装配关键技术（精选9篇）
装配关键技术 篇1
船舶是一个庞大的系统, 在建造过程中需要较多的步骤协同完成。其中, 船舶构件装配作为船舶建造的基础, 基于计算机和信息技术的装配仿真技术在这一环节中应用较为广泛。该技术通过数字化设计平台来构建产品模型, 对仿真环境中显示的产品进行操作和分析, 实现装配过程和测试过程的仿真处理。可见, 研究分析船体装配工艺, 对相应的虚拟装配技术进行分析研究, 对于提升船体装配技术应用水平具有重要的现实意义。
1. 船体装配的工艺探讨
1.1 船体装配基本流程
(1) 部件装配:将标准化生产的船体零件通过焊接组合的方式形成相应的组件, 完成部件装配流程。
(2) 分段装配:在完成部件装配环节后, 将相应部件根据船体分段结构进行焊接组合, 形成分段船体, 完成分段装配流程。
(3) 分段总组:在船体分段装配完成后, 根据曲面分段等标准进行组装, 完成船体主体结构拼装焊接。
(4) 总装合拢:将船体分段总组部分在船台进行整体焊接组装形成完成船体。
其中, 船体分段制造方法包含以下几种:
放射法:首先进行船体纵骨的安装, 然后以纵骨为中心进行船体肋板与间断桁材的安装, 板材间交叉安装, 最后进行桁材吊中。
插入法:首先进行船体间断桁材的安装, 然后进行肋板安装, 最后进行桁材吊中, 该制造方法适用于横骨架或中型船。
框架法:根据船体分段标准进行划线与铺板焊接, 在船体胎架上进行框架搭建, 最终通过分段焊接完成船体装配。该方法是当前船体装配工艺应用较为普遍的形式。
1.2 船体装配分段划分及编码方法
船体装配分段划分首先应满足装配工艺可行性标准, 按照船体装配流程与进度进行分段划分, 保证生产的连续性与各段船体装配的均衡性。根据装配对象船体特征进行分段, 保证结构对接强度要求。
具体要求包含以下几个方面:
(1) 船体分段划分应保证相应自动化装配焊接设备的展开与应用。
(2) 分段位置应保证一定的接缝裕度, 控制结构整体合理性, 便于进行装配操作。
(3) 分段结构接头部位形式应与装配工艺相匹配, 船体板材与骨架相错开, 间距维持在一档肋距水平范围。
(4) 船体分段划分应充分考虑钢材长度与规格等材料条件, 确保同一分段内材料的统一性。
1.3 船体装配胎架的划分
(1) 正切胎架。该类型胎架基准面与船体肋骨剖面相垂直, 呈现结构正切特点。该类型胎架结构简单, 便于制作, 能够充分简化船体装配中的划线、安装、检测等多个环节的操作, 在部分线形较小船体装配中较为适用。
(2) 单斜切胎架。该类型胎架基准面与船体肋骨剖面相垂直, 同时与船体基面成一倾角, 呈现斜切特征。该类型胎架便于制作, 以斜板为基准侧造易于操作。
(3) 正斜切胎架。该类型胎架基准面与船体基线面相垂直, 同时与肋骨剖面成一个倾角, 适用于首尾部较大分段船体装配。
(4) 双斜切胎架。该类型胎架与船体基准面成一倾角, 且不垂直肋骨剖面。这种胎架形式能够有效降低胎架高度, 但制造、划线、安装等操作环节复杂, 适用于线型变化较大的舷侧分段船体。
2. 船体装配模型应用分析
2.1 分段构件模型的建立
在船体装配分段构件模型建立过程中, 相关构件主要分为与船体曲面形状相关和不相关两类。就与船体曲面形状相关的构件而言, 模型构建的主要对象为肋骨、肋板等, 需要结合船体整体曲面设计需求进行模型建立。该类构件模型的建立通常借助相关船体设计数据库展开, 由数据库内部构件编号进行船体曲面形状设计判断, 在相关的情况下, 可通过数据库打开曲面文件显示构件和船体的放样剖面, 从而进行构件与船体交线的计算, 以此获得构件轮廓模型。相关脚线长度信息可作为焊接装配参数使用。在获得构件轮廓交线后, 在线形位置添加相关控制点, 对构件曲面拟合度进行控制, 相应控制点坐标即为模型内部排序条件, 再以此为基础创建文件, 通过坐标信息完成模型构建。
2.2 分段模型的装配设计
分段装配模型设计主要是对上述模型内部参数的调整与修改。模型文件内部装配模块通过参数的调整实现设计目标的优化, 将各构件模型按照分段装配要求进行组装, 按照顺序形成较大模块, 进而实现分段装配、分段总组、总装合拢等操作, 最终形成整船模型。分段模型装配设计过程中, 相关构件的装配信息为参数化编号, 可采用构件装配、分组装配和分段装配等形式进行设计验证。设计人员在进行装配设计的过程中可以选择单个构件进行浏览, 也可以选择一组构件进行装配, 装配时出现重叠情况会显示红色, 点击干涉检查后会列出相应构件信息。装配后的配合关系被分成组放入名为“配合”的配合组中, 装配后的信息被保存在装配表中, 模型被保存为装配体。
2.3 分段装配模型的管理
船体分段模型管理是保证整体设计合理性与构件拟合度的关键, 同时也是保证设计过程标准与规范性的重要基础。在进行模型修改的过程中, 其他相关构件的修改可根据相关性进行方便改动, 如舱壁和舱壁上的纵骨的修改。对应构件的关联修改只需修改主构件的设计参数便可完成, 设计系统内部关联修改模块将自动完成配合性的修改匹配, 设计人员进行设计刷新后便可获得新的模型设计方案。装配体采用树状结构来记录装配过程中的构件特征及与之相关的特征, 将各种参数保存在数据库中, 可输出所建构件的生产信息及主要设计参数。
2.4 分段装配顺序显示
分段装配顺序的显示对于装配操作的顺利进行有着关键的影响, 同时对于船体装配成本与效率有着决定性的影响。当前, 分段装配显示主要依托于CAD设计软件内部的计算程序来实现, 对于多步骤装配操作进行合理地显示。同时, 船体装配设计参数与信息在虚拟装配平台内部能够对装配显示进行一定的规范, 从而对装配流程的合理性进行检验。在相关装配步骤间存在干扰的情况下, 系统能够进行提示, 提醒设计人员进行装配顺序修改, 直至形成完整合理的装配流程。在此过程中, 设计人员能够对装配方案进行全过程模拟演示, 通过碰撞检测可以发现构件重叠的地方。
3. 船体装配检验与优化研究
3.1 工艺标准检验
船体装配工艺应满足以下标准:
(1) 船体中心线位置对称构件应与钢板厚度中间值相同, 如中底桁、甲板中桁材等。
(2) 封闭型对称型材装配应与所在结构对称轴相一致, 如组合型材和轧制型材等。
(3) 船体舱口围板、主机基座等位置桁材装配应与自身中心线相吻合, 位于船体中心线外侧的结构应靠近自身中心线一侧。
(4) 边水舱纵舱壁板取背中心线, 边水舱的纵舱壁板及顶边水舱的斜傍板以背离中心线的一边为理论线。
3.2 运行模拟检验
船体装配后的模拟运行是检验其装配质量的关键环节。具体是, 将装配后的船体通过软件模拟其实际运行, 通过运行过程对其实际使用效果进行检验, 从而发现质量薄弱环节或装配不合理的地方, 从而根据模拟结果对模型设计以及装配进行调整, 实现相关模型的修成与装配优化。当前借助软件平台进行的船体装配运行模拟, 通常采用逐次约束与条件作用相配合的形式进行, 单次运行模拟结果并非最优结果, 需要进行多次的调整与优化并借助多次仿真模拟才能充分体现船体在实际水域中的运行状态。另外, 优化后的造船生产作业流程也不是一成不变的, 需要在应用过程中经过反复修正并通过实践检验后, 才能更好地加以实践应用。
结语
综上所述, 本文针对目前所使用的虚拟分段装配相关内容进行了研究, 对船舶制造过程中结构模型的构件进行了分析, 并针对分段装配中模型的管理、信息的管理等内容进行了论述。本文详细分析了船舶分段装配首先需要将虚拟装配信息存入相应数据库中, 并验证可能生成的装配路径、顺序, 继而对装配路径、信息进行规划, 从而实现虚拟干涉检查以及装配, 及时发现设计中存在的问题, 为船舶数据产品模型的信息化集成设计与管理奠定了基础。
摘要：随着科学技术水平的不断提升, 我国船舶制造行业进入了新的发展阶段, 船体装配技术的应用更是呈现出了新的特点。船体装配过程中, 构件组装与分段装配是影响整体工艺水平与效率的关键环节, 其中涉及的影响因素较多, 需要采取系统性的技术应用流程才能保证船体装配的正常进行。在当前的船体装配过程中, 引入数字信息化的建模、设计、装配以及模拟功能, 通过仿真系统实现了高效的船体装配技术应用。本文以船体装配技术工艺要点展开论述, 探讨分析了数字化平台上船体装配关键技术的应用, 旨在提供一定的参考与借鉴。
关键词：船体,装配,设计,模拟
参考文献
[1]孔凡凯, 张家泰, 钟宇光.船体分段模块装配工艺决策研究[J].海军工程大学学报, 2015 (5) :63-67.
