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一種預測并提高飛機部件機表連接件安裝合格率的方法與流程

文檔序號:29648410發布日期:2022-04-13 21:59來源:國知局
一種預測并提高飛機部件機表連接件安裝合格率的方法與流程

1.本發明涉及飛機部件裝配領域,尤其涉及一種預測并提高飛機部件機表連接件安裝合格率的方法。


背景技術:

2.在傳統的飛機裝配工藝中,機表蒙皮和機身部件骨架的裝配采用“定位+配孔+分解去毛刺”的方法,在零件加工狀態,分別在蒙皮和骨架零件上制出用于定位的少量初孔,在裝配時使用穿心夾將蒙皮在骨架上定位,根據其余手工劃線或者數控制出的導孔進行配孔。該工藝在實施過程中存在大量的手工作業,導致裝配周期長、質量不穩定。目前提出了一種新的裝配工藝方法,部件骨架和蒙皮分別在數控機床上制出終孔,減少裝配階段的手工劃線、配孔等內容,可大幅縮短裝配周期,骨架、蒙皮、連接件的裝配關系如下圖3所示,骨架與蒙皮之間設置有密封膠/膠墊。目前在部分地區已進行了該裝配工藝相關技術的研究與應用,但依然存在以下問題:1)在裝配過程中,尤其是高精度配合的螺栓孔處,存在錯孔、螺栓安裝困難的現象,需要進行強迫裝配或者補充鉸孔,嚴重影響著裝配的質量和效率;2)針對上述錯孔、螺栓安裝困難的現象,對后續的骨架/蒙皮獨立制孔孔位置度要求提高,而目前的數控機床精度以及工藝能力均無法滿足其孔位置度的要求,制造和檢驗難度較大,孔位極易超差。
3.上述問題已嚴重影響了飛機機表蒙皮與部件骨架的裝配,而現有的數控加工能力無法滿足高精度獨立制孔孔位要求,亟需新的工藝方法來改善飛機部件機表連接件的安裝。


技術實現要素:

