新一代運(yùn)載火箭殼體的裝配樣板設(shè)計(jì)與應(yīng)用

唐曉梅 單 超 梁曉康 馬瑞娜 陳偉海 張 儒

新一代運(yùn)載火箭殼體的裝配樣板設(shè)計(jì)與應(yīng)用

唐曉梅 單 超 梁曉康 馬瑞娜 陳偉海 張 儒

（首都航天機(jī)械有限公司，北京 100076）

研究了新一代中大型運(yùn)載火箭某殼體部段框、桁、蒙皮組合裝配，通過(guò)裝配樣板在零件狀態(tài)下制出協(xié)調(diào)定位裝配孔，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)中間框、桁條和蒙皮的協(xié)調(diào)裝配。結(jié)果表明：該類(lèi)裝配樣板實(shí)現(xiàn)了壁板狀態(tài)下中間框、桁條和蒙皮的定位及協(xié)調(diào)裝配，保證了裝配過(guò)程的協(xié)調(diào)性和便捷性，節(jié)省了工裝型架資源。后續(xù)此類(lèi)裝配樣板將繼續(xù)應(yīng)用于相似部段的中間框、桁條和蒙皮的裝配，并可將其推廣應(yīng)用于錐形部段的中間框、桁條和蒙皮的裝配。

中大型運(yùn)載火箭；中間框，桁條和蒙皮裝配；裝配樣板設(shè)計(jì)；壁板狀態(tài)；協(xié)調(diào)性和便捷性

1 引言

某中型運(yùn)載火箭過(guò)渡段殼體，由框、桁、蒙皮結(jié)構(gòu)組合裝配而成[1]。該部段中間框直徑為3356mm，由8塊不同角度的框段組合拼鉚而成；與之協(xié)調(diào)裝配的蒙皮直徑為3360mm，同樣分為8塊；該部段殼體中桁條數(shù)量若干。大直徑、零件碎片化和保證裝配過(guò)程的便捷性、協(xié)調(diào)性和經(jīng)濟(jì)性是設(shè)計(jì)該中間框、桁條和蒙皮裝配樣板需要研究的問(wèn)題。

2 裝配樣板設(shè)計(jì)的必要性分析

裝配樣板的基本特征：根據(jù)部段產(chǎn)品圖要求，將支架、整流罩等部段上的零、部、組件定位裝配到殼體部段上，或根據(jù)其零件間的協(xié)調(diào)裝配關(guān)系，采用定位裝配孔工作法將零件協(xié)調(diào)組合成殼體壁板或殼體部段。

用于由蒙皮、框與桁條（梁）組合而成的殼段，將蒙皮與桁條（梁）、框按組合要求選取零件上部分鉚釘孔作為協(xié)調(diào)裝配定位孔，分別在零件狀態(tài)下制出協(xié)調(diào)后的定位裝配孔，部段或壁板。裝配時(shí)，再將各零件按相互對(duì)應(yīng)的協(xié)調(diào)定位裝配孔定位拼裝在一起[2]，如圖1所示。

圖1 殼段裝配

圖2 過(guò)渡段殼體內(nèi)表面局部示意圖

某中型運(yùn)載火箭過(guò)渡段殼體，其產(chǎn)品總圖（局部）如圖2所示。

一般情況下，對(duì)于框、桁、蒙皮結(jié)構(gòu)殼體的裝配可采用裝配型架固定中間框位置后，依次定位裝配桁條、蒙皮，屬于傳統(tǒng)的骨架式裝配。但該部段中間框和蒙皮等零件的碎片化，使得在裝配型架上固定中間框需要較多的定位支撐塊，且該部段直徑及高度較大，中間框數(shù)量較多，需要使用多種型架來(lái)固定中間框位置完成該部段的裝配，造成裝配過(guò)程繁瑣、工裝成本增加和工裝資源浪費(fèi)。因此，在滿(mǎn)足產(chǎn)品裝配要求的情況下，需要設(shè)計(jì)裝配樣板保證裝配的協(xié)調(diào)性，并可實(shí)現(xiàn)在壁板狀態(tài)下對(duì)中間框、桁條和蒙皮進(jìn)行壁板式組合裝配，提高了裝配操作的便捷性和生產(chǎn)效率，節(jié)省了工裝資源。

3 裝配樣板設(shè)計(jì)

3.1 總體方案概述

針對(duì)該中型運(yùn)載火箭過(guò)渡段殼體產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合以往的經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)有工藝技術(shù)及工藝裝備水平設(shè)計(jì)裝配樣板，確保中間框、桁條和蒙皮在壁板狀態(tài)下協(xié)調(diào)、便捷的組合裝配。

