基于数字化装配偏差建模的飞机舱段对接定位方案研究

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式 中： 、 —舱段 Ａ、 自 曰各 定位特征的偏差 。
采用机身表面基准定位时 ，前后对接舱段 的定位偏差对飞
差和对接缝间隙等。对接舱段的内形控制目 标 ， 如机身内部各 外形 个交点的协调准确度。对接舱段的姿态控制 目 标 ， 如后机身对 定位时 ， 尺寸的公差带大小为 ：
★来稿 日期 ： １—３２ －基金项 目： ２ １０～ １ ｋ ０ 国家 自然科学基金课题 （０２０３５１５４ ）中国商飞制造工程技术研究中心创新基金资助 ５８ １０ ，１７ ３０，
２６ ４
陈 伟等： 基于数字化装配偏差建模的飞机舱段对接定位方案研 究
舱段对接协调的某关键尺寸可以表述为 ：
该尺寸的公差带宽度为 ： ．
）
（） ５
方法：１ （） 机身内部基准定位。 机身内 部基准通常选取在特定基准长 桁上或地板座椅滑轨上 ， 因为它们是贯通机身前后 的直线零件。２ （）
ｔ￣ｌ ｎＸ ：
．
机身段截面基准定位。 机身段截面基准定位法是指将定位基准选取 ＋ ， 。 Ｊ 在部件的 对接截面上 ， 这种基准方法比 较适合保证对接面的控制要 式 中： — 该尺寸定义的测量方 向。 求。３机身表面基准定位。 （） 机身表面 基准定位是指在工程 相寸 就
第１ 期
等组成。 舱段对接的主要工作就是将分段生产的机身段件在其工艺 分离面处装配起来形成大部段或者整机。飞机舱段对接中， 基准是 保证飞机准确定位的基础。 飞机对接时通常采用以下几种基准选择

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中图分 类号 ： Ｈ１ ４ 文献 标识 码 ： Ｔ ６ Ａ
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前广泛使用的容差分析手段是基于尺寸链 的公差分析模型 ， 把关
２飞机舱段对接协调问题特征分析
． 键尺寸作为封闭环 ， 已知尺寸作为组成环 ， 通过已知尺寸公差计算 ２１飞机对接 定位基 准方案 机 身舱段 主要 由机 头 、 前机身 、 中机 身 、 后机身及其组合件 出关键尺寸的偏差情况。 科研 人员喂 出了面向装配性能、 加工成本
１ 引言
飞机总装是飞机制造 中的一个关键环节 ， 前期的零件制造 、 部
和装配操作复杂度的多目标装配公差优化模型 ； 一些科研人员吼 研
究了面向飞机部件装配的误差累积分析与容差优化的理论和方法。 尺寸链模型直观、 简便 ， 适用于零件连接关系比较简单 的情况。然 而对于大型复杂产品 （ 如飞机舱段） 而言，其连接关系十分复杂，
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上且效率低、 易造成强迫装配产生应力 ， 影响疲劳强度 随着测量 了基础。—些科研 人员嗵 过建立三维偏差分析模型对飞机装配容 ； 并通过分析各个影响因素的敏感度 ， 优化飞机设 Ｔ ￣的发展 ， － ４ 激光测量仪被广泛应用于飞机装配中， 飞机对接时广 差进行仿真预测 ， 计方案。针对飞机舱 段对接协调准确度低 、 方案选择主要依靠经验 泛使用测量辅助装配法来提高装配准确度 ， 飞机对接时不仅可以通