[2]魏莉洁, 蔡厚平, 施利娟.船体装配仿真实训系统的设计与开发[J].船海工程, 2014 (6) :48-51.
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装配关键技术 篇2
飞机先进装配技术及其发展
介绍了国外飞机先进装配技术的发展状况,包括自动化装配的`工装、单元、制孔、钻铆技术及自动化装配系统,并对国内飞机装配技术的发展提出了建议.
作 者：魏志刚 薛亮 作者单位：海军驻成都地区航空军事代表室,成都,610092刊 名：海军航空工程学院学报 ISTIC英文刊名：JOURNAL OF NAVAL AERONAUTICAL ENGINEERING INSTITUTE年，卷(期)：200924(1)分类号：V221关键词：飞机 装配技术 发展
电器盒自动装配技术的探讨 篇3
摘要：本文首先分析电器盒组装技术，通过采用自动化成线生产方式代替人工工序，探讨电器盒自动装配的可行性及解决方案，最后电器盒自动装配技术具有较好的实施效果及应用。
关键词：电器盒；自动化；装配技术
1.电器盒组装技术分析
（1）通过对电器盒组装段结构工序进行分析，得出电器盒组装工艺都包括了以下程序：第1人在散热器上剝贴矽胶片→第2人进行刷涂散热膏→第3人安装散热器及锁螺钉→第4人安装PCB板→第5人预打模块螺钉→第6人预紧模块螺钉→第7人锁紧模块螺钉→第8人锁主板螺钉等，这些均有共同点。
（2）设备工艺布局优化分析：为提高非标自动化设备的成功率和可靠性，优先考虑工序分解满足关键工艺设备的自动化要求；为满足生产要求，需考虑采用自动化成线生产方式替代人工工序间传送；为了均衡各自动化工序节拍，需分解某些复杂的手工工序（如将第3人装
散热器和锁螺钉工序分为装散热器工序和固定散热器工序）；为替代人工检验工序，需考虑在某些重要工序后进行设备自动检验（即NG品的自动剔除）；最后自动化线体规划还要考虑到工序前后的接驳。
2.电器盒自动装配技术的目标
（1）自动化目标：实现电器盒注塑件（A）、散热器（B）、矽胶片（C）、散热膏（D）、PCB主板（E）和螺钉（F）等零部件的自动化装配。
（2）生产目标：联机生产同一种产品的单个节拍时间≤13s/件。
（3）质量目标：设备整体自动化装配的质量合格率要求≥99.1%（去除人工误操作因素），且最后一道工序（合格品的取出）为100%的合格品。
3.电器盒自动装配的解决思路和方案
为实现以上目标，分解和制定了以下自动化实施方案进行评估验证过程。
3.1 规划设计电器盒自动装配线的整个工艺布局可行性方案
具体生产线流程如下：
电器盒工装自动上线→第1人将电器盒外壳和主板放置到电器盒工装上→自动贴矽胶片（辅线）第2人批量放置散热器到输送线上→机械手抓取散热器放置到电器盒工装上→自动刷涂散热膏→机器人自动装配散热器→自动拧螺钉固定散热器→不合格品（NG）自动取出工位→第2人取PCB板装配到电器盒上→自动预打主板散热器上的5个M3螺钉→自动预紧主板散热器上的5个M3螺钉→自动锁紧主板散热器上的5个M3螺钉→自动拧主板上的1颗ST4.2×9.5TB的螺钉→不合格品（NG）自动取出→电器盒部件（合格品）自动出料到接驳皮带线上（同时电器盒外壳工装自动返回）→电器盒部件（合格品）进入人工接线工位
3.2 部分重要工序的自动化可行性解决方案
3.2.1 电器盒自动传送定位解决方案
（1）为满足生产线连续多工位自动化装配要求，将电器盒工装的主体结构设计为工装板形式，为保证工装板的强度和刚度，减轻重量和考虑到易切削加工性、导电性和防静电要求，传送工装主体采用铝合金（6063）压制钢板。
（2）为保证设备传送过程中的精度，保证输送工装的耐磨性，采用镶边形式。
（3）与输送倍速链条滚轮接触的工装板两侧底部采用调质中碳钢（40Cr）镶边，以主体工装主体不被链条的滚轮磨掉。
（4）在工装定位过程中，与输送线上阻挡器接触的工装板前后两侧，采用调质中碳钢（40Cr）镶边，以防止工装板前端被阻挡器上端滚轮碰花、划痕而精度失效。
（5）为保证工装板传送过程中的精确定位，采用的先是阻挡器粗定位，再进行定位销和定位套（工装板上镶入定位套）的精确定位方式。具体流程为：接近传感器检测工装板到自动化工位→阻挡气缸上升→阻挡气缸上的滚轮挡住工装板前端U型槽口→升降气缸通过导柱导
套带动定位销（通过圆柱销（1个）和菱形销（3个）组合定位原理）插入工装板上相应的定位套中→上升到位（采用机械限位，使工装板每次均升到同一高度，不受链条磨损影响）→实现工装板的精确定位。
3.2.2 自动装配散热器解决方案（5ST），自动化流程如下：
（1）工装到达以后，通过付加在工装下部的检出跟踪器，接近开关将变成ON，确认工装到达；
（2）工装被确认到达后，工装的定位销将上升，将工装固定于指定的位置（定位销有4支）；
（3）散热器安装到电气盒的卡扣部，如上图那样，将散热器倾斜，嵌入卡扣按押进去，然后将散热器垂直插入即安装完成；
（4）安装完成后，安装工装的指定的位置；
（5）安装确认，若是Power Box的Hand侧的2支浮动Pin能设置安装正确认的话，Pin上升，近接Sensor能确认移动安装；
（6）安装完了后的散热器 Hand，Unchuck后，返回至指定位置；
（7）电气盒用Hand也将Unchuck，返回指定位置；
（8）set完了后，治具pallet定位pin下降，治具pallet通过链式输送带搬送至下一工位。
3.2.3 模块自动打螺钉1解决方案（9ST），自动化流程如下：
（1）工装到达以后，通过付加在工装下部的检出跟踪器，接近开关将变成ON，确认工装到达；
（2）工装被确认到达后，工装的定位销将上升，将工装固定于指定的位置（定位销有4支）；
（3）拧螺丝将分3段进行，首先螺丝到位前高速，低扭力进行。数显伺服电动螺丝批可以自由设定扭力和分段拧螺丝。拧紧扭力在0.03N·M～0.2N·M间可调节。
（4）有关于螺丝拧紧时的检查，螺丝有无的检出，浮起检出，滑牙（螺纹不良）检出，依各类检出判断其OK，NG。NG的时候，搬送工装上的NG FLAG会被推出，下一工序开始的作业不实施，NG品由NG取出部取出。
（5）拧完螺丝后，工装定位销下降，工装通过链式输送带送至下一工位。
4.电器盒自动装配技术实施的效果（如表1）
表 1 电器盒自动装配技术实施的效果
5.电器盒自动装配技术的应用总结
（1）此次高精尖非标自动化设备研发，是一次大的设计理念洗礼，方案从设计、工艺源头进行了剖析，对结构和部分定位尺寸做了很多标准化的优化改善以适应设备自动化要求，不仅减少了产品的种类，减少了自动化产品切换时间，更多的是提高了产品的一致性，使不同批次产品做到了通用互换性。
（2）通过此次高精尖非标自动化设备研发，不仅突破了多项核心技术，更多的是掌握了很多未知非标设备研发的严谨性，进一步优化了非标设备研发流程。
（3）设备非标研发过程跌宕起伏，虽历经了20余次调研和试验分析，自动化工艺布局方案审定、结构改进评审、产品结构改善、自动化工艺参数确定、工艺质控评审、安全评审、生产试用评审等工作，也通过现场长时间的蹲点，反复观察问题点发生，不断对问题点进行总结，不断商对解决方案进行了多次长时间的生产验证，最终达到了预期目标。
参考文献：
[1]郭运波，路长厚.基于变压器油箱的自动装配系统的开发[J].机械设计与制造，2008（02）.