裝配樣板分為中間框裝配樣板和蒙皮裝配樣板兩部分。

3.2 裝配樣板設(shè)計(jì)的技術(shù)要求[3]

a. 確定需要裝配的零件在部段上裝配時(shí)的定位基準(zhǔn)和相對(duì)位置；

b. 確定裝配時(shí)樣板的使用面和標(biāo)記面；

c. 有協(xié)調(diào)裝配關(guān)系的零件所使用的樣板要相互協(xié)調(diào)，不需要制出樣板實(shí)物而只出樣板圖的情況時(shí)，則依據(jù)尺寸保證其協(xié)調(diào)關(guān)系；

d. 根據(jù)使用單位要求或材料厚度選用零件上的定位裝配孔，一般選為2.6mm、3.2mm；

e. 零件上的定位裝配孔原則上選用零件上應(yīng)有的孔，如鉚釘孔、螺栓孔等；如果需要裝配的零件上沒(méi)有孔，可使用零件的外形邊、凸臺(tái)或有機(jī)加工的筋肋等作為定位使用；

f. 在需要定位裝配兩個(gè)及以上零件的樣板上做出需要裝配零件的圖號(hào)標(biāo)記，避免裝配時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤。

3.3 中間框裝配樣板設(shè)計(jì)

該過(guò)渡段殼體中某中間框產(chǎn)品模型如圖3所示，中間框?yàn)椤皫住弊中伟宀目颍?塊框段零件組合拼鉚而成。需要在8塊框段零件上制出與蒙皮裝配協(xié)調(diào)的定位裝配孔，完成中間框、桁條和蒙皮的裝配。并在框段上開(kāi)出桁條缺口，以便于中間框和桁條的裝配。

圖3 中間框

以中間框其中一小段框段零件（5#框段）為例，框段零件主視圖如圖4 所示。依據(jù)中間框框段鉚釘排列分布，選取適當(dāng)鉚釘孔作為中間框框段與對(duì)應(yīng)蒙皮協(xié)調(diào)裝配的定位孔，如圖5所示。再依據(jù)中間框框段截面視圖，見(jiàn)圖6、中間框桁條角度分布（圖4）和桁條缺口視圖，見(jiàn)圖7，設(shè)計(jì)該框段裝配樣板，裝配樣板如圖8所示。

圖4 5#框段零件主視圖

圖5 零件框鉚釘排列及定位裝配孔的選?。ú糠郑?/p>

圖7 桁條缺口視圖

圖8 中間框框段零件裝配樣板圖

圖8中“裝配定位角材”用于鉆制中間框框段與蒙皮裝配的定位孔，“桁條缺口定位孔”用于中間框框段與桁條缺口標(biāo)準(zhǔn)切鉆樣板協(xié)調(diào)開(kāi)桁條缺口。其余中間框框段零件依照上述設(shè)計(jì)方式，完成中間框8塊框段與蒙皮裝配的裝配樣板設(shè)計(jì)。

3.4 蒙皮裝配樣板設(shè)計(jì)

過(guò)渡段殼體產(chǎn)品如圖2所示，該過(guò)渡段由前端框、后端框、4件中間框、8塊蒙皮、若干桁條組合裝配而成。4個(gè)中間框與蒙皮協(xié)調(diào)裝配的定位孔可用中間框裝配樣板制出，因此在設(shè)計(jì)蒙皮裝配樣板時(shí)，應(yīng)與中間框裝配樣板上對(duì)應(yīng)的裝配定位孔協(xié)調(diào)；與桁條協(xié)調(diào)裝配的定位孔位置，一般選取桁條上的鉚釘孔作為裝配定位孔。隨著數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用，加工方法越來(lái)越先進(jìn)，同時(shí)為節(jié)約成本，大型圓柱部段的蒙皮裝配或切鉆樣板只需要畫(huà)出樣板圖，不再需要制出樣板實(shí)物，由數(shù)控機(jī)床按照協(xié)調(diào)后的蒙皮裝配樣板圖直接加工出展平狀態(tài)下的蒙皮零件。

