蒙皮零件銑切區(qū)的檢驗(yàn)樣板設(shè)計(jì)

閆亞峰，張文俊，劉 勤，江 濤，王 恒，胡 媛

（江西洪都航空工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，江西 南昌 330024）

1 引言

飛機(jī)蒙皮是構(gòu)成飛機(jī)氣動(dòng)外形的關(guān)鍵零件。蒙皮制造技術(shù)也是衡量一個(gè)國家飛機(jī)制造能力和水平的重要標(biāo)志之一。隨著航空技術(shù)的不斷發(fā)展，為提高飛機(jī)的各項(xiàng)氣動(dòng)性能，蒙皮零件的成形質(zhì)量至關(guān)重要。大型蒙皮零件在強(qiáng)度、波紋度等方面性能均優(yōu)于小蒙皮的拼接結(jié)構(gòu)，因此越來越多飛機(jī)采用大型蒙皮零件。其零件尺寸大，內(nèi)部存在多種不同銑切厚度區(qū)域，銑切區(qū)域形狀復(fù)雜。運(yùn)用傳統(tǒng)檢測方法無法滿足現(xiàn)代數(shù)字化制造對其高精度、高效率檢測要求。為此，借助CATIA三維軟件的建模功能設(shè)計(jì)了一種針對可展蒙皮銑切區(qū)域位置進(jìn)行檢測的專用檢驗(yàn)樣板。使得對蒙皮檢測的精度變得更高，檢測起來更為方便快捷。

2 蒙皮零件的結(jié)構(gòu)特征

飛機(jī)大型結(jié)構(gòu)件中，蒙皮零件是構(gòu)成飛機(jī)外形結(jié)構(gòu)的重要受力構(gòu)件，機(jī)身蒙皮形狀有單曲度和雙曲度，此類零件尺寸大，曲率小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包含外形面、銑切區(qū)、通窗、結(jié)構(gòu)通孔等外形特征，根據(jù)設(shè)計(jì)與裝配要求，需要進(jìn)行局部壁厚銑薄加工，形成變截面不等厚結(jié)構(gòu)。文章所涉及蒙皮如下圖1所示。

圖1 蒙皮零件的產(chǎn)品數(shù)模

3 傳統(tǒng)的檢驗(yàn)方法

傳統(tǒng)飛機(jī)蒙皮檢測手段中一般使用成套切面樣板、檢驗(yàn)架、拉型模、塞尺等工具對蒙皮輪廓、厚度、開孔信息進(jìn)行檢測。對其不同銑切厚度區(qū)域位置的檢驗(yàn)有三種處理方法：一是直接放棄檢驗(yàn)，此種方法顯然不滿足現(xiàn)代數(shù)字化加工對零件精度的要求；二是采用明膠板進(jìn)行檢驗(yàn)，此種方法比較方便但檢驗(yàn)時(shí)定位比較難，檢驗(yàn)偏差大；三是采用數(shù)控檢驗(yàn)，此方法精度高但對設(shè)備要求高，檢驗(yàn)工作量大，時(shí)間長。

4 檢驗(yàn)樣板設(shè)計(jì)思路

選用合適的材料，設(shè)計(jì)各銑切區(qū)域?qū)Ｓ脴影?，成形后借助零件制造過程中的各類工藝孔或零件邊緣進(jìn)行定位，確保此樣板在零件的相對位置不變，從而保證產(chǎn)品技術(shù)要求中的銑切位置精度，并達(dá)到檢測銑切區(qū)域的需求。

圖1中的蒙皮為單曲度零件，材料厚度為6 mm，存在4個(gè)不同銑切厚度區(qū)域，分別是δ1.3、δ1.8、δ3.6和δ6。

通過剖視圖，我們發(fā)現(xiàn)，此零件銑切區(qū)呈臺(tái)階狀分布，層級(jí)之間存在倒角區(qū)過渡，為了解決樣板避讓問題，同時(shí)又達(dá)到檢驗(yàn)銑切區(qū)復(fù)雜外形的目的，需要針對每個(gè)厚度區(qū)設(shè)計(jì)檢驗(yàn)樣板。

由圖1可以看出可設(shè)計(jì)δ1.8區(qū)域樣板檢驗(yàn)δ1.3區(qū)域尺寸、δ3.6區(qū)域樣板檢驗(yàn)δ1.8區(qū)域尺寸、δ6區(qū)域樣板檢驗(yàn)δ3.6區(qū)域尺寸。

接下來要解決的是如何保證樣板在使用過程中與零件的相對位置不變， 可以借用制造零件時(shí)的吊裝孔、K孔、氧化耳片孔等工藝孔來輔助定位。零件成型時(shí)使用的工藝數(shù)模上就含有上述工藝特征，所以設(shè)計(jì)檢驗(yàn)樣板時(shí)可以借用工藝數(shù)模作為中間過渡模型。

