1、模線樣板技術(shù)與典型的尺寸傳遞體系劉瑞同同濟(jì)大學(xué)航空航天與力學(xué)學(xué)院一、模線樣板技術(shù)n由于飛機(jī)的外形是光滑流線且合乎空氣動力要求的幾何外形，大量零件是曲線或曲面，且采用板料制造，尺寸大、剛性差，相互之間協(xié)調(diào)要求高，必須采用模線樣板技術(shù)。n模線樣板技術(shù)起源于造船行業(yè)。n模線是依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙繪制的圖樣；n樣板是按照模線或數(shù)據(jù)而加工的專用量具、檢具等工藝裝備。理論模線n 按照飛機(jī)理論圖紙和飛機(jī)工藝要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，以飛機(jī)部件、組件的理論外形和結(jié)構(gòu)軸線為主要繪制內(nèi)容，以1：1的比例精確地畫在金屬平板或聚酯薄膜上的圖樣，被稱為飛機(jī)理論模線。n 在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)制造技術(shù)之前，理論模線是保證飛機(jī)外形的結(jié)構(gòu)軸線正確與協(xié)

2、調(diào)的惟一原始依據(jù)，是繪制結(jié)構(gòu)模線和制造樣板的主要依據(jù)之一。n其用途如下：作為飛機(jī)外形數(shù)學(xué)模型的直觀精確圖像，并井驗(yàn)證飛機(jī)外形數(shù)學(xué)模型的正確性(包括光滑流線性)。作為數(shù)字量到模擬量之間的橋梁和CADCAM技術(shù)的輔助手段；用于校核結(jié)構(gòu)模線的剖面外形、結(jié)構(gòu)軸線和斜角，校核從飛機(jī)外形數(shù)學(xué)模型算出的各種數(shù)據(jù)；作為某些樣板的制造或檢驗(yàn)依據(jù)；量取某些外形或結(jié)構(gòu)軸線的數(shù)據(jù)。n設(shè)計(jì)依據(jù)是飛機(jī)理論圖（飛機(jī)外形測繪數(shù)據(jù)表）、飛機(jī)結(jié)構(gòu)圖、研制工藝方案、部件互換協(xié)調(diào)圖表等n繪制要求：理論模線的基準(zhǔn)線和主要結(jié)構(gòu)軸線位置以及按坐標(biāo)數(shù)據(jù)繪制理論外形產(chǎn)生的公差范圍為土oI mm o15mm。對于軸線的寬度、直線度，平行直線間的

3、平行度，垂線的垂直度以及角度，其公差都應(yīng)保證在規(guī)定的公差要求范圍之內(nèi)。理論模線上縱、橫切面同一尺寸的公差(有時(shí)稱理論外形線交點(diǎn)協(xié)調(diào))應(yīng)在o102mm以內(nèi)。對于對稱部件僅畫其右部件，對于對稱外形僅畫其右半側(cè)。這樣可避免由重復(fù)繪制所引起的不一致性。模線視圖方向一般情況應(yīng)進(jìn)守由左向右看、內(nèi)上向下看、由后向前看的原則。由于蒙皮厚度的各部分往往是不相同的，為了不使骨架外形出現(xiàn)臺階，故對理論外形(理論圖給出的飛機(jī)外形)和蒙皮外形(飛機(jī)實(shí)際外形)視飛機(jī)速度和部件不同作不同的規(guī)定。對于高速飛機(jī)的冀面類部件，其蒙皮外形應(yīng)定為與理論外形一致；對于低速飛機(jī)各部件以及大型飛機(jī)的機(jī)身和短艙等部件，可以把其骨架外形定為理

4、論外形。n理論模線包括單曲面模線和雙曲面模線兩類，包括機(jī)身、機(jī)翼、發(fā)動機(jī)短艙、尾翼等；結(jié)構(gòu)模線n 結(jié)構(gòu)模線是對飛機(jī)部件某個(gè)切面按1：1比例繪制的結(jié)構(gòu)裝配圖。在結(jié)構(gòu)模線上繪制的內(nèi)容有設(shè)計(jì)基準(zhǔn)線，以及該切面上全部零件的外形和所在位置。結(jié)構(gòu)模線上的切面外形線是從理論模線復(fù)制來的，或者可按理論模線加工出部件某個(gè)切面的真實(shí)外形；因而，結(jié)構(gòu)模線也稱之為外形檢驗(yàn)樣板。同時(shí)，在該切面外形線內(nèi)劃出結(jié)構(gòu)裝配圖。n其作用包括：以1：1比例準(zhǔn)確地確定飛機(jī)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸，因此，它作為保證飛機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)的依據(jù)；作為用于加工生產(chǎn)的各種樣板的依據(jù)；為制造樣件、裝配型架、模具和夾具等工藝裝備，量取一些經(jīng)過模線協(xié)調(diào)的尺寸