[2]王小牧.西门子PLC在底火成品自动装配线中的运用[J].机床电器，2006（04）.
基于三维模型的装配关键技术分析 篇4
(1) 虚拟装配。在三维CAD环境下建立零部件三维模型, 并以“搭积木”的形式组合起来, 形成装配体的三维模型。 (2) 精度分配。装配信息的完整准确表示是装配序列正确生成的先决条件。由于在装配体零件构形时只考虑了实际尺寸, 而对零部件的公差、精度要求并无体现, 所以在这一环节要根据装配尺寸链进行精度的分配, 充实装配体的实体信息。精度分配是进行产品装配的基础。 (3) 装配序列规划。在产品的装配过程中, 装配同一产品可以采用不同的装配顺序, 这些不同的装配顺序形成了不同的装配序列。 (4) 干涉检验。在装配完毕以后, 为了保证装配模型的有效性, 必须检查装配体各零件之间是否有干涉。选中整个装配体, 并将重合情况视为干涉, 开始进行干涉检查, 由于数据量比较大, 系统需要等待一定时间, 在干涉检查完毕后, 系统会将发生干涉的零件及干涉体积显示出来, 以供设计人员寻找干涉地方和进行零件几何形状的修正。 (5) 装配序列评价。装配序列的评价针对所有的可行装配序列, 依据某种评价标准, 对影响装配序列的各种因素进行评价, 筛选出较好的装配序列。
2 装配关键技术
2.1 装配精度分配
任何产品都是由许多零件和部件组成, 装配精度就是组成产品的零、部件装配后实际几何参数与理想几何参数的符合程度, 它通常是根据产品使用性能、使用效果、精度和寿命等综合指标来确定的。装配体的质量要求, 包括装配体的性能指标、工作效率、几何位置精度、传动精度和使用寿命等。
在装配中应对装配精度进行两方面分析:一是功能性分析, 即分析和确定对装配体的功能起关键作用的关键尺寸, 其目的是对一个或多个功能尺寸生成装配尺寸链, 进而进行公差的分析;二是装配性分析, 根据装配时零件间的配合情况调整配合公差等级, 合理分配公差, 保证零件能够成功配合装配在一起并符合装配质量要求。
2.2 装配序列规划
按照某些装配序列, 可以较顺利地组织装配, 最终达到设计要求。而由于各种原因, 有些装配序列的采用不能达到指定的装配目标。装配序列规划就是在给定产品设计序列的条件下, 找出那些合理、可行的装配序列, 并从中选取最优的序列, 按照这样的序列, 可以达到预期的装配目标。
装配序列是决定装配过程的复杂性和可靠性的重要因素, 利用产品设计中的数字化信息, 用计算机生成产品装配序列, 选择适合装配环境的较好的装配序列, 对于改进产品设计、设计装配系统 (装配单元或装配线) 、确保装配可行性、提高装配效率、降低装配成本、缩短产品的开发周期具有非常重要的意义。利用计算机进行产品装配序列规划, 可以弥补产品设计者经验的不足, 形成统一的评价标准, 避免由于遗漏好的装配方案而造成装配成本与时间的浪费。对复杂的产品装配, 可以从所有可行装配序列中找到最佳方案, 同时产品设计者可以根据装配序列规划反馈的信息改进设计。
2.3 影响装配序列规划和评价的因素
在只考虑几何约束的情况下, 一个产品往往存在一个或几个可行装配序列。分析影响装配序列规划的因素不但可以在装配工艺制定时就给予相当关注, 而且可在装配序列优选时作为评价性指标。装配序列的影响因素有多种, 本文在对各种影响装配序列的因素进行比较分析与综合评估基础上, 得出六个影响装配序列的最主要因素: (1) 结构对称性, 结构不对称的零件应尽量排在装配序列的前端。如轴类零件一般排在箱体后装配。 (2) 装配关系数, 一个装配序列中装配关系多的零件 (非紧固件) 在前端装配比在后端装配更容易实现。 (3) 零件的质量和体积, 装配序列的易装配性与零件的质量与体积也有较大联系, 一般大且重的零件应先装, 中等质量和体积的零件应在中间装, 轻和小的零件应后装。 (4) 装配逻辑, 逻辑顺序是指装配操作对应的两相关零件间的顺序要求, 是设计者按技术要求和设计经验规定的一种顺序要求, 是可不被必须满足的软约束。 (5) 装配方向变换, 装配方向变换性对装配时间和装配效率影响较大。 (6) 配合精度, 零件在进行装配时, 要特别考虑配合精度问题。
3 面向三维模型的产品装配总体方案
由以上面向三维模型的装配过程分析和关键技术的理论及方法研究, 提出面向三维模型的产品装配总体方案。从面向三维模型的产品装配总体方案流程图中可以看出, 本文从已构建的三维装配体模型出发, 研究计算机辅助的装配设计, 具体包括以下内容。
(1) 装配精度分配。搜索装配体模型, 获取所有的装配关系和基本尺寸信息, 形成变动几何约束网络, 搜索其最小回路形成装配尺寸链, 按照模糊精度分配方式对装配精度进行分配。 (2) 装配序列规划。搜索装配体模型所有配合功能表面, 构建装配关系模型并用装配关系图的形式进行表达, 根据零件功能表面间的配合程度确定关联指标评价值。计算关联强度, 在装配关系图上划分子装配体。并分层进行装配序列规划; (3) 装配序列评价。生成装配序列并对其装配过程进行干涉检验, 筛除不合理的装配序列。在此基础上利用基于信息熵的评价方法对序列进行评价优选, 从而得到最优的装配序列。
按照此步骤, 就可以顺序实现装配精度分配、装配序列规划和装配序列评价。但在具体实施过程中, 一些具体步骤, 如代表装配精度要求的封闭环就需要通过人机交互形式来指定, 装配约束的获取和装配实体的获取等均需要计算机辅助来实现。这就要求提供系统功能支持。因此, 考虑在现有CAD系统上进行二次开发, 对各功能流程化实现, 形成完整的体系结构。
4 结语
本文首先对面向三维模型的装配过程进行分析描述, 提出本文重点研究的几项关键技术;其次, 对装配精度分配、装配序列规划的有关内容和研究意义作以阐述并提出影响装配序列规划和评价的六个重要因素, 充分考虑它们对装配序列规划和装配序列评价的影响作用。最后, 围绕实现装配中这几项关键技术的目标提出了总体思路, 并简述其实现过程。
参考文献
[1]朱文伟, 杨昌明, 张胜恩.网络化参数化建模及自动装配的研究[J].机械设计与制造, 2008, 5.
