Разработка технологии сборки ОЧК Sukhoy 100 SuperJet

Министерство оброзования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет»

Кафедра «Технология самолётостроения»

Специальность 160 201- Самолетои вертолетостроение

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К ДИПЛОМНОМУ ПРОЕКТУ

Разработка технологии сборки ОЧК Sukhoy 100 SuperJet

2007 г.

1. Описание конструкции самолета SSJ-100

Современный уровень развития самолетостроения требует системного подхода к производству, при котором весь комплекс объектов и явлений, связанных с производством изделия, рассматривается как производственная система, в которой реализуется производственный процесс изготовления изделий.

В задачи технологической подготовки производства входят обеспечение технологичности конструкции проектируемого самолета и обеспечение качественного серийного изготовления самолетов при наименьших трудовых и материальных затратах в заданные сроки и в требуемых количествах. Эти задачи решают при технологическом проектировании, включающем в себя отработку конструкции изделия на технологичность, проектирование технологических процессов и средств оснащения производства. Технологический процесс — содержит целенаправленные действия по изменению и определению состояния предмета труда.

Специфические условия авиационного производства предъявляют особые требования к оборудованию сборочных цехов, которое должно быть в достаточной степени универсальным в связи с частой сменой объектов производства и в то же время обеспечивать высокую производительность труда. Разнообразие собираемых изделий требует типизации оборудования и оптимизации его состава с учетом конкретных особенностей производства.

В самолетостроении сборочные работы занимают особое место. Повышение качества сборочных работ существенно влияет на эффективность всего авиационного производства, поскольку трудоемкость сборки составляет 45−50% общей трудоемкости изготовления самолета.

Основной задачей проектирования технологических процессов являются создание и внедрение современных методов сборки, обеспечивающих высокое качество и экономичность производства изделия.

При создании оптимальных вариантов технологических процессов сокращается цикл производства вследствие чего не только сокращаются затраты на производство, но и повышается качество выпускаемой продукции.

Правильно разработанный технологический процесс обеспечивает экологичность производства, а также повышает технику безопасности.

В представленном дипломном проекте уделено внимание технологическому процессу и оснастки для сборки ОЧК самолета Sukhoi 100 SuperJet.

1.1 Общие сведенья и основные характеристики самолета SSJ-100

Современный период развития авиационной техники характеризуется значительным ускорением темпов принципиальных изменений и усовершенствований конструкций летательных аппаратов, появление высокоэффективных двигателей, разнообразных композиционных материалов и цифрового электронного бортового оборудования. Рыночные условия конкуренции разработчиков и производителей авиационной техники приводят к необходимости создания финансово-промышленных групп, холдинговых компаний с участием предприятий и фирм различных государств. Только на корпоративных основах возможно производство и сбыт таких современных ЛА, как гражданские самолеты SSJ, A-380, Boeing-787 и других сложных и весьма дорогих авиационных изделий. Современные самолеты проектируются с учетом особых требований к экономической эффективности, надежности, безопасности, чрезвычайной жестких условий эксплуатации, повышенного ресурса, комфортности и эффективности.

Самолёт SSJ-100 разрабатывается на принципах максимальной унификации агрегатов планера и систем: единые крыло, оперение, шасси, силовая установка, кабина экипажа, основные самолётные системы.

Аэродинамика и конструкция самолётов семейства базируются на проверенных передовых технологиях, обеспечивающих минимальный технический риск на этапах проектирования, испытаний и эксплуатации.

Регионально-магистральный реактивный самолет SSJ-100 Rпытаний и эксплуатаций.ций.ий риск на этапах проектов планера и систем: единые крыло, оперение, шасси, силовая установк предназначен для перевозки пассажиров, багажа, почты и грузов на внутренних и международных авиалиниях. Самолёт полностью соответствует жёстким мировым экологическим и акустическим требованиям.

Интегрированное качество самолетов, определяемое параметрами летно-эксплуатационных, ресурсных и экономических показателей, во многом зависит от технологии и организации производства этих самолётов.

Основные характеристики наиболее современного пассажирского самолета SSJ-100 приведены в таблице 1.1, общий вид на рисунок 1.1 .

Таблица 1.1 — Основные характеристики самолета SSJ-100

Рисунок 1.1 — Общий вид самолета SSJ-100

1.2 Краткое описание конструкции ОЧК

Крыло предназначено для создания аэродинамической подъёмной силы, необходимой для обеспечения взлёта, полёта и посадки. Принимает участие в обеспечении поперечной устойчивости и управляемости самолета. Критериями выбора конструкции являются минимальная масса при необходимой прочности, жесткости и эксплуатационной живучести, а также приемлемой технологичности при заданном ресурсе.

На самолёте SSJ-100 установлено стреловидное крыло, имеет трапециевидную форму в плане с изломом передней кромки на первой трети полуразмаха, профиль крыла суперкритический.