5、。n 繪制要求：飛機(jī)部件的結(jié)構(gòu)模線上，畫有部件的各主要切面的結(jié)構(gòu)，例如機(jī)冀或尾翼的大梁切面、各冀肋切面和機(jī)身隔框切面等。為了協(xié)調(diào)每個(gè)切面上的全部結(jié)構(gòu)，對一個(gè)切面上的結(jié)構(gòu)不分開繪制。由于結(jié)構(gòu)模線是按1：1比例畫出的，因而無須加注尺寸。而且對零件形狀一般不取剖面圖，而是通過各種符號來表示，例如零件彎邊高度和角度、減輕孔的形狀和加強(qiáng)梗的形狀等。為了保證零件與裝配件尺寸協(xié)調(diào)，在結(jié)構(gòu)模線上還繪制各種工藝孔，如基準(zhǔn)孔、定位孔、導(dǎo)孔等。樣板n 樣板是一種平面量具，是加工和檢驗(yàn)帶曲面外形的零件、裝配件和相應(yīng)工藝裝備的依據(jù)。 n飛機(jī)制造中所用樣板的主要特點(diǎn)是它們之間必須相互協(xié)調(diào)。因?yàn)樵谶@里樣板起著制造、協(xié)調(diào)、檢

6、驗(yàn)零件和工藝裝備的作用，因此，要求樣板之間有著相互協(xié)調(diào)的關(guān)系。n生產(chǎn)中使用的樣板種類繁多。n外形樣板，用于檢驗(yàn)平面彎邊零件、平板零件和單曲度型材零件，是制造與協(xié)調(diào)成套零件樣板的依據(jù)，直接作為成形模具的加工依據(jù)。n內(nèi)形樣板師零件成形模的制造依據(jù)，也是檢驗(yàn)零件成型模的樣板。n內(nèi)形樣板的外緣是由零件彎邊外、內(nèi)形交叉線所構(gòu)成的曲線。n展開樣板，對于板料零件，毛坯的展開形狀和尺寸對成形質(zhì)量具有重要影響，必須進(jìn)行精確地控制，展開樣板用于對毛坯形狀進(jìn)行取樣的樣板。n切面樣板，對于形狀復(fù)雜的雙曲面蒙皮零件，必須采用一組切面樣板才能控制零件形狀，包括切面內(nèi)形、切面外形、反切面外形和反切面內(nèi)形。n其他樣板，鉆孔樣

7、板、下料樣板、夾具樣板等典型的尺寸傳遞體系n對尺寸傳遞體系的設(shè)計(jì)，即設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)路線直接影響飛機(jī)的制造準(zhǔn)確度和協(xié)調(diào)準(zhǔn)確度，因此其基本要求是保證飛機(jī)零件、組合鍵、段件和部件的互換性，即保證主要幾何參數(shù)外形、接頭和分離面的互換性。n協(xié)調(diào)路線的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足從模線、樣板、工藝裝備直至零件的形狀和尺寸，其傳遞環(huán)節(jié)應(yīng)盡可能少，且各環(huán)節(jié)誤差量最小，公共環(huán)節(jié)的數(shù)量最大。模線樣板-標(biāo)準(zhǔn)樣件協(xié)調(diào)系統(tǒng)n適用于成批小型飛機(jī)的協(xié)調(diào)系統(tǒng)，原始依據(jù)是模線樣板。n 該協(xié)調(diào)系統(tǒng)有以下特點(diǎn)： 對復(fù)雜型面使用外形標(biāo)準(zhǔn)樣件來協(xié)調(diào)，這提高了零件的協(xié)調(diào)性；在生產(chǎn)中出現(xiàn)不協(xié)調(diào)問題時(shí)，檢查方便、直觀。但是，制造標(biāo)準(zhǔn)樣件的周期長，技術(shù)要求高，所需費(fèi)

8、用多。例如，我國20世紀(jì)60年代初的殲6全機(jī)標(biāo)準(zhǔn)樣件的制造費(fèi)用當(dāng)時(shí)為3000萬元，現(xiàn)在制造這種樣件可能需要幾億元。而對于大、中型它機(jī)，制造標(biāo)準(zhǔn)樣件還存在種種問題。模線樣板局部標(biāo)準(zhǔn)樣件協(xié)調(diào)系統(tǒng)n 模線樣板局部標(biāo)準(zhǔn)樣件協(xié)調(diào)系統(tǒng)是當(dāng)前飛機(jī)生產(chǎn)中常用的一種協(xié)調(diào)系統(tǒng)。它采用型架裝配機(jī)、劃線鉆孔臺和光學(xué)儀器等通用工具，并附加平面樣板和局部標(biāo)準(zhǔn)樣件作為協(xié)調(diào)全部工藝裝備的依據(jù)。在裝配型架的安裝中，由于使用光學(xué)儀器，進(jìn)而發(fā)展到使用激光準(zhǔn)直儀，大大提高了裝配型架安裝的準(zhǔn)確度。因此，這個(gè)協(xié)調(diào)系統(tǒng)雖然不用大尺寸的安裝標(biāo)準(zhǔn)樣件，而在裝配工藝裝備之間仍然可以獲得較好的協(xié)調(diào)性。n這個(gè)協(xié)調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)是：省去了全機(jī)安裝標(biāo)準(zhǔn)樣件