汽车制造与装配技术专业 篇5
一、培养目标
本专业培养适应汽车制造厂、汽车配件制造厂、汽车检测部门等第一线需要的高素质技能型专门人才。
二、就业方向
本专业毕业生主要面向汽车制造企业、汽车零部件生产企业、汽车检测部门就业渠道可以覆盖汽车装配、汽车零配件生产、汽车保养、汽车维修、汽车检测、汽车技术服务等岗位群。
三、人才培养规格和知识、能力、素质结构
毕业生具有从事汽车装配与调试的基础理论知识、专业知识和从事本专业领域实际工作的基本能力和基本技能，具有良好的职业道德和健康的体魄。
1．知识结构
（1）掌握本专业必须的机械制图、机械基础、工程材料及电工与电子技术等基础理论，能熟练的运用与本专业相关理论知识；
（2）具备汽车装配技术的基本知识；
（3）有一定的中、英文水平，能熟练地运用和处理本专业一般性中、英文技术资料；
（4）熟练掌握计算机基本理论和应用技能，能运用Office办公软件和网络信息技术进行汽车行业管理及日常业务工作；
（5）掌握现代文化的特征，吸收中华民族传统文化的精髓，熟悉写作技能，懂得社交礼仪，具备设计企业文化的能力；
（6）具有汽车生产企业的基本运行与管理知识。
2．能力结构
（1）具有机械图纸的识图能力；
（2）具有汽车装配与调试能力
（3）具有汽车制造材料的选择和识别能力；
（4）具有借助词典阅读本专业翻译本专业英文资料、并有初步的英语会话的能力；
（5）具有汽车性能检测能力；
其核心能力是：汽车装配与调试能力
3．素质结构
（1）具有良好的职业道德和思想品德；
（2）明确学习目的，端正学习动机，正确处理群体关系，能以积极健康的心理状态面对现实，面对未来，面对社会；
（3）具备年轻人应有的健康体质、掌握基本体育锻炼技巧，能按时按计划完成既定的学习任务，并以充沛的体力和坚强的毅力完成毕业以后的工作任务；
（4）通过校园第二课堂，科技小组等，培养学生基本的语言沟通能力、信息收集和分析整理能力以及人际交往能力，培养学生诚信合作的品质，使学生具备团队协作的精神和集体主义的观念。
四、主要课程设置
机械制图及CAD、机械基础、汽车装配工艺、汽车制造技术、汽车性能检测技术、数控加工技术等。
其核心课程有：汽车装配工艺、汽车制造技术、汽车性能检测技术等。
五、主要实践教学环节
包括汽车维修仿真模拟训练、金工实习、顶岗实习、毕业实习及毕业论文等。
六、本专业可获得的职业资格证书
全自动轴承装配机研制的关键技术 篇6
1 系统组成
全自动轴承装配机的具体结构比较简单, 主要是由两台机器合并组成的机组。这两台机器分别是分选合套机和装球机。这两台机器说是两台实则一台, 他们通过机械的方式被连接在一起。两台机械内部链接使用的是电气连接系统, 控制装置为可编程控制器, 编程控制器使用的是国外较为先进的零件机芯, 有一台输入机和两台输出机共同组成。两台机械中使用了较多的执行程序机构和输出元器件, 同时连接在一台可编程控制器上。
2 准确的实现外圈分选入库
全自动轴承装配机实现了准确的外圈分选入库, 对于外圈的分选入库主要有两个技术难题需要解决, 即准确的分选, 以及准确的入库。对于全自动轴承装配机来说, 实现准确的分选主要还是依靠精确的测量来保证的, 该机型采用的是三点定位、两点测量的方法来确定准确分选的。具体的分选过程主要是利用电感测微仪测出两个侧头信号的平均值后, 输入到可编程控制器的转化模块中, 经过转化块对数据的分析研究, 得出数字量与电感测微仪表头指针相同的度数。再由质量鉴定部门对相应的技术数据进行鉴定, 比较该机的内外测量机构的示值和重复精度的示值, 如果在规定的范围之内, 就说明该机已经实现了外圈的准确分选。
目前, 国内轴承厂家加工外圈沟径的工艺水平还不是非常先进, 与国际上的先进水平相比还存在一定的距离。因此, 该机型设计的外圈沟径适合当前的技术水平。全自动轴承装配机设计了较多的库, 同时也设计了过大过小的出料口, 对于不合适、不符合技术要求的零件马上就对其进行筛选。外圈入库是此种机型的关键的技术环节。在研究的过程中, 有两套方案和办法来确定入库的方法:一种是比较简单的入库方法, 不需要对计算机的程序进行编辑。但是该种方法并不能很好地解决准确入库的难题。具体来说, 是由于在入库的过程中通过气缸将每个测完的外圈马上推入到库中, 但是由于气缸在推入的过程中会产生较大的冲击力, 因此不能很好地将测完的外圈平稳地推入库中, 这就出现了外圈入库不可靠的现象。另一种方法主要是利用电脑编辑程序, 再由传送链将测量好的外圈传送到库中。这种方法比较复杂, 属于智能型的入库程序。将电脑的程序编辑好, 通过待机记忆入库。电脑对已经测量好的外圈存储在一起, 同时对测量的外圈的个数进行记忆, 然后由电脑发出指令后, 一同将这些测量好的外圈传输到库中。
3 外圈内圈的准确入库以及内圈对外圈对钢球的正确选配
对于全自动轴承装配机来说, 内圈与外圈的准确入口都是采用电脑编程待机记忆的方式进行测量后实现准确入库的。对于入库的标准, 经过质检部门的统一的鉴定示值精度要与重复测量所获得的数值相同, 才能对内外圈进行准确的入库。内外圈的入库的标准采用三点定位、两点测量的方法执行。内圈的检测测量要适合一定的技术指标要求, 对于超出差值的一定要从排料口排出来, 原因是轴承的装配中只能选出一个外圈进行合套。在外圈的选择过程中, 由于提供外圈的库很多, 所以选择哪个外圈来进行合套, 还涉及一个均衡库存的问题。对于每次选择一个外圈来进行合套, 就必须保证所有的库存都要符合要求, 达到一定的均衡, 保证所有的库存都是均匀的剩余。在全自动轴承装配机中, 启用了多选择的原则对库存中的外圈进行选择, 这就使得有的库存满满的, 有的库存总是保持空缺的状态, 使得合套率总是上不去, 严重影响了轴承装配的总量产量。对于钢球入库时, 我们要进行必要的数据计算分析, 采用合理的计算方法进行操作编程。对于选择好的钢球入库时, 要进行预警系统的开启, 当钢球入库次数中有五次不能成功地进行钢球入库, 合套率低的指示灯就会自动亮起。这时操作员就会根据系统的提示进行问题处理, 保证系统的运行正常。
4 结语
总之, 全自动轴承装配机是一款比较先进的, 利用可编程控制器对外圈分选入库, 内圈测量, 最终选中内圈与钢球和成套的自动化程度很高的轴承装配设备。对于该设备在研制的过程中由于考虑到很多的因素, 因此在确定最终的设计方案时遇到较多的困难。但是, 为了适应现代化生产的需要, 依旧采用了先进的设备和配件, 保证装配系统有更好的自动化连接。全自动轴承装配机使用的是可编程的控制器, 能够自动地、科学地对系统遇到的困难进行科学合理解决的同时, 也节省了时间, 保证生产的顺利进行。全自动轴承装配机无论从结构配件还是电气化控制系统, 都是采用国内外先进的系统。这款新型的轴承装配机推动了我国机械配件自动化生产的步伐, 将我国带入工业化的经济时代。这一新型的轴承装配设备同时也大大地减轻了工人的劳动强度, 将工人从手工制造的传统工艺中解放出来。
摘要：如今, 全自动的机械装配技术已经进入我国的制造领域, 并且推动了我国生产技术的发展。本研究介绍了全自动轴承装配机在我国的首次应用, 通过相应的技术问题对该设备做了简要的研究以及分析, 指出该套自动化设备在研制的过程中遇到的困难和难题, 同时对所遇到的难题给出了相应的解决办法。
关键词：PLC,轴承,自动化
参考文献
装配关键技术 篇7
企业能否快速地设计出满足客户需求的产品是企业核心竞争力的重要标志。目前,通用CAD系统已难以满足进一步提高产品设计效率和封装专业知识的要求,因此有必要开发面向行业的专用CAD系统。设计人员在利用CAD软件进行产品设计时,大量地用到国家标准件、行业标准件、常用组件、典型结构等零部件,因此在通用CAD 系统中建立面向设计的、开放的、信息完备的零部件库是一项重要的基础工作[1]。通过将零部件参数化实现零部件设计的重用,是构建零部件库的主要思想。目前零部件库的构建研究主要集中在零件的参数化(包括把部件作为零件来处理从而实现部件的参数化)和应用自适应技术隐性地实现部件的参数化。零件的参数化相对比较简单,其应用比较广泛。应用自适应技术隐性地实现部件的参数化,只能针对具体的研究对象,应用限制比较多。因此,研究参数化零件之间的自动装配技术,实现装配关系的显式表达,进而实现部件的参数化和部件设计的重用,这对产品的快速设计有重要的意义。