Конструктивно-силовая схема крыла показана на рисунке 1.12

Крыло самолета состоит из:

? центроплана, неразъемно-связанного с фюзеляжем;

? двух, симметрично расположенных относительно оси самолета, консолей крыла (ОЧК), имеющих технологические стыки с центропланом.

Крыло включает в себя следующие элементы:

? элероны

? предкрылки на передней кромке;

? закрылки на задней кромке;

? интерцепторы;

? воздушные тормоза;

? балку и узлы крепления основных опор шасси;

? обтекатели механизмов управления закрылками.

Крыло выполнено по двух лонжеронной схеме и свободно несущей шассийной балкой, такая схема наиболее удачна с точки зрения компоновки и организации кессон-баков, т.к. обеспечивает необходимую прочность и жёсткость крыла при минимальной массе.

Основным силовым элементом ОЧК является кессон, образованный двумя лонжеронами, верхними и нижними панелями и набором нервюр.

Кессон ОЧК крыла (рисунок 1.2) герметичен и используется в виде бака для заправки топливом. Также к нему крепятся основные стойки шасси и пилон навески двигателя.

Рисунок 1.2 — Внешний вид кессона ОЧК

Верхняя панель состоит (рисунок 1.3) из двух фрезерованных пресс полос монолитных панелей. Продольный стык и поперечные (по нервюре 18) стыки верхних панелей выполнены односрезным встык. Материал верхних панелей — алюминиевый сплав В96ц3Т12.

Рисунок 1.3 — Панель верхняя

Нижняя панель (рисунок 1.4) сборная, сборная состоит из трех панелей. Средняя панель имеет люки — лазы, обеспечивающие подходы внутрь кессон баков как во время сборки, так и в процессе эксплуатации, Продольные стыки выполнены односрезными встык. Материал нижних панелей: обшивка алюминиевый сплав1163Т7, типовые стрингера — алюминиевый сплав 1163Тпч. В нижней панели, между нервюрами имеются люки с плавающими крышками для обеспечения доступа в кессон.

Рисунок 1.4 — Панель нижняя

Лонжероны крыла сборной конструкции (рисунок 1.5).

Лонжерон № 1 — цельнофрезерованный, состоит из двух частей со стыком по перелому, что повышает технологичность. Лонжерон № 2 выполнен клёпанным, состоящими из поясов, алюминиевых пресс профилей и стенки, подкрепленной стойками. Материал поясов В96ц3Т12, стенок и стоек Д16чТ. При этом лонжерон 1 имеет перелом по нервюре 6. К каждому лонжерону крепятся элементы механизации крыла. На первом лонжероне находятся рельсы, с помощью которых, на крыло навешивается предкрылок. На втором лонжероне находятся узлы навески элерона, воздушного тормоза, интерцептора, закрылка.

Рисунок 1.5 — Лонжероны 1 и 2

Стыки кессонов ОЧК с центропланом (верхние и нижние панели, лонжероны 1 и 2) осуществляются по бортовой нервюре односрезными и двухсрезными соединениями.

Механизация является неотъемлемой принадлежностью крыла почти каждого современного самолета. Механизация крыла позволяет увеличить угол планирования при подходе на посадку, уменьшает длину разбега и пробега, а также общее расстояние, необходимое для преодоления препятствия при взлёте, повышают поперечную устойчивость. Механизация крыла увеличивает подъёмную силу и лобовое сопротивление.

Предкрылки.

Предкрылком называют несущую поверхность, находящуюся перед основным профилем, и имеют крыльевой профиль с большой относительной вогнутостью. Предкрылок в не отклоненном положении плотно прижат к крылу, а в отклоненном — образует с крылом профилированную щель. При открытии подвижные предкрылки перемещаются вперёд и вниз. Рабочее положение предкрылка характеризует форма щели между крылом и самим предкрылком.

В нашем случаи предкрылок состоит из 4-х секций. Внутренний односекционный предкрылок располагается между бортом фюзеляжа и пилоном двигателя. Внешний предкрылок 3-х секционный и располагается между пилоном двигателя и законцовкой крыла.

Каждая секция предкрылка жестко скреплена с двумя рельсами, перемещающимися по роликам (рисунок 1.7), установленным в кронштейнах носовой части крыла.

Рисунок 1.7 — Крепление рельса предкрылка

Закрылки.

Закрылком называют несущую поверхность с профилем, образованным из хвостовой части крыла, при отклонения вниз, обеспечивается изменение кривизны профиля и увеличение площади крыла, а также «щелевой эффект», т. е. смещение точки отрыва пограничного слоя к задней кромке. Углы отклонения всех закрылков имеют критическую величину, после которой дальнейшее отклонение сопровождается не приращиванием, а уменьшением подъёмной силы. При посадке угол отклонения закрылков больше, нежели при взлёте.