4.針對現有的飛機部件機表連接件安裝困難、孔位精度無法保證等問題,目前尚無可靠的、從理論數值上分析連接件是否能夠順利安裝的手段,本發明提出了一種預測并提高飛機部件機表連接件安裝合格率的方法,能夠有效的提高釘孔配合精度以及放大配合間隙,提高螺栓的裝配合格率,降低了對孔位置度的公差要求,減少了機床精度保障與工藝過程保障內容,大幅提高了加工效率,并保證了骨架和蒙皮合格加工與順利交付。
5.為了實現上述目的,本發明提供具體技術方案如下:一種預測并提高飛機部件機表連接件安裝合格率的方法,包括以下步驟:s1,確定定位關系與分析對象,即根據實際蒙皮結構尺寸以及與骨架的裝配關系,確定定位原則,并規劃分機表連接件的數量與分布;s2,建立釘孔配合數學模型,即將機表連接件的安裝合格率計算轉換為基于釘孔配合的可數值量化數學計算模型,確定具體的計算指標;s3,容差分析建模,即通過定義分析對象、裝配約束關系以及尺寸公差,建立釘孔配合合格率分析模型;
s4,合格率計算,基于釘孔配合合格率分析模型,進行機表連接件安裝合格率計算;s5,判斷步驟s4的計算結果是否滿足裝配需求;若滿足裝配需求,則結束計算,給出連接件安裝可行性結論;若不滿足裝配需求,則進行關鍵因素識別,并調整關鍵因素數值,然后從步驟s2開始循環,直至步驟s4的計算結果滿足裝配需求。
6.優選的,所述步驟s1中,確定定位原則是采用預先在飛機蒙皮和骨架上的釘孔中選擇出定位孔,通過兩孔一面定位原則對飛機的蒙皮和骨架進行定位。
7.優選的,所述步驟s1的定位原則中,選擇的兩個定位孔在蒙皮長度方向上的間距l1=0.6~0.9l,在蒙皮寬度方向上的間距l2=0.5~0.8h,其中,l和h分別為蒙皮最大輪廓的長、寬尺寸。
8.優選的,所述步驟s1的定位原則中,是采用工藝螺栓9配合定位孔進行定位,且所用工藝螺栓9的直徑等于機表連接件的直徑。
9.優選的,所述步驟s2中,建立釘孔配合數學模型的過程中,是將機表連接件安裝合格率的計算轉換成在滿足步驟s1中定位原則的釘孔配合間隙平均值的合格率,且釘孔配合間隙平均值要保證骨架和蒙皮獨立制孔后,機表連接件不干涉裝配,則有釘孔配合數學模型c=(d1+d2)/2-d,其中,d1和d2分別為蒙皮和骨架上釘孔的孔徑,d為機連接件直徑,c為骨架/蒙皮與機表連接件的釘孔配合間隙。
10.優選的,所述步驟s3中,是基于釘孔配合數學模型c=(d1+d2)/2-d建立釘孔配合合格率分析模型c
mean
=((d
1max
+d
1min
+d
2max
+d
2min
)/2-(d
max
+d
min
))/2;其中,d
1max
和d
1min
分別為蒙皮上釘孔的最大孔徑和最小孔徑,d
2max
和d
2min
分別為骨架上釘孔的最大孔徑和最小孔徑,d
max
和d
min
分別為機表連接件的最大直徑和最小直徑,c
mean
為釘孔配合間隙平均值。
11.優選的,所述步驟s5中,滿足裝配需求是指所有釘孔處的c
mean
≥90%。
12.優選的,所述步驟s5中,關鍵影響因素識別是當c
mean
<90%時,對影響合格率的因素按貢獻度進行排序,貢獻度超過10%的定義為主要影響因素。
13.優選的,所述步驟s5中,調整關鍵因素數值是通過壓縮釘孔的孔徑公差帶,提高釘孔配合精度,以及更改孔徑名義尺寸,放大配合間隙。
14.本發明帶來的有益效果:本技術方案采用了容差分析模型進行what-if分析以識別影響釘孔安裝的關鍵因素,顯性化各個因素對合格率的影響權重,根據量化結果找出關鍵因素并進行改進,并進一步提出壓縮孔徑公差以及調整孔徑名義尺寸的方法,能夠有效的提高釘孔配合精度以及放大配合間隙,提高螺栓的裝配合格率,降低了對孔位置度的公差要求,減少了機床精度保障與工藝過程保障內容,大幅提高了加工效率,保證了骨架和蒙皮合格加工與順利交付。
附圖說明
15.圖1是本技術方案的的實施流程。
16.圖2是定位孔與待分析孔選擇的示意圖。
17.圖3是骨架/蒙皮配孔配合關系示意圖。
18.圖4是骨架/蒙皮獨立制孔釘孔配合關系示意圖。
19.圖5是影響合格率的關鍵因素及相互關系示意圖。
20.圖6是工藝螺栓和機表連接件的結構對比示意圖。
21.圖7是機表連接件安裝合格率計算典型模型示意圖。
22.圖8是孔徑名義值調整示意圖。
23.圖中:1、骨架;2、蒙皮;3、機表連接件-螺栓;4、密封膠/膠墊;5、機表連接件-螺母;6、第一定位孔;7、第二定位孔;8、待分析孔;9、工藝螺栓。
具體實施方式
24.下面結合附圖和實例對本發明做進一步說明,但不應理解為本發明僅限于以下實例,在不脫離本發明構思的前提下,本發明在本領域的變形和改進都應包含在本發明權利要求的保護范圍內。