1 参数化零部件构建思路
特征(feature)这一概念自20世纪70年代提出以来,目前还没有一个统一的关于特征的严格定义,从不同的角度,会有不同的定义[2,3]。总体上看,特征应具有以下特点:特征是对一定的结构的抽象,具有一定的工程意义,它蕴含结构的几何信息和拓扑信息,人们可以利用特征来交流和表达思想。
事物用特征来表示后,事物就表现为一组有意义的特征参数和特征。不同的事物表现为不同的参数、相同的特征。这些参数常用事物特性表来存储。特征和事物特性表与CAD造型技术相结合,这就形成了特征造型(design with feature)。通用的CAD系统提供的特征造型着眼于产品的几何模型的建立,对于具体的产品设计,尤其是具体产品的变型设计而言,重用的粒度过细,不能满足快速设计的需要,即产品设计要求重用的是零部件。部件是零件通过装配形成的。在CAD系统中装配常用装配特征来表示,Chan等[4]给出的定义是:装配特征是包含两个组件之间的匹配关系的基本连接特征。该定义揭示了装配的本质是两个零件之间的匹配连接关系。CAD系统常用装配约束来表示装配关系,即在两个有装配关系的零件上分别定义装配约束,再通过这两个装配约束的匹配来实现两个零件的装配[5,6,7,8]。因此,部件库的构建思路是:首先建立参数化零件库,其次在零件库的模型文件中定义装配约束,再次在装配环境中对带有装配约束的零件进行自动装配,形成部件模型。
构建基于Inventor的参数化零部件库是Inventor二次开发的重要内容。在Inventor环境中构建插件式参数化零件库的基本思路是:首先,用Inventor建立零件模型;其次,用fx参数化零件并建立特征参数表;再次,调用InventorAPI给特征参数赋值并更新零件模型,从而生成新的模型文件;最后,以插件的形式在Inventor中发布参数化零件模块。在Inventor环境中构建插件式参数化部件库的基本思路是:首先在零件模版模型文件中建立装配约束;其次,用插件式参数化零件库模块生成带装配约束的零件;再次,调用InventorAPI在装配环境中应用装配约束生成部件模型;最后,以插件的形式在Inventor中发布参数化部件模块。
从基于Inventor的参数化零部件库的构建思路上可以看出,参数化零件库是基础,参数化部件库的构建是在参数化零件库的基础上引入了零件之间的装配约束。从参数化零部件库的实现技术上看,基于特征参数表的零件库构建技术和基于装配关系的自动装配技术是参数化部件库的关键技术。对于Inventor平台而言,参数化部件库的关键技术是基于fx的零件库构建技术和基于imate的自动装配技术。
1.1 基于fx的零件库构建技术
基于fx的零件库的构建技术主要包括两部分内容,一是构建零件的模版模型文件和特征参数表,二是开发插件式零件库功能模块。
1.1.1 构建零件的模版模型文件和特征参数表
在产品变型设计中,常常既要选用零件,也要选用部件。被选的零部件常常以手册的形式出现,为了便于理解零部件的几何特征参数的含义,常用示意图来说明。对于选用的零件,按零件的几何特征尺寸建立几何模型,然后根据这些尺寸建立特征参数表。对于选用的部件,如果不关心部件的内部结构,为了降低建模的复杂度,减小模型库的数量,通常将部件作为零件来处理,即在保持部件的外形特征和与其他零部件的连接关系的基础上,用零件模型代替部件,在把部件当零件处理的过程中可以适当增加一些补充参数以实现部件的尺寸特征参数和模型尺寸参数的协调。键作为标准件,在机械设计中被大量选用。建立键的参数化设计模块对加速机械设计过程、提高设计效率有重要意义。因此以A型平键为例说明零件的模版模型文件和特征参数表的建立过程。从GB/T 1096-2003中可获得A型平键的示意图(图1a)以及选型设计时的相关参数,如轴的直径、键槽尺寸和偏差等。通过分析可知:键的几何特征尺寸有长l、宽b、高h,倒圆角半径r;键的设计与轴的直径相关;键槽的设计与键相关;键的尺寸是序列化的。为了使键的参数化设计功能模块满足设计人员的方便性要求,制订如下策略:将长l、宽b、高h,倒圆角半径r作为键的几何特征参数,几何特征参数一般由手册直接给出,因此,几何特征参数又称为手册参数;几何特征参数和与键设计相关的其他数据用数据表存储起来,供插件式键设计模块使用。
构建零件模版模型文件一般有两个步骤:①建立模型文件;②参数化模型文件。形成模版模型文件如图1b所示。在参数化模型文件时,为了不影响模型文件中尺寸参数,常常采用将零件的几何特征参数作为用户参数,然后用用户参数以及由用户参数形成的关系式去定义模型中的尺寸参数,键的特征参数表如表1所示。值得注意的是,在Inventor中定义用户参数时有些手册参数名称会和Inventor保留字或已用名称发生冲突,这需要去适当地修改名称。如表中的手册参数高h需要变成h0。
(a)A型平键示意图 (b)参数化模型
1.1.2 开发插件式零件库功能模块
开发插件式零件库功能模块,主要涉及两个方面的内容:一是确定插件式零件库功能模块的系统结构,构建参数化零件数据库和模型库;二是确定插件式零件库功能模块的工作流程并根据设计需要规划用户界面,实现插件式零件库功能模块。
开发插件式零件库功能模块,首先要确定的是插件式参数化零件模块的系统结构,其结构如图2所示。在图2中,模型库实际上就是一个文件夹,里面包含了多个只读的模型文件。数据库可以是任意的数据库系统,如SQL Server数据库系统。数据库中存储了大量的零部件特征参数,以供插件模块调用。在数据库中每个参数化零件的特征参数表现为一张表。为了便于零件的选用,常常将零件的性能参数也储存在该表中。数据库一旦确定后,相应的数据库访问技术也就决定了,如ADO技术。参数化零部件模块插件主要包括交互界面、数据库访问技术、InventorAPI等三部分。交互界面是利用MFC技术来构建的,因为Inventor平台是安装在Windows操作系统中。数据库访问技术主要是从数据库获取数据。InventorAPI主要执行一些基于Inventor的自动化操作。参数化零部件模块插件的功能是借助交互界面获取设计人员指令,在数据库和模型库的支持下自动完成零部件模型的建立。
其次,确定插件式零件库功能模块的工作流程并设计用户界面,实现插件式零件库功能模块。插件式零件库功能模块的工作流程是以参数化零件库的构建思路为基础,考虑整个模块的运行要求而提出的。参数化零部件模块的通用工作流程如图3所示。在图3中,指定特征参数是通过用户交互界面来进行的。在用户交互界面设计中,应该将包含零件的特征参数的示意图融入设计界面,以便于准确把握特征参数的几何意义;应该将零件的性能信息展现在用户界面中,以便于零件选择时参考;还应该把零件的选项规则融入交互界面中,以方便设计人员进行零件的设计。
在参数化零件库的技术实现过程中最核心的内容是应用InventorAPI中的parameters对象通过特征参数来驱动模型文件,其实现的关键代码如图4所示。
1.2 基于imate的自动装配技术
基于imate的自动装配技术主要包括两部分,一部分是明确零部件的装配关系,另一部分是基于imate的自动装配实现技术。基于imate的自动装配技术是建立自动装配模型的基础。下面分述其几个步骤。
1.2.1 明确零部件之间的装配关系
在进行自动装配前,首先应该明确零部件的装配关系。在CAD软件中,装配体中的零件信息就是零件的几何信息,零件之间的装配关系就是零件几何形体之间的装配约束关系。装配约束关系依赖零件的几何信息。这些几何信息可以是零部件模型中的某些结构,也可以是零部件模型中的参考结构。不同的CAD系统中,装配约束基本类似,下面以Autodesk公司的Inventor软件为例说明零部件之间的装配约束。在Inventor中装配约束表达如表2所示。