На крыле самолёта SSJ-100 установлены внутренний и внешний закрылки, однощелевые, однозвенные, каждый из них отклоняется во взлетное и посадочное положение с помощью двух винтовых механизмов.

Внешний закрылок расположен в хвостовой части крыла между внутренним закрылком и элероном. Закрылок установлен на каретках, перемещающихся по двум рельсам (рисунок 1.8), размещенных в балках, закрепленных на крыле.

Внутренний закрылок располагается за балкой шасси хвостовой части крыла, между бортом фюзеляжа и изломом стреловидности крыла, и установлен на каретках, перемещающихся по двум рельсам: один рельс расположен на борту фюзеляжа, другой — на балке, установленной на крыле (рисунок 1.9).

Рисунок 1.8 — Рельс внешнего закрылка

Рисунок 1.9 — Рельс внутреннего закрылка

Элерон.

Элерон является основным органом управления самолётом по крену, обеспечивая при этом поперечную управляемость. При отклонении элерона вниз щель между элероном и крылом улучшает обтекание элерона и несколько снижает сопротивление крыла с опущенным элероном. Благодаря этому разность сопротивлений полукрыльев уменьшается, а следовательно, уменьшается и разворачивающий момент.

Элерон расположен в хвостовой части крыла за внешним закрылком.

Элерон навешивается на крыло с помощью двух узлов навески и приводится в действие двумя рулевыми приводами.

Интерцепторы.

Интерцептор применяется в тех случаях, когда механизация имеет целью уменьшения посадочной скорости, при этом улучшается поперечная управляемость самолёта. Интерцептор представляющий собой пластинки или щитки, расположенные на верхней поверхности крыла. При выдвижении или отклонении интерцептора от поверхности создается интенсивный срыв потока, понижение подъемной силы и поперечный момент для управления самолетом.

На крыле рассматриваемого самолёта установлен трехсекционный интерцептор, который располагается в хвостовой части крыла между воздушным тормозом и элероном. Каждая из секций навешивается на двух кронштейнах (рисунок 1.10).

Отклонение интерцептора осуществляется с помощью рулевых приводов.

Рисунок 1.10- Кронштейн навески интерцептора

Тормозные щитки.

Две секции воздушного тормоза располагаются в хвостовой части крыла между бортом фюзеляжа и первой секцией интерцептора.

Секции воздушного тормоза навешены на балку шасси и лонжерон крыла.

Первая секция воздушного тормоза крепится к балке шасси с помощью кронштейнов по опоре 1 и 2, вторая — к балке и лонжерону крыла с помощью кронштейнов по опорам 3 и 4

Отклонение секций воздушного тормоза осуществляется с помощью рулевых приводов. Первая и вторая секции воздушного тормоза шарнирно соединены между собой.

1.3 Схема членения ОЧК

В современном самолетостроении членение конструкции на секции и панели получило широкое распространение. Приступая к определению наиболее целесообразного варианта членения конструкции на отдельные сборочные единицы, конструктор встречается с серьезными противоречиями. С одной стороны, каждое разъемное соединение увеличивает массу конструкции и трудоемкость механической обработки и сборки (за счет дополнительной обработки стыкуемых поверхностей и сборки стыка). С другой стороны, более широкое членение на панели и узлы значительно облегчает условия труда сборщиков и монтажников, сокращает цикл сборки и потребные производственные площади. В каждом конкретном случае наиболее правильное решение может быть найдено только сопоставлением технико-экономических показателей, характеризующих различные варианты расчленения.

Учитывая, что в производстве агрегата и всего самолета сборочные работы составляют значительную часть, для них прежде всего следует оценивать вариант членения конструкции с учетом трудоемкости, производительности труда и условий, в которых производится сборка, и масштаба производства.

Сборка какой либо конструкции представляет порой чрезвычайно трудную в технологическом отношении задачу. Поэтому на начальном этапе проектирования всегда проводится разбивка конструкции на отдельные, законченные в конструктивном и технологическом смысле, объекты. Эти объекты называют (независимо от размеров и количества входящих в них деталей) сборочными единицами.

Основными сборочными единицами являются:

Агрегат — наиболее крупная часть самолета, выполняющая определенную функцию на земле и в полёте.

Секция (отсек) — часть агрегата. Членение на секции вызвано конструктивными, эксплуатационными (или технологическими) требованиями.

Узел — наиболее мелкая сборочная единица, собираемая непосредственно из деталей. Характерной особенностью узла является возможность сборки, контроля и приемки его независимо от других узлов, панелей, секций.

Для разработки схемы членения узла, отсека или агрегата необходимо иметь сборочные чертежи на изделие, перечень применяемого оборудования, маршрутные карты сборки, таблицу условий поставки деталей на сборку и избранный способ соединения деталей между собой.