選取過(guò)渡段其中一塊蒙皮與桁條裝配為例，該蒙皮和桁條裝配圖如圖9所示。

圖9 蒙皮和桁條裝配圖

圖10 裝配樣板（局部）

以其中一根桁條為例，依據(jù)桁條鉚釘孔排列，選取兩組鉚釘孔為協(xié)調(diào)定位裝配孔，并根據(jù)桁條上選用的鉚釘孔位置在蒙皮裝配樣板上協(xié)調(diào)對(duì)應(yīng)制出定位裝配孔，如圖10所示。再依據(jù)中間框?qū)?yīng)到蒙皮上的定位裝配孔尺寸，在蒙皮裝配樣板上制出與中間框協(xié)調(diào)裝配的定位裝配孔[4]，完成蒙皮裝配樣板的設(shè)計(jì)，如圖10所示。依據(jù)過(guò)渡段產(chǎn)品總圖，完成其他蒙皮的裝配樣板設(shè)計(jì)。

3.5 中間框裝配樣板與蒙皮裝配樣板的應(yīng)用

圖11 中間框、桁條和蒙皮組合裝配示意圖

利用設(shè)計(jì)好的中間框裝配樣板，完成中間框桁條缺口定位孔的鉆制，以及中間框與蒙皮裝配使用的裝配孔的鉆制；利用蒙皮裝配樣板圖，制出與桁條，中間框裝配定位的蒙皮；再根據(jù)蒙皮裝配樣板上選用的桁條鉚釘孔，由使用車(chē)間根據(jù)協(xié)調(diào)后的蒙皮裝配樣板圖對(duì)應(yīng)制出桁條上的定位裝配孔。利用中間框，桁條和蒙皮上已制出的定位裝配孔，配合快速定位銷(xiāo)，完成中間框、桁條和蒙皮間的組合裝配，應(yīng)用示意如圖11所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

該類(lèi)裝配樣板實(shí)現(xiàn)了在型架狀態(tài)下對(duì)中間框、桁條和蒙皮的壁板式組合裝配，并且保證了裝配過(guò)程的協(xié)調(diào)性和便捷性。節(jié)約了工裝型架資源，降低了生產(chǎn)制造成本。裝配完成的殼體部段經(jīng)檢驗(yàn)，滿(mǎn)足殼體形位公差要求，驗(yàn)證了該類(lèi)裝配樣板設(shè)計(jì)的可靠性和便捷性，提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

后續(xù)將繼續(xù)應(yīng)用于相似部段的中間框、桁條和蒙皮的組合裝配，并推廣應(yīng)用于錐形部段中間框、桁條和蒙皮的裝配。錐形部段蒙皮裝配樣板設(shè)計(jì)過(guò)程中需換算蒙皮大、小端的展開(kāi)半徑，中間框與蒙皮裝配位置處展開(kāi)半徑，換算方法：展=中稱(chēng)/sin錐角。錐形部段中間框裝配樣板設(shè)計(jì)過(guò)程中，需將中間框桁條軸線角度分布換算為圓心角對(duì)應(yīng)的展角，換算公式為：展=圓心×sin錐角。其余設(shè)計(jì)方式參考過(guò)渡段殼體裝配樣板設(shè)計(jì)，完成錐形部段中間框、桁條和蒙皮的裝配樣板設(shè)計(jì)和應(yīng)用。

1 馮憲東，畢煌圣. 一種超大直徑貯箱筒段壁板銑切工裝的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]. 航天制造技術(shù)，2018(2)：40～48

2 成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第2卷[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2016

3 高培濤，郝丁，單超，等. 航天模線樣板設(shè)計(jì)與制造工藝技術(shù)手冊(cè)[M]. 北京：首都航天機(jī)械有限公司，2018

4 易志斌，李殿忠，唐瑞潤(rùn)，等. 航空制造工程手冊(cè)飛機(jī)模線樣板[M]. 北京：航空工業(yè)出版社，1993

Design and Application of Assembly Template for The Shell of New Generation Carrier Rocket

Tang Xiaomei Shan chao Liang Xiaokang Ma Ruina Chen Weihai Zhang Ru

(Capital Aerospace Mechinery Co., Ltd., Beijing 100076)

This paper studies the combined assembly of a shell part frame, stringer and skin of a new generation of medium and large carrierrocket, and drills the coordinated positioning of the assembly hole in the part state for coordinating assembly of the middle frame, stringer and skin through the assembly template. The results show that this kind of assembly template realizes the positioning and coordinated assembly of the middle frame, stringer and skin under the condition of the wall plate, and ensures the coordination and convenience of the assembly process, and saves the tooling frame resources. Subsequently such assembly templates will continue to be applied to the assembly of the middle frame, stringer and skin of similar segments, and can be popularized to the assembly of the middle frame, truss and skin of the conical segment.

a medium and large carrierrocket；assembly of middle frame, stringer and skin；design of assembly template；condition of wall plate；coordination and convenience

唐曉梅（1988），工程師，自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)；研究方向：模線樣板設(shè)計(jì)。

2019-01-28