在装配体中,某两个零部件之间的装配关系可能表现为多个装配特征的组合,多个零部件之间的装配关系可能存在装配依赖关系。综合起来,在CAD系统中装配关系表现为被装配件之间的装配特征以及装配体所含零部件的装配先后次序(又称为装配序列)。在装配体中定义其所含零部件之间的装配特征以及装配体的装配序列是自动装配的关键。
为了清晰表达装配体中的装配关系,引入装配关系图的定义。
定义1 设G(V,E)为一个有N个节点的图,其中节点V={v1,v2,…,vn}表示组成装配体的零件集合,节点分为零件节点和部件节点两种;而有向边E={e1,e2,…,em}表示零部件间的装配约束关系,即边终点零件被装配在边起点的零件上,称这样的图为装配关系图。
在装配关系图中仅有有向边指向的节点称为汇聚点,仅有有向边指离的节点称为发散点。所有的发散点都是不存在装配依赖的点。在装配关系图中零件之间的装配先后关系可以用如下规则来确定:最先装配的是汇聚点,默认为固定点。其次是装配与汇聚点相关的散点,由于散点之间不存在装配依赖,因此,可以采用堆栈原则,即先来先装。再次是装配与汇聚点有关的非散点,非散点在装配之前可以被看成是散点,但在装配后又必须看成是汇聚点,以它为基础装配相关零件,装配规则与汇聚点的装配规则相同,即先装与汇聚点相关的散点,再装非散点。
某减速器的输出轴系的装配示意如图5所示。通过对该轴系的接触关系和可拆卸性进行分析,可得该轴系的装配关系如图6所示,其零部件之间的装配特征定义如表3所示。
根据装配关系图的装配先后关系原则,可以确定图6中零部件的装配先后关系如下:轴—轴承1—键—齿轮—套筒—轴承2,或:轴—键—轴承1—齿轮—套筒—轴承2。
1.2.2 在零部件中定义装配约束,明确装配关系关键尺寸
装配特征是装配关系的重要表现形式。装配特征可以通过装配约束来表示。一个装配特征对应一个装配约束对,装配特征是通过将两个含有装配约束的零件通过装配约束连接来实现的。在Inventor软件中装配约束又称为imate约束。装配约束总是依附于一定的几何元素的,因此装配约束一定与零件模型某些尺寸相关,而这些尺寸是具有装配关系的零部件之间的关联关系的重要体现。为了保证装配关系的正确建立,应该将与装配关系有关的关联尺寸包含在参数化零部件中,以便于通过检验与装配关系密切相关的关联尺寸是否匹配的方式进行装配前的检验,从而在装配之前实现了零部件之间可装配性检验,尽可能避免生成错误的装配模型,如可避免出现有配合关系的轴和孔发生尺寸不一致的情况。不同的装配关系约束,可以用不同的尺寸来检验。对齐:对齐面之间必然存在尺寸关系;相切:切点和曲率半径之间必然存在尺寸关系;插入:轴和孔之间的相关尺寸应该相同。总而言之,装配关系一定存在装配关系关联尺寸,而且可以在参数化零部件模型特征尺寸参数中找到。具体的做法就是在模型参数表fx中明确装配关系关联尺寸,为自动装配和基于关键尺寸的装配检验作准备。
根据表3所示的装配特征表,可以获得各个零部件的装配约束和相应的关联尺寸,如表4所示。
1.2.3 利用Inventor插件技术实现基于imate装配约束的自动装配
基于Inventor的自动装配流程如图7所示。
在整个匹配过程中最重要的就是要设定好模型零件或者部件中imate约束和制订装配特征
表。此外,为了保证装配的有效性,应该在执行装配之前对参与装配的零部件模型的装配关系关联尺寸进行装配检验,以免产生错误的装配模型。关于装配模型检验,除了装配时的装配关系关键尺寸检验外,还有一些次要的尺寸检验,比如有装配关系的齿轮倒角和轴的倒圆角之间存在关系:倒角的直角边长度应大于圆弧的半径,这些检验可以利用装配环境下的干涉检验来进行。在自动装配技术实现过程中最关键的是将两个零部件中的装配约束连接起来,其实现代码如图8所示。
2 基于特征参数表和自动装配技术的部件库
前面已经讨论了基于fx的零部件库的构建方法和基于imate的自动装配技术,将两者相结合,可以实现基于特征参数表和自动装配技术的部件库,即参数化部件库。参数化部件库主要包括模型库、零件数据库、装配关系库、关联数据库和参数化部件库插件五部分,如图9所示。
模型库实质上就是一个只读的文件目录,存储了多个可被参数驱动的带装配关系的零件模型文件。零件数据库存储了所有参数化零件的参数数据,供参数化零件库插件调用。借助模型库、零件数据库和插件技术,给定特征参数,可以自动生成新的零件。装配关系库存储了部件所含零件之间的装配关系和装配关系关联尺寸的数据,装配关系关联尺寸用于装配前的可装配检验,装配关系用于零部件之间的自动装配。关联数据库存储了部件参数和零件参数之间的关联数据,借助这些关联数据,通过交互界面,设计人员能够确定组成部件的所有零件的特征参数。参数化部件库插件是建立在参数化零件库插件、装配关系库和关联数据库基础上,借助二次开发技术,通过交互方式可进行选型设计的参数化部件功能模块。
零件数据、装配关系数据和关联数据的组织模式如图10所示。
图10中,零件数据库表现为一张特征参数表,这些特征参数分为两类,一类为几何尺寸参数,另一类为性能参数。几何尺寸参数和模型库中的模型文件相结合就能够生成参数化、序列化的零件。装配关系库表现为两张表,一张是被部件引用的装配序列表,另一张是被零件引用的装配约束表。关联数据库表现为部件表,如图10中轴系表,它存储了部件的构成情况和对零件的引用,以及零件之间的装配关系。
参数化部件库的工作流程如下:①确定部件参数。参数化部件库在工作时部件参数已由产品数据确定了,因此,在流程中认为部件参数已知。②在部件参数已知的情况下,通过关联数据库中的关联数据,可以用交互的方式,也可用默认的方式确定零件特征参数。交互式用于新部件的变型设计,通过交互确定零件特征参数,默认方式用于已设计过的部件,直接从数据库中读取零件特征参数。③借助参数化零件模型库,通过零件特征参数,在指定的工作目录下在生成新零件文件。④在Inventor平台中建立装配环境,在装配关系数据库的支持下通过自动装配技术生成新的部件,然后保存。图5所示轴系的自动装配模型如图11所示。
3 结语
本文详细地论述了特征的内涵以及事物的特征表示形式——特征事物表,在此基础上讨论了特征造型和参数化设计,为参数化零部件库的构建提供了理论基础和开发思路。讨论了基于fx的零件库构建技术和基于imate的自动装配技术的实现方法,在此基础上近一步讨论了部件库插件的软件结构和工作流程,以及相关数据的实体关系模型,为基于自动装配技术的部件库建立提供了坚实的基础。
摘要：在论述特征、事物特征表、特征造型与参数化设计的相互关系的基础上,提出基于通用CAD系统的部件参数化设计思路。提出了基于fx的参数化零件库构建技术,以键为例说明了参数化零件库的构建方法。提出部件装配关系的表达方法,研究基于该方法的自动装配技术,在参数化零件库和自动装配技术的基础上提出了参数化部件库构建方法。最后以某轴系部件的参数化实例说明了该方法的可行性。
关键词：快速设计,参数化设计,自动装配,部件库
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装配关键技术 篇8
飞机产品在制造过程中零部件质量特性的波动是引起生产成本居高不下的根本原因。所谓波动, 即零部件的特性值与目标值的偏离程度。由于飞机产品生产过程中零部件数量众多, 要选择对飞机质量影响最大的关键特性进行控制。关键特性 (Key characteristic, KC) 是指材料、零件、装配体、装备或者系统的某些属性或特征 (尺寸、规范) , 它们的波动会显著影响产品的安装、性能、使用寿命和可制造性[1]。
全面采用基于关键特性的飞机设计制造方法能有效的减少飞机总体研制和制造时间, 保证零部件装配中的互换协调, 同时减少返工, 提高飞机质量。如文献[2]提出了基于并行工程的关键特性定义与管理过程的计划-执行-检查-处理循环, 达到了在制造阶段控制关键特性并使之稳定的目的。文献[3]采用关键特性的方法表示粗粒度、非完备的产品信息, 以支持在概要工艺规划过程进行产品的可生产性分析和关键工艺方案的制定。文献[4]提出了关键装配特性的概念, 并根据基准传递链分析装配过程中的误差积累路线, 针对误差积累最多的环节从定性与定量的角度对其进行了判定。考虑到飞机装配过程中零部件的互换协调或者被装配产品样本较少的情况, 应用装配型架的关键特性能有效的保证装配产品的质量和零部件的互换协调。针对此类关键特性, 本文提出装配型架关键特性的概念, 对装配型架关键特性的一些特点、识别和控制方法进行了详细的描述。