通過分析，我們確定了δ1.8、δ3.6和δ6三個(gè)銑切區(qū)的檢驗(yàn)樣板，但外形取制后發(fā)現(xiàn)，銑切區(qū)形狀復(fù)雜狹長，若沒有適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)手段，工人在使用過程中極不方便操作，也易造成樣板的變形。因此，設(shè)計(jì)合理的補(bǔ)加塊對樣板的最終使用效果至關(guān)重要。

檢驗(yàn)樣板設(shè)計(jì)完成后其制造流程有：下料，成型，吸附加工，標(biāo)記，檢驗(yàn)。

5 檢驗(yàn)樣板詳細(xì)設(shè)計(jì)過程

5.1 δ1.8區(qū)域檢驗(yàn)樣板設(shè)計(jì)

δ1.8區(qū)域檢驗(yàn)樣板用于檢驗(yàn)蒙皮上δ1.3區(qū)域邊緣尺寸。樣板在使用時(shí)需緊貼蒙皮δ1.8區(qū)域內(nèi)表面，因此在設(shè)計(jì)樣板時(shí)需要以蒙皮δ1.8區(qū)域內(nèi)表面為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)面。

5.2 曲面提取

在創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)模塊中，用結(jié)合命令將工藝數(shù)模中δ1.8區(qū)域的內(nèi)表面結(jié)合成一個(gè)曲面，如圖2所示。

圖2 δ1.8區(qū)域內(nèi)表面和展開后平面

5.2.1 曲面修剪

如圖2所示用展開命令將所提取的曲面進(jìn)行平面展開。此區(qū)域內(nèi)表面展開后為內(nèi)部包含多個(gè)不規(guī)則腰形孔，腰形孔間有多處細(xì)長條連接的形狀復(fù)雜的面。設(shè)計(jì)檢驗(yàn)樣板時(shí)需對其進(jìn)行以下處理：

（1）腰形孔處需添加補(bǔ)加以避免檢驗(yàn)樣板因強(qiáng)度不夠在制造和使用時(shí)發(fā)生變形，為了不影響樣板檢驗(yàn)δ1.3區(qū)域，補(bǔ)加加在腰形孔中間直線段，兩頭鏤空。

（2）零件加工后內(nèi)部δ3.6區(qū)域比δ1.8區(qū)域高，為避免此檢驗(yàn)樣板在貼合檢驗(yàn)零件時(shí)與零件上δ3.6區(qū)域碰撞而無法貼合，需將其與δ3.6區(qū)域連接處進(jìn)行修剪，讓開銑切R角或保持一定間隙，將這一邊作成樣板上非工作邊。

（3）保留展開平面上3個(gè)吊裝孔、4個(gè)氧化耳片孔及其耳片以便檢驗(yàn)樣板使用時(shí)進(jìn)行定位。

5.2.2 實(shí)體構(gòu)建

按檢驗(yàn)樣板制造流程，設(shè)計(jì)用于吸附加工的樣板三維數(shù)據(jù)。樣板采用1.2 mm厚鋁板制造。將修剪后的δ1.8區(qū)域平面在零件設(shè)計(jì)模塊中用厚曲面命令，偏移參數(shù)設(shè)置成1.2 mm，確認(rèn)后得到δ1.8區(qū)域檢驗(yàn)樣板實(shí)體數(shù)模，由于整塊樣板尺寸過大，不便于加工和使用，因此將它分割成多塊尺寸樣板。樣板分塊時(shí)一是考慮每塊樣板合理的定位，二是要考慮樣板分開處樣板的強(qiáng)度，分開后的多塊樣板可對接、可搭接還可以有距離。將分割后所得的樣板編號(hào)為A-B/X （X為樣板總數(shù)、A樣板序號(hào)、B 序號(hào)A的樣板塊數(shù)），由于樣板分開出采用搭接方式，分開后的樣板分別編號(hào)，編號(hào)為1/4、2/4以便于樣板管理，如圖3所示。

5.3 δ3.6區(qū)域檢驗(yàn)樣板設(shè)計(jì)

δ3.6區(qū)域檢驗(yàn)樣板用于檢驗(yàn)蒙皮上δ1.8區(qū)域尺寸。

5.3.1 曲面提取

由圖3可以看出蒙皮δ3.6區(qū)域在蒙皮中部位置，四周無與其相鄰的工藝孔及耳片，需借用相隔的工藝孔進(jìn)行定位，又因氧化耳片孔相隔太遠(yuǎn)，K孔在δ6區(qū)域而無法借用，因此只能借用蒙皮兩側(cè)上離此區(qū)域較近的兩個(gè)吊裝孔及零件局部外形進(jìn)行定位。提取此區(qū)域檢驗(yàn)樣板設(shè)計(jì)基準(zhǔn)面需以下步驟：