На схеме членения показывают детали и узлы собираемого агрегата, их количество, но не указывают последовательность сборки и крепежные элементы (рисунок 1.11).

В представленном дипломном проекте ОЧК самолёта состоит: из кесонна (состоящего из верхней задней панели, верхней передней панели, нижней задней панели, нижней средней панели, нижней передней панели, лонжеронов 1 и 2, бортовой нервюры, набора нервюр в количестве 21 штуки, стенки отсека подкачки, стенки сухой зоны, крышки люков нижней панели); носовой части; хвостовой части; шассийного отсека и из агрегатов механизации (4-х секционного предкрылка; внутреннего и внешнего закрылков; 3-х секционного интерцептора и 2-х секционного воздушного тормоза).

Рисунок 1.11 — Схема членения ОЧК самолёта SSJ-100

1.4 Требования к точности и качеству сборочно-монтажных работ по обеспечению аэродинамической формы планера Аэродинамическая форма летательных аппаратов характеризуется двумя основными понятиями — обводом и контуром поверхности.

Под обводом понимается поверхность планера самолёта, обтекаемая воздушным потоком в полете. При этом теоретический обвод — это обвод, заданный теоретическим чертежом или математической моделью поверхности, а действительный обвод — это обвод, полученный в результате сборки узлов, секций, отсеков и агрегатов планера.

Контур — это линия пересечения обвода плоскостью, причем теоретический контур — контур, заданный теоретическим чертежом или математической моделью, а действительный контур — полученный в результате сборки узлов, секций, отсеков и агрегатов планера самолёта.

Обводы летательных аппаратов классифицируются по четырем основным признакам:

по агрегатам — крыло, оперение (киль, стабилизатор), фюзеляж, гондола двигателя, воздухозаборник, обтекатель;

по зонам — самолёт, рассматриваемый в данном дипломной работе, по требованиям к точности выполнения формы и качеству внешней поверхности делится на 2 зоны, границы которых определены по каждому агрегату;

по составу — сборные конструкции и монолитные;

по расположению — внешние и внутренние, представляющие соответствующие поверхности планера самолёта.

Качество обводов планера ЛА характеризуется следующими видами отклонений:

шероховатость — совокупность микроотклонений поверхности;

— уступы и зазоры — ступенчатые отклонения и неплотности прилегания поверхностей торцевых частей деталей по стыкам и разъемам сборных частей планера ЛА;

выступание, западание потайных головок заклепок и болтов;

— местные выступания, западания поверхности вследствие утяжки при клёпке, образования хлопунов и др.;

отклонение сечения — отклонение действительного положения сечения от теоретического (линейное или угловое);

волнистость — волнообразное отклонение поверхности, характеризуемое отношением базовой длины (l) к высоте отклонения (h);

отклонение положения обвода агрегата планера от теоретичеcкого.

Шероховатость зависит от качества поверхности обшивок и других деталей, выходящих на обвод летательного аппарата, и определяется в основном технологическими процессами металлургического, штамповозаготовительного и механообрабатывающего производства.

Уступы и зазоры в стыках обшивок и других обводообразующих деталей планера дифференцируются на продольные и поперечные, а поперечные уступы — на расположенные по потоку и против потока.

Допустимые значения волнистости, уступов и зазоров по стыкам указаны в таблице 1.2

Таблица 1.2 — Требования к точности и качеству внешней поверхности.

С целью снижения отрицательного влияния уступов и зазоров в стыках на аэродинамические характеристики самолета используют различные технологические приемы, такие как снятие фасок в местах уступов, заполнение зазоров, в неразъёмных соединениях, шпатлёвкой или герметиком тщательная подгонка стыкуемых деталей. Вписываемость съемных обводообразующих деталей и узлов (крышек люков, створок и т. п.), с одновременным устранением зазоров и уступов эффективно обеспечивает метод облойного гермотиснения.

После сборки и контроля обводов каждого агрегата в отдельности производится общая сборка планера, в результате которой возможны отклонения от теоретического обвода планера, вызванные погрешностями стыковки агрегатов между собой. Отклонения обводов планера выявляются следующими способами:

контролем отдельных сечений агрегатов в стыковочных стапелях

по рубильникам;

контролем положения нивелировочных точек в соответствии с

нивелировочной схемой (нивелировка).

Значение закрутки агрегатов не должно превышать значений, заданных нивелировочной схемой.

Контроль формы каждого агрегата производится посредством электронных оптических или лазерных средств контроля, эквидистантных шаблонов и других методов.