1 装配型架关键特性的定义及特点
装配型架关键特性是保证飞机装配零部件间互换协调的重要特性, 同时装配型架关键特性也是关键特性的一种。尤其是在装配产品样本很少的情况下, 识别和控制装配型架的关键特性就显得格外重要。根据文献[1~4]所描述的KC的概念, 作者认为装配型架关键特性是指在飞机产品装配过程中, 装配型架的某些结构、外形、定位特性对被装配产品的质量影响最严重的几何特性;在飞机柔性装配型架中还包括自动测控系统控制机械随动定位机构精确定位。当装配型架关键特性处于临界值或超出临界值时必须对其进行控制, 否则会严重影响产品装配质量和零部件的互换协调, 甚至产品的报废。
飞机装配型架关键特性具有一般关键特性的特点, 同时结合飞机柔性装配型架与数字化测控制系统在飞机装配中的应用, 飞机装配型架关键特性还具有一些独特的特点:
1) 在装配型架设计阶段, 根据用户需求与被装配产品特点, 结合当前企业拥有的加工、制造等能力, 设计产品装配型架。在设计过程中主要涉及为保证飞机产品主要尺寸和位置的定位器设计、保证产品外形准确度的定位面的设计等, 初步把这些主要尺寸作为关键特性进行控制。装配型架关键特性与一般关键特性一样根据关键特性的可测量性和可控制性沿制造树逐级向下传递, 形成关键特性树, 同时上级关键特性由下级关键特性保证, 如图1所示为某机型壁板预装配柔性工装系统型架关键特性树。
2) 在装配型架安装阶段, 把设计阶段定义的保证产品主要尺寸和外形准确度等定位特征作为关键特性, 在主要定位结构上设置靶标点 (Optical Tooling Points, OTP) , 把测量靶标点的坐标与理论坐标相比较, 进行实时反馈和补偿, 精确安装各种定位器。
3) 在产品装配阶段, 控制系统控制随动定位器运动到理论位置以精确定位产品, 把这类通过控制系统控制的随动定位器或定位机构的精确定位也作为关键特性进行控制。
2 装配型架关键特性的识别与控制
为保证飞机装配零部件间的互换协调问题, 对装配型架中影响被装配产品质量最大的尺寸、形状、定位特征等关键特性采用合理的方式加以控制。
2.1 装配型架关键特性的识别与管理
关键特性经过多年的研究应用已经有了比较完善的识别方法:1) 利用相似产品的历史数据和知识;2) 专家调成法——德尔菲法 (Delph Method, DM) , 从该领域装夹或有经验人员那里搜集有用的信息;3) 风险分析法:即确定每个特性的风险优先数 (Risk Priority Number, RPN) 通过确定RPN的值来确定关键特性, RPN值越大, 特性值越重要。
本文采用由日本质量管理专家田口玄一提出的损失函数[5]的波动引起经济损失的方法来确定装配型架的关键特性, 该方法定量的描述了特性偏离目标值时造成的损失。当某个关键特性y偏离目标值m时, 即y≠m时, 产生质量损失, 且y-m越大, 质量损失越严重[6], 其质量损失为:
式中:k为关键特性y的质量损失常数, A为关键特性y失效时造成的损失, TU, TL分别为公差上限和下限;σ2为y的方差;δ2为均值偏差, 为y的测量值, τ为y的目标值。参考文献[7]中对质量损失常数进行了标准化, 即当质量特性超出公差要求时, 其质量损失假定为单位损失, 则带入式 (1) , 可得到标准化后的影响度的计算公式:
在型架设计阶段把初步确定的关键特性利用式 (3) 计算其质量损失L的大小以判断是否作为关键特性进行控制。同时装配型架关键特性的识别应与飞机产品的特点结合起来, 分析被装配产品的结构特点来设计装配型架, 结合制造单位的设计制造条件、测控水平等来识别、控制柔性装配型架的关键特性, 整个装配型架关键特性的识别与管理如下:
1) 用户需求:结合用户需求初步确定保证飞机装配零部件质量的型架关键特性有哪些;
2) 设计分析:为保证飞机零部件间的互换协调, 把装配型架上对应于飞机产品的重要尺寸作为关键特性进行控制;
3) 制造和安装:根据设计数模进行型架的制造和安装, 尺寸关键特性通过尺寸链来保证, 同时把机械随动定位装置 (定位器) 的控制定位精度作为关键特性进行控制;
4) 生产和检测:根据设计数模调整装配型架安装到位、结合机械随动定位器定位产品, 完成产品装配后检测产品主要尺寸与外形准确度;
5) 管理与维护:装配型架要定期进行维护, 防止型架变形和控制失准等问题。
2.2 装配型架关键特性的控制
文献[8]指出一般关键特性主要由统计过程控制法 (Statistical Process Control, SPC) 进行控制, 通过选择合理的控制图, 确定测量方案对关键特性进行实时监控, 当关键特性超出控制范围时, 立刻寻找波动源并确定解决方案。装配型架关键特性的控制方法与一般关键特性的控制方法思路相似, 通过实时监控测量点位置坐标, 当实测值超过误差允许范围时, 找出波动源立刻进行控制。
为保证飞机产品的重要尺寸, 采用装配尺寸链把型架上对应的定位器之间的尺寸作为关键特性进行控制, 对设计靶标点采用激光跟踪仪实时测量, 当被测点测量坐标值与理论值的偏差在公差范围外时, 综合考虑型架尺寸关键特性的可测量性和可控制性是否沿制造树向下分解的特点, 找到波动源, 进行控制。图3是某机型壁板预装配柔性工装系统中两个三脚架安装误差控制图。
其中零线表示装配三脚架距离坐标原点的理论值, 当测量点落在在±△间表示在公差范围内, 不需要进行控制;当测量点落在±2△范围或大于±2△时, 需要对三脚架距坐标原点的位置进行控制。
对于柔性装配型架的关键特性, 如控制机械随动定位器的精度定位, 利用激光跟踪仪实时跟踪测量, 把测量靶标点的坐标值与测量点的理论坐标值进行比较, 得出坐标差值, 把这个差值传递给控制系统, 控制系统控制随动定位器进行调整, 最后达到公差要求范围。把这一类通过测控系统控制的随动定位器的定位精度也作为关键特性进行控制, 通过实时监测, 调控随动定位器精确定位。
3 实例分析
以某机型壁板预装配柔性工装系统为例, 采用上述方法对装配型架关键特性进行识别并加以控制。为保证预装配壁板组件的装配质量, 设计的某机型壁板预装配柔性工装系统包括基座、两个三脚架、小围框、两个移动立柱等, 每个移动立柱包含八个Z型长桁夹持器, 移动立柱由电机带动可沿X向移动、长桁夹持器由电机带动可沿Y、Z移动, 长桁夹持头通过气缸控制实现长桁夹持, 结合激光跟踪仪实现精确定位。以三脚架安装为例, 并把三脚架间距L0作为关键特性进行管理与控制, 如图4所示, B点为设计坐标系零点, A、C分别代表两个三脚架, 定位精度为±0.05mm。安装三脚架时, 在保证L1、L2都能满足公差要求的同时L0也可能超差, 从而导致关键特性L0难以保证。实际安装中测得AB、BC在X方向距零点的距离误差如表1所示, 带入损失函数公式 (3) 得到则所选关键特性的质量损失其质量损失L超出了公差上限的111%, 根据田口损失函数法则在三脚架安装过程中把AC距离作为关键进行控制。
单位:mm
在某机型壁板预装配柔性工装系统工作过程中, 为满足壁板装配的质量, 把Z型长桁夹持器精确移动定位作为关键特性进行控制。型架定位精度为±0.05mm, 重复定位精度为±0.02mm, 为保证高精度定位设定各轴最大运行速度为0.05m/s, 最大加速度为0.05m/s2, 工作时结合激光跟踪仪实时测量, 以实现长桁夹持器的精确定位, 控制软件如图5所示。
图5中控制软件控制长桁夹持器精确定位时, 把激光跟踪仪经数据处理系统处理后的坐标差值传递给控制系统, 控制系统控制相应的电机带动长桁夹持器移动, 达到Z向定位;控制软件继续控制夹持头向前移动, 当力传感器值不为零时, 停止运动, 完成定位。开发的壁板柔性预装配控制系统, 通过信息数据集成处理, 实现各种系统平稳运行, 同时留有与其它系统的数据接口, 实现数据信息采集和控制, 保证产品的质装配量。
