之间的相互联系。这种相互联系就是协调原理。2.协调原理(保证互换协调的尺寸传递原理)：从保证飞机产品几何准确度的角度看，产品的制造过程就是将产品图样上的理论尺寸以最小的误差传递到产品上去的过程。传统的飞机制造模式中，飞机零件大多为钣金件，不能用一般的机械加工方法来制造，而是利用大量的标准和专用的工艺装备来制造，这些工艺装备能以实物模拟量体现产品的尺寸和形状。在将这些零件装配成组合件和部件时，其装配准确度和互换性的保证方法也不能像一般机械产品那样靠零件的制造准确度本身来保证，而必须要以上述装配工艺装备来保证。在飞机制造中，将产品理论尺寸传递到工艺装备上去往往要经过很多传递环节和多次反复移形过程。在制订产品的装配和协调方案时，要注意选择合理的、能保证各类工艺装备协调的尺寸传递体系（协调路线）。工艺装备的协调路线是：根据所采用的尺寸传递体系说明，由产品图纸通过实物模拟量（模线、样板、标准工艺装备）或数字信息（产品几何数学模型），将机体上某一配合或对接部位中一个或一组协调的尺寸和形状，传递到有关工艺装备上去的传递环节、传递关系和传递流程图。3.保证协调准确度的基本方法无论是采用一般及其制造中的公差配合制度，还是采用模线样板方法作为飞机制造中保证互换性的方法，产品互换性的基础都是保证制造准确度与协调准确度。显然，要使两个相互配合的零件的同名尺寸相互协调，它们的尺寸传递过程之间就必然存在一定的联系。如图所示，零件A和零件B是要相互协调的。假定LA和LB是协调尺寸，则它们的形成经过了许多次尺寸传递，其中有的是两个尺寸公共的环节，有的尺寸是两个尺寸各自的环节，后者将产生两个尺寸的协调误差ΔAB。•保证协调准确度的基本方法尺寸L的制造与协调路线图•联系因数K（表示两个零件在尺寸传递过程中的联系紧密程度）：)(221nnmK•式中：•m-尺寸传递中公共环节的数量；•n1、n2-零件A、B尺寸传递中各自环节的数量；•若m＝1,两个零件在尺寸传递中只有一个公共环节，K最小，相当•于独立制造；•随m增大,K值也增大，两个零件有关尺寸相互联系愈加密切；•若n1＝n2＝1,K值最大，相当于修配原则制造，协调性最佳。原则：要想提高协调准确度，除了努力提高零件制造准确度之外，减少制造环节或增加两个零件尺寸传递过程中的公共环节以缩短尺寸的协调过程都是非常必要的。有三种不同的原则取得尺寸协调的过程：（a）协调过程称零件按独立制造的原则形成的协调过程；（b）按相互联系制造原则形成的协调过程；（c）按补偿原则制造所形成的协调过程。3.1按独立制造原则进行协调这种协调原则传递尺寸的过程如图所示。只有1个公共环节，以后各环节都是单独进行的。按独立制造原则进行协调的尺寸传递原理制造误差的方程式可以写成下列形式：110niiA210njjB其中：△0—原始尺寸的误差；△i—零件A尺寸传递中的第i个环节的误差；△j—零件B尺寸传递中的第j个环节的误差；n1、n2—分别为零件A、B尺寸链的环节总数量。因此，A和B零件尺寸的协调误差可由下式确定：2111njjniiBAAB协调误差带公式为：2111njjniiAB结论：对于相互配合的零件，按独立制造原则进行协调时，协调准确度实际上要低于各个零件本身的制造准确度。为保证两个零件具有比较高的协调准确度，就要求各个零件应具有更高的制造准确度。实例：蒙皮与口盖的协调对口盖与蒙皮开口之间的间隙要求小而且均匀。但对口盖的直径尺寸偏差的要求却很低，不会对飞机气动性能有任何影响。但按照独立制造原则分别制造口盖和蒙皮时，为了保证两个零件有比较高的协调准确度，要求每个样板及模具要有更高的制造准确度。一般机械制造业等都普遍采用独立制造原则，零件之间的互换协调有公差与配合制度保证。优点是可平行作业、缩短周期。飞机上也非常期望采用这种原则，但事实上仅对些形状简单的零件使用。随着数控等高精度加工手段的普遍应用，采用独立制造原则也日益增多。3.2按相互联系原则进行协调当零件按相互联系制造原则进行协调时，零件之间的协调准确度只取决于各零件尺寸单独传递的那些环节，