По требованию к точности и качеству внешней поверхности поверхность агрегатов крыла разделяется на 2 зоны (рисунок 7):

I зона:

верхняя поверхность крыла, включая интерцепторы и тормозные щитки;

нижнюю поверхность предкрылков и закрылков;

верхнюю поверхность зализа крыла, его нижнюю поверхность до конца предкрылка;

всю поверхность элерона;

II зона:

вся остальная поверхность, включая поверхность обтекателей приводов закрылка Допустимые отклонения от обводов, смещения подвижных элементов крыла указаны в таблице 1.3

Рисунок 7 — Схема распределения аэродинамических зон на ОЧК

Таблица 1.3 — Допустимые отклонения от обводов, смещения подвижных элементов крыла

Навеска механизации осуществляется в специальном стенде горизонтальной конструкции. Базирование должно обеспечивать как вписывание агрегатов механизации в контур крыла, так и величины зазоров между элементами конструкции. Окончательный контроль геометрии — с помощью бесконтактной измерительной системы. Углы отклонения частей механизации крыла SSJ-100 приведены в таблице 1.4

Таблица 1.4 — Углы отклонения частей механизации крыла SSJ-100

2. Технологическая проработка процесса сборки ОЧК

2.1 Схема агрегатной сборки ОЧК

При проектировании технологического процесса сборки изделия определяются все данные, необходимые для выполнения сборочных работ: выбираются схемы сборки и базирования, схемы обеспечения точности и взаимозаменяемости; разрабатываются технические условия на поставку элементов изделия на сборку; определяется состав и последовательность выполнения этапов сборки, операций и переходов; выбирается состав оборудования, инструмента и оснастки; определяется состав и квалификация исполнителей; рассчитываются нормы времени, расценки и режимы операций; вычисляется трудоемкость и технологическая себестоимость, цикл сборки и т. д.

Сборочные работы в самолетостроении являются многовариантными как по возможному составу и последовательности операций технологического процесса, так и по составу применяемой оснастки, оборудования, инструмента. Кроме того, сборочные работы органически взаимосвязаны с другими процессами изготовления изделия через технические условия на поставку деталей и сборочных единиц по этапам сборки. Поэтому все задачи проектирования технологических процессов сборки необходимо решать комплексно, с учетом других задач технологической подготовки производства изделия. В этих условиях проектирование оптимальных технологических процессов и оснащения сборки требует большого количества трудоемких вычислений, поэтому для повышения качества и эффективности проектирования следует применять автоматизированное проектирование с использованием ЭВМ и САПР. В соответствии с современными требованиями организации технологического проектирования проектирование должно быть преимущественно автоматизированным.

Наиболее эффективным является автоматизированное проектирование в режиме диалога технолога с ЭВМ, так как этот режим позволяет использовать творческие возможности и опыт человека в сочетании с большой скоростью и точностью выполнения вычислений на ЭВМ.

В самолетостроении рассматриваются три схемы сборки: последовательная, параллельная и последовательно-параллельная.

Последовательная сборка относится к нерасчлененной на секции и панели конструкции самолета. Сборка идет в одном сложном сборочном приспособлении. На первом этапе такой сборки собирается каркас, затем устанавливаются листы обшивки и соединяются с каркасом.

На втором этапе, закончив сборку секции или узла, приступают к монтажным работам. При этой схеме сборки трудоемкость и цикл сборочных работ самые большие, создаются стесненные условия труда для сборщика, на сборку поступает большое количество деталей.

Параллельная сборка относится к сборке агрегата, конструкция которого расчленена на панели. Сборочные и монтажные работы проходят параллельно на всех панелях в различных несложных приспособлениях. Соединение панелей выполняется на последнем этапе, трудоемкость этих работ сведена до минимума.

Цикл и трудоемкость параллельной сборки самые малые (цикл можно сократить в 3 — 4 раза), можно применить прессовую клепку, сократить производственные площади. Такое производство выгодно при больших программах выпуска изделия, так как задействовано большое количество оснастки, рабочих — сборщиков.

Параллельно-последовательная сборка относится к сборке расчлененной на панели и узлы конструкции, но после первого этапа сборочных работ приступают к соединению-стыковке панелей и узлов друг с другом, а затем в полученном изделии проводят монтажные работы. Цикл и трудоемкость сборочных работ в таком случае больше, чем при параллельной сборке, но выигрыш получают в обеспечении нормальных условий труда сборщиков, и при малой программе выпуска изделия оснастка не стоит так дорого, как при параллельной схеме сборки.

При выборе схемы сборки важно учитывать:

1) конструкцию изделия,

2) ее назначение,

3) применяемые материалы,

4) технологию изготовления,

5) методы базирования,

6) мощность производства.

По представленным элементам конструкции консоль ОЧК собирается по последовательно — параллельной схеме. Это обеспечивает наиболее короткие сроки сборки ОЧК без снижения его качества (рисунок 2.1) .

Рисунок 2.1 — Схема последовательно — параллельной сборки ОЧК

Сборка может проходить по дифференцированной и недифференцированной схемам.

При дифференцированной схеме сборка идет в основном из узлов, панелей и небольшого количества деталей. Эта сборка применяется при мелкосерийном производстве, которое позволяет использовать достаточно большое количество несложных сборочных приспособлений и сборщиков низкой квалификации. Такие условия позволяют уменьшить трудоемкость работ и получить короткий цикл сборки.

