一种优化飞机复合材料零件装配贴合面间隙的方法与流程

本发明涉及一种优化飞机复合材料零件装配贴合面间隙的方法，属于一种飞机装配方法。

背景技术：

随着复合材料在飞机上应用的比例增加，尤其是民用客机领域，如波音787复合材料用量达到50%，空客a350复合材料用量达到53%，以复合材料为主的机体结构件装配方法将颠覆传统的装配协调方式。基于复合材料制件厚度公差大，应力耐受程度小等因素，需要对传统的装配方法进行变革，以研究出适用于复合材料机体结构件的装配协调方案。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种优化飞机复合材料零件装配贴合面间隙的方法，该方法通过对零件公差的控制，以及合理的使用定位过程中加载的方法，使复合材料零件在装配过程中，尽可能的减小与骨架贴合面的间隙，从而减少零件贴合面之间需要使用固体或液体垫片填充误差累计间隙的问题。

为解决以上问题，本发明的具体技术方案如下：一种优化飞机复合材料零件装配贴合面间隙的方法，包括以下步骤：

1）装配工装设计：骨架工装和壁板工装为一套组合式的开合结构工装；骨架工装为固定工装；壁板工装为移动工装，并通过导轨，由电机驱动沿水平方向的往复运动；骨架工装和壁板工装上分别设定位接口，使壁板工装准确定位在骨架工装上，并保持相对固定锁紧；骨架工装用于定位骨架；壁板工装上设有外形卡板和可伸缩式的真空吸盘装置用于定位复合材料壁板；

2）容差分配：将骨架与复合材料壁板贴合面的外形轮廓设为正偏差0~+0.2mm，即骨架偏大；壁板工装结构配备的真空吸盘装置处于飞机气动外形理论面-2mm位置，外形卡板处于飞机气动外形理论面+定值偏移位置；

3）真空吸盘设计：真空吸盘装置采用可伸缩弹性结构分为三个部分：吸盘，弹簧组件和顶紧机构，弹簧组件弹性支撑吸盘，并通过顶紧机构实现弹簧组件施压和锁紧功能；吸盘在相对飞机气动外形理论面-2~+4mm内收缩，初始位置为-2mm位置，在收缩的同时提供向蒙皮法向一个0~15kg的反作用力；顶紧机构使弹簧组件在压缩到最大行程，即+4mm位置时，使整个吸盘结构向飞机气动外形理论面负方向移动，行程为5.5mm；

4）骨架与复合材料壁板配合过程：

4.1）首先将骨架定位到骨架工装上，并获得一个外形轮廓在0~+0.2mm的定位结果；然后将复合材料壁板定位到壁板工装上，复合材料壁板的外形面与吸盘的定位面贴合，即达到飞机气动外形理论面-2mm的状态；

4.2）通过电机驱动壁板工装向骨架工装方向移动，在两个工装达到对合的过程中，骨架上某些部位将首先接触到复合材料壁板，这时候壁板工装的移动不会停止，而是由电机继续推进，接触部位的复合材料壁板将被骨架顶起，并使真空吸盘装置上的顶紧机构工作，而其他位置并不受其影响继续跟随壁板工装向前移动；

4.3）待壁板工装到位与骨架工装对合后，复合材料壁板与骨架达到各部位贴合最佳的定位状态；在壁板自身外形误差较大处，真空吸盘装置的顶紧机构在该处已施加15kg的基础上，再增加顶紧力，使骨架与复合材料壁板贴合面间隙最小。

该优化飞机复合材料零件装配贴合面间隙的方法采用上述步骤，解决骨架与复合材料壁板贴合间隙过大的问题。利用了复合材料装配规范中合理加载压紧的方法，一方面提高了复合材料零件装配定位与加垫调配效率，另一方面提高了复合材料壁板的装配质量，同时还可应用于一些超差情况的受力数据采集，为设计工程部门提供加载压力数据，以方便评估超差影响。采用本方法进行优化后，较传统装配协调方法减少零件定位调整时间50%，减少垫片调配时间50%，减少贴合面间隙超差故障数30%。

