凡志磊，张虎翼，余 路
（上海飞机制造有限公司，上海201324）
目前，自动化装配技术已大量应用于国外先进民机制造企业[1-3]，国内民机制造企业也开始采用自动化设备完成飞机装配[4-6]。尤其是大型客机对机体装配精度提出了更高的要求，机身壁板通过采用自动化设备完成装配，以提高装配质量，满足设计性能要求；提高效率、降低批产成本，满足制造经济性要求[7]；同时也可以提高国内先进装配技术发展水平，提高核心技术实力[8]。
自动化装配工艺对装配协调方法和零件制造方法提出了新的要求：壁板零件的预装配需要采用DA孔定位配合的决定性装配方法[9]；零件的孔位、外形和净边的要求更高，需要采用新的制造工艺方法来保证。目前国内对蒙皮的加工大都采用传统的化铣来完成[10]，其对槽液配比要求较高，精度、周期不易控制，对不同材料需要摸索不同的参数。
由于机身蒙皮是一个有曲率的弱刚度大零件，因此其数控加工的实施比较困难[11]，全面掌握蒙皮的机加工艺方法，解决机身壁板件在生产过程可能出现的潜在问题，检验基础工艺研究成果，通过开展蒙皮机加试验件的研究工作，熟悉生产加工工艺，验证蒙皮机加的可行性，及早发现实际生产过程中可能出现的潜在问题并考虑其解决预案。
1 蒙皮试验件的设计
参照某飞机中机身壁板结构形式，设计该蒙皮缩比试验件，蒙皮试验件长2000mm，宽约1600mm，厚2mm，其结构形式如图1所示。为满足自动化装配的需要，在蒙皮制造过程中需要在蒙皮上加工出长桁和角片DA孔。而为了完成蒙皮在工装上的定位，还需要设计相应的工艺耳片孔。
图1 蒙皮试验件结构形式
2 蒙皮制孔铣切夹具
自动化装配工艺的应用，对零件制造提出了更高的工艺要求。高标准的工艺要求需要通过高精度的零件制造工装保证。为完成该蒙皮试验件在数控机床上的加工，需要设计一套蒙皮制孔铣切夹具，首先考虑使用铸件制造，因其结构比较复杂，后采用板件焊接制造。蒙皮真空铣切夹具由八块铝板焊接而成，真空吸附曲面由两块铝板焊接后滚弯而成，作为壁板试验件的重要组成部分，蒙皮在滚弯成型后通过真空吸附及压板固定在真空铣切夹具上，一次完成耳片定位孔制备、装配DA孔制备、净边、开口及机铣减薄的工作。蒙皮制孔铣切夹具如图2所示。
图2 蒙皮制孔铣切夹具
3 蒙皮试验件加工
蒙皮数控加工应用U5数控铣床，加工台面为2500mm×12000mm×1200mm，主轴最大转速18000 r/min。设备具备X、Y、Z三条直线轴及A、C转角，A角可调范围为±90°，C角可调范围为400°，设备加工精度为±0.03mm。
蒙皮制造过程如下：首先完成板材下料，然后进行蒙皮滚弯成形，最后借助蒙皮制孔铣切夹具，使用五轴数控机床一次完成制工装孔、DA孔、铣下陷、铣净边及开口（净边及开口留0.3mm余量，完成机加后手工切边），全部完成后便可以用于壁板试验件装配。蒙皮通过工装定位孔在工装上定位，工装上设置加工参考点，设备以加工参考点为基准完成蒙皮上装配DA孔的制备，加工过程如图3所示。
图3 蒙皮试验件在数控机床上的加工
4 蒙皮测量结果
为检测蒙皮机加的结果是否符合要求，使用测厚仪测量了蒙皮的下陷尺寸，使用激光跟踪仪测量了DA孔位置及铣净边和开口精度，将测量结果导入数模，如图4，并对测量结果进行了分析。
图4 激光跟踪仪测量结果
4.1 机铣下限精度
使用测厚仪测量了蒙皮三个下陷区域的下陷尺寸，各下陷区的偏差测量结果见图5。
图5 各下陷区偏差
通过测量发现蒙皮机铣下限偏差基本全为正偏差，最大偏差0.122mm，最小偏差-0.024mm，偏差范围满足公差要求且均匀稳定，下陷偏差值分布见图6。
图6 下陷偏差值分布
4.2 DA孔孔位精度
使用激光跟踪仪测量蒙皮上DA孔位置，得到蒙皮上的长桁和角片DA孔实际位置和理论坐标的差，长桁DA孔的孔位偏差如图7所示，角片DA孔的孔位偏差如图8所示。对DA孔与理论位置偏差进行分析，蒙皮上长桁及角片连接DA孔偏差在接近定位耳片孔处最小，在周向上基本由上至下偏差逐渐加大，偏差很有规律，最大偏差近3mm，偏差方向基本向下。
图7 长桁DA孔偏差
图8 角片DA孔偏差
长桁DA孔间距见表1，其最大偏差为0.064mm，最小偏差为-0.096mm，偏差范围满足公差要求。
表1 长桁DA孔相对位置偏差
角片DA孔间距偏差见表2，基本全为正偏差，除个别孔外，偏差范围在0到+0.5mm左右，偏差范围略超公差要求且均匀稳定。
表2 角片DA孔相对位置偏差
4.3 净边精度
使用激光跟踪仪测量机铣净边精度，测量结果如图9所示，除个别点外（可能是由于测量导致的偏差），左侧净边最大值为0.571mm，最小值为0.181mm。右侧净边最大值为0.246mm，最小值为0.044mm，略超公差要求。
图9 左右侧净边偏差趋势
4.4 开口精度
使用激光跟踪仪测量三个开口区域的偏差，测量结果如图10，开口左右侧偏差较小，基本满足公差要求。上下侧偏差较大，即开口与理论位置偏差较大（其趋势和DA孔偏差趋势相同）。开口处各边测量点的相对位置精度很高，偏差范围在0.1mm左右。
图10 开口净边偏差趋势
5 测量结果分析
结合试验件下陷、DA孔位和净边要求，对测量结果进行分析如下。
（1）蒙皮铣下限精度在0.1mm左右，表面光滑，满足公差要求，但铣削加工周期长（试验件制所有孔只需1个工时，而铣下限约需7到8个工时）。
（2）蒙皮零件制DA孔在纵向方向上精度较高，在周向方向上精度较差。需要进一步分析此偏差产生的原因；DA孔相对位置精度较高，能满足DA装配要求。
（3）蒙皮开口和净边略超公差要求，由于是手工切除，增加了误差，如果能一次性进行数控切除的话，精度应可以满足公差要求。
6 结束语
通过该蒙皮试验件的制造，验证了蒙皮机加的可行性，其加工精度总体上可以满足要求，未来仍需在以下几方面进行改进：（1）目前对机身蒙皮制造精度要求更高，对加工设备的要求也更高，切边需要数控切除，避免手工误差。（2）本试验件长度仅为2m，厚度仅为2mm，对于更大尺寸、更大厚度的蒙皮，对其滚弯精度要求更高，否则将难以贴合制孔铣切工装，给零件的制造带来极大的困难。（3）蒙皮测量方法有限，下陷采用测厚仪测量，孔位及净边外形采用激光跟踪仪在装配型架上测量。受到零件制造误差、工装制造误差、零件型架定位及测量误差共同影响，致使误差较大，需要研究对大尺寸薄壁件的高精度测量方法。