9、，只制造局部的標(biāo)準(zhǔn)樣件。為了保證復(fù)雜型面的協(xié)調(diào)，也只制造局部外形標(biāo)準(zhǔn)樣件。使用通用的工具(例如型架裝配機(jī)、劃線鉆孔臺和光學(xué)儀器)制造裝配型架以及其他工藝裝備。這不僅提高了制造精度，還減少了安裝型架的時(shí)間。據(jù)估計(jì)，用激光準(zhǔn)直儀安裝型架比用普通光學(xué)儀器可節(jié)約50一60的調(diào)試時(shí)間。尤其在安裝大尺寸的裝配型架時(shí)，其優(yōu)越性更為突出。以數(shù)字量為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)系統(tǒng)n模擬量協(xié)調(diào)系統(tǒng)存在工藝裝備的制造必須嚴(yán)格按照協(xié)調(diào)路線規(guī)定的先后順序進(jìn)行，平行作業(yè)收到很大限制、制造工作量巨大，費(fèi)用高、周期長、協(xié)調(diào)準(zhǔn)確度差的不足，隨著CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，以數(shù)字量為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)系統(tǒng)得到越來越廣泛的應(yīng)用。n這種協(xié)調(diào)系統(tǒng)包括幾方面的內(nèi)

10、容：建立飛機(jī)外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的幾何模型，作為飛機(jī)制造環(huán)節(jié)統(tǒng)一的幾何數(shù)據(jù)庫，通過數(shù)控繪圖機(jī)繪制理論模線、結(jié)構(gòu)模線等；在工藝裝備制造方面，采用數(shù)控加工和數(shù)控測量技術(shù)加工工藝裝備，大大提高精度和質(zhì)量。大幅采用整體結(jié)構(gòu)兩件，包括整體框、整體肋、整體梁和整體壁板等，采用數(shù)控加工和數(shù)控測量，減少了尺寸傳遞的中間環(huán)節(jié)。在裝配方面，普遍采用光學(xué)測量、GPS等先進(jìn)技術(shù)，提高裝配質(zhì)量。實(shí)例n 目前我國的飛機(jī)制造業(yè)正處于由應(yīng)用以模線樣板為基礎(chǔ)的模擬量尺寸傳遞體系，向建立全機(jī)電子樣件的全數(shù)字化尺寸傳遞體系的過渡階段。n在一個(gè)互換協(xié)調(diào)方法中，常常在建立了飛機(jī)外形數(shù)學(xué)模型的同時(shí)，局部還采用模線樣板和局部標(biāo)準(zhǔn)樣件的工作方法，

11、以保證飛機(jī)能被經(jīng)濟(jì)、有效地制造出來。n取決于每個(gè)工廠各自的技術(shù)水平和裝備情況。飛機(jī)鈑金零件的重點(diǎn)協(xié)調(diào)部位和協(xié)調(diào)方法n鈑金零件是飛機(jī)互換協(xié)調(diào)的難點(diǎn)。n首先要了解飛機(jī)上需要重點(diǎn)協(xié)調(diào)的部位。n目前，我國鈑金零件主要采用模擬量傳遞、數(shù)字量傳遞和混合傳遞三種方式。典型飛機(jī)結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)路線n鈑金件構(gòu)成的段件的典型協(xié)調(diào)路線n 對外形比較規(guī)則且以鈑金件為主構(gòu)成的段件或部件，例如機(jī)身等的剖面段和冀面類部件等，其制造過程中部件的外形比較容易控制，采用常規(guī)的模線樣板和局部標(biāo)準(zhǔn)樣件協(xié)調(diào)路線，一般能保證產(chǎn)品相工藝裝備之間的協(xié)調(diào)。n對外形比較復(fù)雜的段件(或空間組合件)，例如座艙段、進(jìn)氣道、機(jī)尾等，一般還要采用表面標(biāo)準(zhǔn)佯件、過渡模等較復(fù)雜的協(xié)調(diào)路線，以達(dá)到工藝裝備之間的協(xié)調(diào)。即使如此，移形次數(shù)過多，協(xié)調(diào)路線道長，仍難以保證產(chǎn)品外形的準(zhǔn)確度和冬件配合面之間相互協(xié)調(diào)，這住住成為牛產(chǎn)中