圖3 δ1.8區(qū)域檢驗(yàn)樣板

（1）在創(chuàng)成式設(shè)計(jì)模塊中使用抽取命令提取工藝數(shù)模中δ3.6區(qū)域內(nèi)表面。

（2）將所提取的曲面兩側(cè)用外插延伸命令延伸一定長度（參數(shù)設(shè)置時(shí)使用端頭曲率延伸）。

（3）將工藝數(shù)模中所借用的兩個(gè)吊裝孔孔中心點(diǎn)制出，按法向投影到外插延伸面上。

5.3.2 曲面修剪

將上步所得到的曲面展開，此區(qū)域檢驗(yàn)樣板設(shè)計(jì)時(shí)還需對展開后平面進(jìn)行以下操作：

（1）零件成型后內(nèi)部δ6區(qū)域比δ3.6區(qū)域高，為避免此檢驗(yàn)樣板在貼合檢驗(yàn)零件時(shí)與零件上δ6區(qū)域碰撞而無法貼合，需將其與δ6區(qū)域連接處進(jìn)行修剪，讓開銑切R角或保持一定間隙，將這一邊作成樣板上非工作邊。

（2）從上圖1可知δ3.6區(qū)域?yàn)楠M長形狀，需添加補(bǔ)加以免樣板在制造和使用過程中變形或斷裂，非工作邊不允許做補(bǔ)加，因此將補(bǔ)加做在工作邊上。

（3）在補(bǔ)加上開出多個(gè)孔以免補(bǔ)加妨礙零件檢驗(yàn)。

5.3.3 實(shí)體構(gòu)建

在零件設(shè)計(jì)模塊中將修剪后δ3.6區(qū)域平面使用厚曲面命令得到δ3.6區(qū)域檢驗(yàn)樣板數(shù)模，為方便樣板制造和使用將其從中分割成兩小塊，在兩塊小樣板上制出對合線，使用樣板時(shí)用對合線進(jìn)行對合，將其編號(hào)為3-2/4（樣板塊數(shù)為4，本塊樣板序號(hào)為3，分為2塊）。

5.4 δ6區(qū)域檢驗(yàn)樣板設(shè)計(jì)

δ6區(qū)域檢驗(yàn)樣板用于檢驗(yàn)蒙皮上δ3.6區(qū)域尺寸。

5.4.1 曲面提取

在創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)模塊中用提取命令提取工藝數(shù)模上δ6區(qū)域蒙皮內(nèi)表面。

5.4.2 曲面修剪

將提取出的δ6區(qū)域內(nèi)表面用展開命令展平，如圖1所示此區(qū)域展開后所得平面兩頭大，中間狹長，形狀極其復(fù)雜。設(shè)計(jì)檢驗(yàn)樣板時(shí)需對其做以下處理：

（1）為避免樣板制造和使用時(shí)因中間強(qiáng)度不夠而變形或斷裂，需在靠近蒙皮內(nèi)圈缺口處補(bǔ)齊缺口，并開孔處理以便檢驗(yàn)蒙皮邊緣。

（2）在補(bǔ)加上K孔處按尺寸開出K孔，方便樣板定位。

5.4.3 實(shí)體構(gòu)建

在零件設(shè)計(jì)模塊中將修剪后δ6區(qū)域平面使用厚曲面命令得到δ6區(qū)域檢驗(yàn)樣板數(shù)模，為方便樣板制造和使用將其從中分割成兩小塊，并制出對合線，使用時(shí)用對合線進(jìn)行對合，將其編號(hào)為4-2/4。

6 結(jié)束語

通過設(shè)計(jì)δ1.8、 δ3.6、 δ6三處不同區(qū)域的檢驗(yàn)樣板，解決了蒙皮零件銑切區(qū)域檢測困難的問題，保證了蒙皮加工質(zhì)量，使生產(chǎn)的蒙皮零件滿足結(jié)構(gòu)和裝配的精度要求。飛機(jī)蒙皮零件種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，既具有共同特性，又具有各自特點(diǎn)，按照蒙皮零件檢測技術(shù)的發(fā)展要求，設(shè)計(jì)的這種檢驗(yàn)樣板可提高蒙皮零件的檢測效率，縮短生產(chǎn)周期，由此帶來的輔助工藝的簡化、人員勞動(dòng)強(qiáng)度的降低顯而易見。