4 结束语
本文针对飞机装配过程中保证飞机产品互换协调的实际需要, 提出了装配型架关键特性的概念, 装配型架关键特性是保证被装配产品质量和产品互换协调最重要的特征, 并且进一步就装配型架关键特性的识别与控制进行了分析。结合某机型壁板预装配柔性工装系统, 分别在装配型架安装和工作两个阶段对关键特性进行识别, 并提出了相应的控制方法, 验证了此装配型架关键特性识别与控制方法的有效性。
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装配关键技术 篇9
FJ44-1A发动机是一款500公斤级推力的小型涡扇发动机, 在民航领域, 主要用作小型喷气公务机的动力装置。涡扇发动机的热端部件指燃烧室及之后的涡轮、喷管等组件, 由于这些组件工作在高温、高压环境下, 为保证发动机安全工作, 及早发现热端部件的早期损伤, 根据发动机维护手册要求, 需要定期对热端部件进行检查, 简称“热检”。
发动机热检工作主要分为四个部分:热端部件拆卸、热端部件检查、热端部件装配、发动机试车检查。虽然热检的关键词是检查, 但风险最大, 操作难度最大的工作却是热端部件装配, 主要因为:
(1) 涡扇发动机部件装配工艺复杂、装配精度要求高。
(2) 装配工作要求工作者非常熟悉发动机结构、有丰富的装配经验, 而且这项工作容易受人为因素的影响。
(3) 涡扇发动机部件价值高, 装配失误造成发动机部件损伤后, 损失巨大。
在FJ44-1A发动机的热检历史中, 曾发生因工作者对发动机结构认识不足、对装配工艺理解不够, 导致高压压气机套齿损伤, 修复花费数十万。所以, 总结FJ44-1A发动机热端部件装配的关键方法, 对于降低装配风险、避免高额修理费用具有非常重要的意义。
2 FJ44-1A发动机热端部件装配关键方法
FJ44-1A发动机的热端部件主要包括:燃烧室前壳体、燃烧室后壳体和高压涡轮导向器组件、高压涡轮、第1级低压涡轮导向器、低压涡轮组件、内涵喷管, 如图1所示。根据装配经验, 装配不同的热端部件时, 都有一些关键的方法需要注意, 这样才能保证装配成功。
(1) 燃烧室前壳体:燃烧室前壳体上的三个锁片应锁定到燃油总管的三个锁片后面, 同时, 燃烧室前壳体上的定位槽应与右侧点火电嘴安装孔的中心对正。
(2) 燃烧室后壳体和高压涡轮导向器组件:1) 安装之前, 检查平衡活塞/甩油环组件应能在高压涡轮导向器中心孔内轻易用手转动和前后移动, 如卡滞, 可以用蒸馏水冲洗平衡活塞/甩油环组件, 并用冷气吹干, 清除内部沉积的燃烧沉积物, 还可以用橡胶锤轻轻敲击平衡活塞/甩油环组件, 使其从卡滞位置脱开;2) 用热枪给机匣的高压涡轮导向器安装边进行加热, 使机匣安装边膨胀, 便于高压涡轮导向器安装到位;3) 安装该组件时, 确认组件上的定位凸耳与燃烧室前壳体上的定位槽对正, 大约在5点钟位置, 为便于装配过程中对正位置, 在拆卸组件前, 可以在高压涡轮导向器安装边与定位凸耳对正的位置做标记, 在机匣安装边与定位槽对正的位置做标记, 装配时, 按所做标记对正安装即可;4) 前推组件时如遇到阻力, 无法将组件装配到位, 应拆下重新安装, 不能执意用其它工具敲击, 如防转动凸耳未进入防转动槽, 敲击将损坏高压涡轮导向器和燃烧室前壳体;5) 组件装配到位后, 组件安装边应沉入机匣安装边的槽内, 用拳头或木锤敲击组件安装边时发出的是低沉的声音, 如未安装到位, 用拳头或木锤敲击组件安装边时发出的是清亮的有余音的声音;6) 组件装配到位后, 应进行平衡活塞/甩油环组件定位, 用手前推平衡活塞/甩油环组件, 同时转动, 使平衡活塞/甩油环组件前端套齿与高压压气机后端套齿啮合, 验证装配到位的方法是一个工作者前推并转动平衡活塞/甩油环组件, 另一工作者检查起动发电机冷却风扇是否同时随转。
(3) 高压涡轮:1) 安装高压涡轮前, 确认在平衡活塞/甩油环组件和高压涡轮之间已经安装了新的“C”形金属密封环, 金属密封环使用1号装配液暂时固定在平衡活塞后端;2) 安装高压涡轮时, 将3号轴承保护套安装在3号轴承上, 保护轴承不受损伤;3) 在使用拉伸工具加压之前, 应确认高压涡轮前端套齿和甩油环后端套齿, 以及甩油环前端套齿和高压压气机后端套齿啮合, 检查的方法是用力前推高压涡轮, 同时转动高压涡轮, 检查起动发电机冷却风扇是否同时随转。
(4) 第1级低压涡轮导向器:1) 如果拆卸了3、4号轴承碳封严, 应在安装好封严组件之后再安装1级低压涡轮导向器, 3号轴承碳封严组件中的弹簧及碳封严应能浮动, 如卡死, 则需要修理;2) 安装第1级低压涡轮导向器前, 将低压轴保护套安装到低压轴上, 防止损坏4号轴承碳封严;3) 安装第1级低压涡轮导向器时, 尽量保持导向器中心孔和低压轴同心, 前推1级低压涡轮导向器, 避免损坏4号轴承碳封严;4) 当第1级低压涡轮导向器装配到位时, 3号轴承和外跑道配合在一起, 如果前推1级低压涡轮导向器时遇到阻力, 3号轴承和外跑道不能顺利配合, 则不能用力前推, 应拆下第1级低压涡轮导向器, 检查3号轴承滚柱是否在滚柱保持架内, 3号轴承是否有损伤, 确认无损伤, 并且滚柱均在保持架内后, 重新安装第1级低压涡轮导向器;5) 第1级低压涡轮导向器由3颗内六方螺杆固定, 拆卸时, 如果发现难于拆卸或螺杆螺纹损伤的, 进行标记, 在安装之前, 对托板螺母进行攻丝, 攻丝操作应轻柔, 避免损伤托板螺母, 如托板螺母损伤, 整台发动机需进厂修理;6) 安装滑油供、回油管时, 应确认安装了新的O形密封圈, 供油管 (1点钟位置) 内安装了指形滤网。
(5) 低压涡轮组件:1) 低压涡轮重约28.6Kg, 安装时, 操作者应拿稳该件, 并有另一工作者协助安装;2) 尽可能将低压涡轮原位装回, 所以, 在拆卸时应在低压涡轮中心安装孔后端面和低压轴后端面及低压轴孔内做标记线, 安装时按照此标记线原位装配;3) 装低压涡轮时, 尽量保持低压涡轮中心孔与低压轴平行, 缓慢将低压涡轮推入到低压轴上, 避免损坏内部的4号轴承内跑道和花键;4) 低压涡轮装配法兰定位时, 注意与ITT安装座和换热器安装座对应的位置没有螺杆孔;5) 使用拉伸工具挤压装配低压涡轮时, 在打压的同时, 来回转动低压涡轮, 促使其安装到位, 同时, 打压应缓慢, 另一工作者应观察ITT探头的安装座, 避免低压涡轮和安装座抵触, 造成安装偏心, 损坏部件;6) 安装低压轴螺帽前应在低压轴螺纹上涂防咬剂。
(6) 内涵喷管:1) 内涵喷管由102颗螺杆固定, 拆卸这些螺杆时, 如发现螺杆难于拆卸, 或螺杆螺纹损伤, 标记该螺杆孔, 在安装之前, 用丝锥攻丝, 清除螺杆孔内螺纹的残留物, 攻丝操作应柔和;2) 环形垫片尽可能原位装回, 这样便于内涵喷管定位, 易于消除低压涡轮转子与内涵喷管内蜂窝封严的摩擦噪音;3) 定位内涵喷管时需三人协调工作, 一人负责前推内涵喷管, 并调整喷管的位置, 一人负责转动风扇, 确认低压涡轮转子与内涵喷管内蜂窝封严的摩擦情况, 一人负责调整内涵喷管的固定垫片和螺杆, 并在转动风扇无摩擦噪音后, 拧紧内涵喷管的固定螺杆。
3 结语
FJ44-1A发动机热端部件检查是一项标准严、难度大、风险高的仅次于翻修的深度维修工作, 不断研究、积累维修中的关键技巧和方法, 不仅可以降低维修差错风险、避免重大经济损失, 也可以保证航空器运行安全。
摘要：在发动机维修中, 热端部件检查是一项标准严、难度大、风险高的仅次于翻修的深度维修工作, 而部件装配又是热端部件检查工作中难度最大、风险最高的环节, 通过对FJ44-1A涡扇发动机热端部件装配工作的研究和维护经验的积累, 本文总结了FJ44-1A涡扇发动机热端部件装配的关键方法, 为有效降低维修差错风险、避免重大经济损失, 保证飞行安全提供了技术支撑。
关键词：FJ44-1A,热检,装配,关键方法
参考文献
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