相邻部段对接面 位置 精度进行分析， 建立不同 基准定位方 案的装配偏差分析模型和 评价指数， 对比不同 ｊ 定
位方案对于装配质量的影响； 在某实际机型中 后机身与后机身舱段对接协调 问 中 题 得到应用验证。 关键词： 飞机装配 ； 舱段对接 ； 偏差建模； 对接基准 ｛ ｛
【 ｂｔ ｃ】 ｈ ｆｓ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｐｏ ｓ ｏａｃｆｆ ａｏ ｅ ｂ ｗ ｉ ｉｎ ｄ￣ ｊ Ａ ｓ ａｔ Ｔｅ ｕ ｌ ｅ ￥ ｍ ｔｉｔ ｙ ｒ ｅ ｒａ ｎ ３ ，ｈ ｈ ｏ ｉ ｑ ｉ ｒ ｅｇ ａ ｅ ｙ ｓｈ ｋ ｃ ｓｆ ｉｒ ｉ ｌ￣ ｍ ｔ ｃｊｎ ｇ ｕ ｍ ｙ ｍ ａｔ ｅ ｃｒ ｙ ｔ ｒａ ｄ ａ ｉｃｙ ｅ ｅ ｃｏ ｐｓｉ ｉ ｈｍ ｆｒｈｊ ｎ｛ ａ ｉ ｃｔ ｕ ｃ ｏ ｈ ａｃｆｂ ｙ ｈ ｅ ｒ ｔ． ｌ ｔｎ ｏｔｎ ｇ ｃｅ ｅｏ ｔ ｏ ｐ ａ ａ ｅ ｒ ｏ ｓ ｐ ｄｅ ｌＴ ｓ ｅ ｉ ｏ ｉ ｎ ｓ ｈｃ ｆ ｉ ｔ ｈ ｆ ｏ ｅ ｉ ｃｍ ａｍ ｎｐａｓ ｅ ｌｉｔｅ ｏｒｉ ｔｎａｄ ｒ ｉｏ ｆｓｌ ｅ ｏｋｎ．ｎ ｒｅ ｔａａ ｚ ￡ｅ｛ ｏｐｒ ｅｔ ｌ ｋｙ ｏ ｏ ｎ ｉ ｅｓ ｎｏ ｕｅ ｃｉ Ｉ ｄｒｏ ｎｌｅ ｔ ｙ ０ ｒ ｅｎｈ ｃ ｄ ａｏ ｎ ｐ ｃ ｉ ｆ ｇ ａ ｄ ｇ ｏ ｙ ｅｅ ｄ ｅ ｎｐｓｉ ｉ ｈｍ ｅ ｕ ｉ ｆｕｅ ｅｓ ｍ ｔｎ ｉｔ ｉｉ ｏｅｂ ｅ ｆｃｏ ｉ ｒ ｔｏｔｎ ｇｃｅｅ ｎｈ ｑｄ￣ｏ ｓａ ｓ ｂ ，ｄ ｉｌａａｏ ｍｄｌａ ｄ ｎｊ ｆ ｔ ｆ ｅ ｉ ｎｓ ｆ ｆ ｏ ｏ ｔ ｆ ｌ ａ ｅ ｙ ｇａｖ ｔｎ ｇ ｒ ｓ ｏ
第１ 期
２１ ０ ２年 １月
文章编号 ：０ １３ ９ （０ ２ ０ ～ ２ ５ ０ １０ — ９ ７ ２ １ ） １ ０４ — ３
机 械 设 计 与 制 造
Ｍａ ｈｉ ｅ ｙ Ｄｅ ｉｎ ｃ ｎ ｒ ｓｇ ＆ Ｍａ ｕ ａ ｔ ｒ ｎ ｆｃｕｅ ２５ ４
基 于数 字化 装 配偏 差 建模 的飞机 舱 段 对接 定位 方案研 究 木
件装配都是为这个阶段的装配积累基础。 对接技术是飞机总装 的核 心， 代表着飞机整体制造技术水平的高低ｍ对接质量的好坏直接决 。
两零件间常常存在多个装 配关系 ， 一个零件也经常与其他多个零 定飞机的气动外形质量， 影响飞机 的使用寿命。 事实表明， 飞机舱段 件同时进行装配。因此 ， 尺寸链往往难以自动提取。确定性定位方 对接的定位基准选择方案对于飞机对接质量有着重要影响。 法是一种偏差建摸分析方法 ， 通过建立测量特征偏差与定位特征偏 传统的飞机舱段对接时各个部件被分别放在托架或拖车平 台 差之间的关系， 可以解决尺寸链模型无法解决的复杂问题。 —些科 上， 推动一部件靠近另一部件 ， 同时观察调整两部段对接面上的连 研人员目 使用线ｌ化偏差模型研究了Ｔｆ ｘ移及旋转偏差与定位源 生 ．． ，１ ￣． ．７ 接孔与销 ， 对准后插入。这种方式飞机的对接基准只能布置在截面 偏差之间的关系， 建立了三维偏差分析模型 ， 为定位方案选择提供
２ ２
ｙ： ｌ慨 ＋ １
（ ６ ）