附图说明

图1为壁板工装与骨架工作的装配示意图。

图2为优化飞机复合材料零件装配容差分配原理图。

图3为带有顶紧机构的真空吸盘结构示意图。

图4为真空吸盘自然状态装配示意图。

图5为真空吸盘理论位置装配示意图。

图6为真空吸盘中可伸缩弹簧组件压缩状态示意图。

具体实施方式

一种优化飞机复合材料零件装配贴合面间隙的方法，包括以下步骤：

1）装配工装设计：如图1所示，骨架工装1和壁板工装2为一套组合式的开合结构工装；骨架工装1为固定工装；壁板工装2为移动工装，并通过导轨，由电机3驱动沿水平方向的往复运动；骨架工装1和壁板工装2上分别设定位接口10，使壁板工装2准确定位在骨架工装1上，并保持相对固定锁紧；骨架工装1用于定位骨架6；壁板工装2上设有外形卡板4和可伸缩式的真空吸盘装置5用于定位复合材料壁板7；

2）容差分配：如图2所示，将骨架6与复合材料壁板7贴合面的外形轮廓设为正偏差0~+0.2mm，即骨架偏大；壁板工装结构配备的真空吸盘装置5处于飞机气动外形理论面-2mm位置，外形卡板处于飞机气动外形理论面+定值偏移位置；

3）真空吸盘设计：真空吸盘装置5采用可伸缩弹性结构分为三个部分：吸盘11，弹簧组件9和顶紧机构8，弹簧组件9弹性支撑吸盘11，并通过顶紧机构8实现弹簧组件9施压和锁紧功能；吸盘11在相对理论外形面-2~+4mm内收缩，初始位置为-2mm位置，在收缩的同时提供向蒙皮法向一个0~15kg的反作用力；顶紧机构8使弹簧组件9在压缩到最大行程，即+4mm位置时，使整个吸盘结构向飞机气动外形理论面负方向移动，行程为5.5mm；

4）骨架与复合材料壁板配合过程：

4.1）首先将骨架6定位到骨架工装1上，并获得一个外形轮廓在0~+0.2mm的定位结果；然后将复合材料壁板7定位到壁板工装2上，复合材料壁板7的外形面与吸盘11的定位面贴合，即达到理论外形-2mm的状态，如图4所示，此时状态为吸盘位置w=-2mm，弹簧行程m=0，弹簧力f=0；

4.2）通过电机3驱动壁板工装2向骨架工装1方向移动，在两个工装达到对合的过程中，骨架6上某些部位将首先接触到复合材料壁板7，这时候壁板工装的移动不会停止，而是由机电3系统继续推进，接触部位的复合材料壁板7将被骨架6顶起，并使真空吸盘装置5上的顶紧机构工作，而其他位置并不受其影响继续跟随壁板工装向前移动；如图5所示，此时状态为吸盘位置w=0mm，弹簧行程m=2mm，弹簧力f=5kg；

4.3）待壁板工装2到位与骨架工装1对合后，复合材料壁板7与骨架6达到各部位贴合最佳的定位状态；在壁板自身外形误差较大处，真空吸盘装置5的顶紧机构在该处已施加15kg的基础上，再增加顶紧力，如图6所示，此时状态为吸盘位置w=0mm，弹簧行程m=6mm，弹簧力f=15kg，顶紧机构8行程m1=5.5mm，使骨架与复合材料壁板贴合面间隙最小。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种优化飞机复合材料零件装配贴合面间隙的方法，包括以下步骤：1）装配工装设计；2）容差分配；3）真空吸盘设计；4）骨架与复合材料壁板配合过程：4.1）首先将骨架定位到骨架工装上；4.2）通过电机驱动壁板工装向骨架工装方向移动，并使真空吸盘装置上的顶紧机构工作；4.3）待壁板工装到位与骨架工装对合后，真空吸盘装置的顶紧机构在该处已施加15kg的基础上，再增加顶紧力，使骨架与复合材料壁板贴合面间隙最小。该方法通过对零件公差的控制，以及合理的使用定位过程中加载的方法，使复合材料零件在装配过程中，尽可能的减小与骨架贴合面的间隙，从而减少零件贴合面之间需要使用固体或液体垫片填充误差累计间隙的问题。

技术研发人员：贾晓亮;曲兆伟;贾景超;宋强;李论;李艳军
受保护的技术使用者：中航沈飞民用飞机有限责任公司
技术研发日：2017.07.27
技术公布日：2017.11.24