25.實施例1本實施例公開了一種預測并提高飛機部件機表連接件安裝合格率的方法,作為本發明一種優選的實施方案,如圖1所示,包括確定定位關系與分析對象、建立釘孔配合數學模型、容差分析建模、合格率計算、關鍵影響因素識別以及調整關鍵因素數值。具體如下:步驟一:確定定位關系與分析對象根據實際蒙皮2結構尺寸以及與骨架1的裝配關系,確定定位原則,并規劃分機表連接件的數量與分布。同一張蒙皮2上一般采用相同的機表連接件(包括機表連接件-螺栓3和機表連接件-螺母4)進行連接。在實際蒙皮2安裝過程中,根據工藝經驗選取一定數量的定位孔,使用穿心夾進行定位拉緊,由于穿心夾直徑小于定位孔孔徑,且直徑精度低,導致蒙皮2定位精度較差,影響后續連接件的安裝,基于此,本技術方案如圖2所示,確定待分析的骨架1和蒙皮2結構,蒙皮2和骨架1通過兩孔一面定位,所選擇兩個定位孔(第一定位孔6和第二定位孔7)在蒙皮2長度方向上的間距l1=0.6~0.9l,在蒙皮2寬度方向上的間距l2=0.5~0.8h,其中,l和h分別為蒙皮2最大輪廓的長、寬尺寸。進一步的,采用工藝螺栓9進行定位,工藝螺栓9直徑d1=d,d正式的機表連接件的直徑,具體結構對比如圖6所示。進一步的,如圖2和圖7所示,選取在蒙皮2表面選取一定數量的釘孔作為分析對象,并命名為待分析孔8(待分析孔8數量≥2),且相鄰待分析孔8之間的間距l3=200~300mm。。
26.步驟二:建立釘孔配合數學模型將機表連接件的安裝合格率計算轉換為基于釘孔配合的可數值量化數學計算模型,確定具體的計算指標。具體是根據步驟s1確定的分析對象,根據待分析孔8的配合關系以及幾何尺寸,建立釘孔配合數學模型。如圖4所示,骨架1和蒙皮2獨立制孔后保證機表連接件不干涉裝配,需滿足d
1-d-p1≥0,且d
2-d
2-p2≥0,其中,d1和d2分別為蒙皮2和骨架1上釘孔的孔徑,d為機表連接件的直徑,p1和p2分別為骨架1與蒙皮2制孔位置度要求,c為骨架1/蒙皮2與機表連接件的釘孔配合間隙。進一步的,機表連接件與釘孔過渡配合時,釘孔配合間隙c=(p1+p2)/2=(d1+d2)/2-d,取,c=(d1+d2)/2-d建立釘孔配合數學模型。
27.步驟三:容差分析建模與分析其中,機表連接件安裝合格率的分析可轉換成在一定的裝配約束關系下,滿足釘孔配合間隙的合格率。即通過定義分析對象、裝配約束關系以及尺寸公差,建立釘孔配合合格率分析模型。選取平均值作為分析目標,用于評價機表連接件安裝合格率,基于如圖4所
示的釘孔配合關系,存在如下關系式:c
max
=(d
1max
+d
2max
)/2-d
min
;c
min
=(d
1min
+d
2min
)/2-d
max
;c
mean
=((d
1max
+d
1min
+d
2max
+d
2min
)/2-(d
max
+d
min
))/2;其中,d
1max
和d
1min
分別為蒙皮2上釘孔的最大孔徑和最小孔徑,d
2max
和d
2min
分別為骨架1上釘孔的最大孔徑和最小孔徑,d
max
和d
min
分別為機表連接件的最大直徑和最小直徑,c
max
和c
min
分別表示骨架1/蒙皮2與機表連接件的釘孔配合間隙的最大值和最小值。
28.c= c
max
(孔最大軸最?。?,為最理想的配合關系,理論上合格率最高;c= c
min
(孔最小軸最大),為最差的配合關系,理論上合格率最低;c= c
mean
(釘孔均取平均值),可用來評價實際裝配的合格率。
29.步驟四:合格率計算基于釘孔配合合格率分析模型,進行機表連接件安裝合格率計算。
30.步驟五:關鍵影響因素識別結合合格率計算結果進行分析,當結果c
mean
的合格率(c
mean
)≥90%時,則連接件能夠順利放入孔內,當合格率(c
mean
)<90%時,則進行影響合格率的關鍵因素識別,對計算結果的貢獻度超過10%的公差定義為主要影響因素。依據容差分析理論,貢獻度是指參與計算的每個公差變量對計算目標累積偏差的百分比,所有公差貢獻的百分比和為1,每個公差的貢獻度可以通過尺寸鏈傳遞模型或者容差分析軟件計算得出。對影響合格率的因素按貢獻度進行排序,貢獻度超過10%的定義為主要影響因素,根據計算結果,影響合格率的主要因素為蒙皮2/骨架1孔位置度、釘孔配合精度以及配合間隙,如圖5所示。
31.步驟六:調整關鍵因素數值由于孔位置度是由機床精度決定,孔位置度提升空間有限且難以達到,只能通過調整釘孔配合精度和配合間隙兩個方面提升連接件安裝合格率。由于連接件為標準件,公差更改困難,因此從可以通過壓縮孔徑公差來提高配合精度以及調整孔徑名義尺寸增大配合間隙。
32.壓縮孔徑公差帶:孔徑精度越高,加工越穩定(cpk),機表連接件安裝越可控,而目前數控制孔的能力在3σ(3σ準則)以上,加工孔徑較為穩定,因此,可以通過調整制釘孔精度,保持蒙皮2/骨架1上釘孔的孔徑上偏差不變,調整孔徑的下偏差,壓縮公差帶δ1和δ2為0.03~0.05mm,以達到增大孔徑中間值d
mean
以及增大配合間隙的效果,釘孔配合間隙越大,機表連接件安裝越容易,安裝合格率越高。壓縮完公差后,從步驟二開始循環,判斷合格率是否>90%。
33.調整孔徑名義尺寸:若壓縮孔徑公差依然無法滿足合格率要求,則需要進一步放大配合間隙。則有釘孔配合間隙c=d1+δ1+d2+δ
2-(d+δ3),其中,如圖8所示,δ1、δ2、δ3分別為三個釘孔的直徑公差帶寬,在不改變連接件尺寸和孔徑公差帶的基礎上,通過放大蒙皮2/骨架1上釘孔的孔徑名義尺寸來增大配合間隙。在保證孔徑公差帶δ不變的情況,蒙皮2/骨架1上釘孔的孔徑名義尺寸改為d+

,從步驟二開始循環,重復計算直至其滿足合格率要求。

表示對應釘孔的孔徑增量,每次的增量為+0.01mm;d為蒙皮2或骨架1上釘孔的孔徑,可以是(蒙皮2或骨架1的)最大孔徑d
max
或最小孔徑d
min
。
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