在机体表面特定几何元素上标定基准点 ， 或预留测量孔（ ， 面） 零件 制造和部件装配时始终保持这些特定点的准确度， 飞机总装对接时 使用激光测量等手段保证这些测量孔（ ） 面 的位置保证飞机舱段 的
姿态。 飞机对接时根据对接舱段结构和设计理念的不同以及制造技
４不 同定位方案 的对 比分析
某飞机舱段对接装配 中， 舱段 Ｂ采用机身内部基准定位 ， 舱 段 Ａ可采用两种可能的定位方案 。
４１飞机表面基准定位方案 ．
采用机身表面基准定位时。舱段 Ａ和舱段 Ｂ的定位特征偏
术习惯的差异灵活采取不同的基准定位方案。
２２ 飞机舱段对 接质量控 制 目标 ．
陈 伟 李 明慧 周 瞳 卢 鹄 金 隼 （上海 交通大 学 机械 系统 与振动 国家重点 实验室 上海市 数字化汽 车车身 工程重点 实验室 ， 海 ２０４ ） ’ 上 ０ ２０ （ 上海飞 机制造有 限公司 ， 上海 ２ ０ ３ ） ０ ４６
Ｒ ｓ ａ ｃ ｆ ｉ ｒｆ ｆ ｓ ｌｇ ｉｉｇ ａ ｄ ｐ ｓｔ ｎｎ ｃ ｅ ａ ｅ ｅ ｅ ｒｈ ｏ ａｔ ｕ ｅａ ｅ ｉ ｎｎ ｎ ｏ ｉ ｉｇ ｓ ｈ ｍｅ ｂ ｓ ｄ ａｒ ｃ ｏ ｉ ｏ
舱段对接装配协调是决定飞机整体质量的关键环节 ， 对接 质量好坏直接影响飞行的安全 。 飞机舱段装配的主要控制 目 可 标 以分为 ３ ： 类 对接舱段 的外形控制 目标 况， 如蒙皮外形的对接阶
差相互 独立， 公式（） 得： ＝ 由 ４可 ［
＝
］一 ＝
（） ７ （） ８
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【 要】 摘 机身成龙是飞机总装工艺中的一个重要环节， 各舱段对接质量直接影响到机身整体外形精 ｊ 度， 舱段对接工序 中各舱段总成定位方案的选取对于机身外形协调精度具有重要的影响； 开展面向飞机机 ｛ 身舱段对接装配的数字化装配偏差建模研究， 针对飞机舱段大部件 总装对接工艺， 采用确定性定位方法对 ｛
－
开展面向飞机舱段对接装配的三维偏差分析模型及定位基 过测量对接截面实现舱段对准连接还可 以测量机身表面上的光学 等情况， 为飞机对接基准选择提供指导。应用确定 陛定位 测量工具球点 Ｏ ＰＯ ｔ ａＴｏｉｇ ｏｎｓ确定舱段姿态实现对接 准方法选择研究 ， Ｔ （ ｐｉ ｌ ｏｌ ｉｔ） ｃ ｎＰ 定位， 使得飞机舱段对接中定位基准的选择更加灵活日 。 为 了研究飞机对接中影 响对接质量的关键尺寸公差情况 ， 目 方法分析某型号飞机的总装对接工艺 ， 建立对接偏差分析模型和定 位方案评价指数实现方案选优 ， 可以应用于不同的对接案例。
Ｓ ａ ｇ ａ Ｋ ｙＬ ｂ ｒｔ ｆ ｉｉ ｕｏ ｏｙＥ ｇｎｅｉｇＳ ａ ｇａ ２ ０ ４ ， ｈｎ ） ｈ ｎ ｈ ｉ ｅ ａ ｏａｏ ｏ ｇｔ Ａ ｔｂ ｄ ｎｉｅｒ ，ｈ ｎ ｈ ｉ ０ ２ ０ Ｃ ｉａ ｙ ｒ Ｄ ａ ｌ ｎ
（ ｈ ｎ ｈ ｉ ｉ ｒ ｔ ｎ ｆｃｕ ｎ ｏ，ｔ ，ｈ ｎ ｈｉ ０ ４ ６ Ｃ ｉａ ２ ａ ｇ ａ Ａ ｒ ａ ｕａ ｔｒ ｇＣ ． ｄ Ｓ ａ ｇ ａ ２ ０ ３ ， ｈｎ ） Ｓ ｃ ｆ Ｍａ ｉ Ｌ
接 中平尾假件加载点的偏差值 。对于舱段协调 问题 ， 通常需要综 合考虑各个控制 目 ； 标 不同的舱段对接协调案例 ， 需要优先控制 不同的 目 ； 标 如某机 型的后机身平尾样件装配协调中 ， 由于后机