При недифференцированной схеме сборка идет в основном из деталей, и небольшого количества узлов. При этой сборке применяют труд сборщиков высокой квалификации, сложные дорогостоящие сборочные приспособления, цикл сборочных работ получается длинным.

Т.к. ОЧК собирается в основном из узлов, панелей и агрегатов — схема сборки определяется как дифференцируемая.

На агрегатной сборке проводят сборку отдельных секций, отсеков и агрегатов, при этом различают два вида сборки:

— в стапеле (стапельная сборка агрегатов);

— вне стапеля (внестапельная сборка агрегатов).

На агрегатную сборку в стапеле поступают узлы и панели, собранные на узловой сборке: нижняя, верхняя и съемная панели, передний и задний лонжероны, макетные и нормальные нервюры. В стапель общей сборки панели и узлы отъемной части крыла поступают обработанными по стыкам и разъемам, с просверленными базовыми и направляющими отверстиями, готовыми к установке в стапеле с подгонкой или без подготовки в соответствии с технологией.

Собранная в стапеле отъемная часть крыла затем поступает на участок внестапельной сборки. На внестапельную сборку может выноситься часть сборочных и монтажных работ.

После сборки отсека или агрегата в стапеле полученные размеры и положения стыковых узлов и отверстий под стыковые болты, как правило, выходят за пределы допусков. То есть, по стыкам и разъемам агрегат после стапельной сборки является невзаимозаменяемым.

На внестапельной сборке ведут обработку стыков и разъемов в стыковочных и разделочных стендах; контролируют аэродинамические обводы и швы собранного агрегата; ведут сборочные работы; проводят монтаж оборудования, приборов, установок, различного рода коммуникаций и органов управления; испытание отдельных систем, входящих в собранный агрегат.

Собранный отсек устанавливается с помощью кран-балки на ложементы стенда, выравнивается и фиксируется штифтами и прижимными рубильниками.

Стыковка взаимозаменяемых отсеков и агрегатов сводится только к операциям, связанным с установлением стыковых болтов, соединением коммуникаций систем и регулированием тяг управления, проходящих в зоне стыка или разъема.

На внестапельной сборке после стыковки отсеков и секций в агрегат проводят окончательный монтаж электрооборудования, жгутов, различных проводов и коммуникаций, проверку систем, входящих в этот агрегат.

2.2 Выбор способа взаимозаменяемости Взаимозаменяемостью называется свойство конструкции составной части изделия, обеспечивающее возможность ее применения вместо другой такой же части без дополнительной обработки с сохранением заданного качества изделия, в состав которого она входит.

Точностью какого-либо размера называется степень соответствия его действительного значения значению, заданному проектом.

Взаимозаменяемость и точность являются важнейшими показателями качества, относясь к группе показателей технологичности.

Взаимозаменяемость характеризует качество проектноконструкторских и технологических решений, технологический уровень производства. Наличие взаимозаменяемости снижает трудоемкость изготовления за счет сокращения объема ручного труда при сборке и замене составных частей конструкции в эксплуатации.

Основным направлением в области совершенствования ТПП является создание автоматизированных систем ТПП на базе развития аппарата математического моделирования объектов и процессов производства с использованием современных средств вычислительной техники и оборудования с ЧПУ. Для самолетостроения это означает переход от связанного (зависимого) изготовления деталей к независимому, воспроизводящему объекты с заданной степенью точности, достаточной для обеспечения взаимозаменяемости.

В самолётостроении для обеспечения взаимозаменяемости сборочных контуров применяют связанные (зависимые), несвязанные и независимые методы. Кроме того, при производстве самолётов и вертолетов используется контрольная (эталонная) и технологическая оснастки.

Связанный или зависимый метод взаимозаменяемости сборочных единиц основывается на использовании контрольной (или эталонной) и технологической оснастки.

При этом контрольная и технологическая оснастка для различных агрегатов согласовывается (или увязывается) между собой для компенсации погрешностей размеров сборочных контуров (но не отдельных деталей).

Такой метод используют для сборки деталей, обладающих малой жесткостью, то есть для сборки самолетных контуров.

При несвязанном методе по чертежам изделия сразу изготавливают технологическую оснастку. При этом согласование размеров, как в деталях, так и в сборочных контурах не проводится.

Такой метод используют при сборке жестких деталей и узлов типа цилиндров стойки шасси. В этом случае необходимо изготавливать детали с высокой степенью точности. Для контроля точности размеров используется универсальный инструмент (линейка, штангенциркуль, микрометры).

При независимом методе обеспечения взаимозаменяемости узлов и агрегатов идёт за счёт применения современных ЭВМ и станков с числовым программным обеспечением (СЧПУ). Для этого метода необходимо иметь большой вычислительный центр, который бы перерабатывал заданную информацию с чертежей в математические зависимости, по которым далее можно составлять программы для станков (СЧПУ). Инженерный центр перерабатывает информацию с чертежей в электронные модели и математические зависимости, по которым далее составляются управляющие программы для станков с числовым программным управлением. Следует отметить, что часть шаблонов все же сохраняется.

Сопоставление допусков на стыки и разъемы современных самолетов свидетельствует о том, что изготовление жестких носителей размеров целесообразно только тогда, если их размеры не превышают 2500 мм. Дальнейшее увеличение размеров ведет к резкому возрастанию погрешности монтажа базовых, обводообразующих и стыковых узлов макетов каркаса, погрешностей из-за деформации макета от собственного веса при выставлении их в стапеле, а также температурной погрешности.

В последнее время все авиационные предприятия переходят на применение бесплазовых и объемных методов увязки, сущность которых состоит в том, что на стадии изготовления контрольно-эталонной оснастки не используют плоские плазы и шаблоны как средство обеспечения взаимозаменяемости.

Принцип независимого метода в настоящей работе использован в электронном методе увязки оснастки и размеров деталей для обеспечения точности сборки кессона ОЧК.

Для окончательной сборки консоли ОЧК используют базирование по сборочным отверстиям, это позволяет увеличить точность сборки до 1 мм.

Сборка идёт в сборочном приспособлении каркасного типа на этапе стапельной сборки, и в стенде — на внестапельной сборке. При изготовлении этих приспособлений не использовался ни один шаблон, ни один эталон поверхности. То есть, монтаж стапелей вёлся с помощью независимого метода увязки.

Разработка независимого метода увязки для обеспечения взаимозаменяемости консоли ОЧК последовательно содержит следующие этапы.

С помощью ПЭВМ и СAD/CAM/CAE системы верхнего уровня Unigraphics (компания ЕDS) получают электронный макет (ЭМ) кессона ОЧК с учётом ассоциативности и анализа допусков.

На основании этого ЭМ, с помощью возможности параллельного инженеринга, одновременно ведут проектирование как ЭМ элементов технологической оснастки, так и технологические ЭМ деталей (стенки, лонжероны, стрингеры, обшивки и т. д.), по которым в свою очередь проектируют ЭМ заготовительно-штамповочной оснастки. При помощи CAM — подсистемы этой же программы Unigraphics либо других СAD/CAM/CAE — систем, совместимых с ней, на основе этих ЭМ составляются управляющие программы для станков СЧПУ, для высокоточных токарных координатно — расточных станков и станков лазерного раскроя с ЧПУ. Кроме этого программа предусматривает составление по ЭМ технологической и заготовительной оснастки технологических эскизов и упрощённых чертежей отдельных деталей и элементов сборочной оснастки. Это делается для разгрузки рабочего времени дорогостоящих станков СЧПУ и соответственно перевода значительного объёма работ на универсальное оборудование.

С помощью станков СЧПУ изготавливают контрольные и рабочие шаблоны, формблоки, пресс-формы, оправки и болванки — т. е. оснастку для заготовительно-штамповочных и частично сборочных работ. На станках СЧПУ изготавливают и жесткие детали типа кронштейнов навески крыла.

В заготовительно-штамповочных и токарных цехах изготавливают полную номенклатуру деталей агрегата.

С использованием СЧПУ и других точных станков изготавливают элементы технологической оснастки (рубильники, ложементы фиксации, упоры,). Промежуточным этапом как для оснастки, так и на этапе проектирования ЭМ технологической оснастки получают ЭМ стапеля сборки ОЧК, информация с которого передается на инструментальный стенд МС-636Ф (координаты баз установок стаканов, вилок, узлов навески, упоров).

На инструментальном стенде проводят монтаж наиболее важных узлов стапелей сборки ОЧК, которые в последствии задают положение обводообразующих элементов этих стапелей. Затем производится монтаж второстепенных деталей стапеля, изготовленных на универсальном оборудовании. Таким образом, стапель после транспортировки в сборочный цех приводится в рабочее состояние.

Подведя итог скажем, что изготовление элементов технологической оснастки осуществляемый независимым методом, заключающейся в аналитическом расчете ее геометрических параметров и последующем, независимом от других источников, воспроизведении на оборудовании, обеспечивающем выбранную точность изготовления и увязки (рис. 2.2).

Сам процесс изготовления сборочной оснастки предусматривает два основных этапа:

изготовление элементов сборочной оснастки, сборка ее отдельных узлов, изготовление рам (каркасов);

монтаж сборочной оснастки, включающий установку, обеспечение взаимного расположения в пространстве и закрепление элементов сборочной оснастки в единое целое согласно КТД.

Рисунок 2.2. — Схема увязки сборочной оснастки и деталей СЕ планера

2.3 Выбор способа и метода базирования Методы сборки определяют весь комплекс технологической подготовки производства: выбор схемы базирования и схемы сборки, технологической оснастки, обеспечивающих изготовление деталей и сборку сборочных единиц с заданным уровнем взаимозаменяемости и точности, процессов изготовления и монтажа технологической оснастки для производства деталей (рисунок 2.3).

Рисунок 2.3 — Классификация методов сборки В собранном изделии каждый его элемент должен занимать относительно других элементов строго определенное положение.

Под базированием при сборке понимается такое состояние установленного элемента конструкции, при котором он занимает требуемое положение в изделии и сохраняет это положение неизменным под действием возмущающих сил, неизбежных при сборке. Определенность базирования достигается благодаря сборочной базе. Как известно, в общем случае базой называется совокупность поверхностей, линий или точек, относительно которых определяется положение других поверхностей, линий или точек, что обеспечивает требуемое качество геометрических контуров конструкции и сборочной единицы в целом.

Сборка представляет собой совокупность операций по установке деталей в сборочное положение и соединению их в узлы, панели, агрегаты и самолёт в целом.

Совершенствование технологии сборочно-монтажных работ в самолетостроении зависит от выбранного способа базирования элементов конструкции относительно других элементов. Способы базирования различают при узловой и агрегатной сборке.

Сборка узлов (нервюр, лонжеронов, шпангоутов, лючков) может идти в сборочном приспособлении и без сборочного приспособления. Когда детали узла достаточно жесткие — тогда применяют стандартное, универсальное сборочное оборудование типа сборочных верстаков и механических струбцин для фиксации элементов.

При узловой сборке широко используются следующие способы базирования:

— Базирование по месту детали в конструктивном контуре изделия;

— Базирование по сборочным отверстиям в элементах изделия и оснастки;

— Базирование по разметке в ручную;

— Базирование по координатно-фиксирующим отверстиям в элементах изделия и оснастки;

— Базирование в сборочном приспособлении по базовым элементам самого сборочного приспособления.

Базирование по месту детали в конструктивном контуре применяется для сборки узлов, собираемых из жёстких деталей, сохраняющих под действием собственного веса свои формы и размеры.

Сущность базирования по месту детали в конструктивном контуре изделия состоит в том, что одна из деталей узла играет роль базовой детали и к ней в определенной последовательности, присоединяют другие детали, входящие в узел.

Базирование по СО применяется в случае, когда собираемые детали соединяются заклепками или болтами.

Детали на сборку поступают обработанные в окончательные размеры с просверленными по шаблонам сборочными и направляющими отверстиями.

Сборка по СО имеет следующие преимущества — низкая трудоемкость, короткий цикл сборки, простоту и возможность использования рабочих низкой квалификации, отсутствие сборочной или какой-либо оснастки, сокращенный цикл подготовки производства.

Основной недостаток этого способа сборки — достаточно высокие требования к точности деталей и низкая результативность точности сборки.

Базирование по разметке применяется для сборки узлов, имеющих основную базовую деталь, на поверхности которой можно нанести линии разметки, точки для сочленения с ней других деталей.

Этот способ сборки позволяет не вводить и не увязывать сборочные и направляющие отверстия, не изготавливать сборочную оснастку, применение дополнительные шаблоны — в этом его преимущество, поэтому метод нашёл в опытном и экспериментальном производстве.

Базирование по координатно-фиксирующим отверстиям применяется при сопряжении деталей узла или панели не допускает существования основной базовой поверхности, то необходимо применять специальное сборочное приспособление — координатную плиту, в которой можно проводить базирование деталей по специальным координатно-фиксирующим отверстиям (КФО).

Основной сборочной базой при базировании по КФО является отверстия КФО в координатной плите, и в дополнение к КФО в деталях просверлены также координатные отверстия КФО, увязанные с отверстиями КФО плиты.

Базирование по элементам сборочного приспособления применяется в том случае, если сборочной базой для всех деталей узла является базовые поверхности сборочного приспособления (СП). То есть, определенность базирования и фиксация устанавливаемых элементов полностью создается за счет готовых и фиксирующих элементов сборочного приспособления.

Сборка в сборочном приспособлении позволяет получать самые точные по контуру сборочные узлы, точность сборки составляет 0,4 — 0,5 мм, но этот вид сборки является самым дорогим. Поэтому сборку в сборочном приспособлении ведут для ответственных узлов.

Условия на поставку деталей на сборку разрабатываются технологами сборочных цехов. Эти условия должны определять степень законченности деталей до сборки и ее эскиз. Условия поставки разрабатываются на все детали сборочного узла, каждой детали присваивается номер. Условия поставки деталей на сборку оформляются в виде таблицы.

В представленном дипломном проекте сборка узлов идет по сборочным отверстиям в элементах изделия и оснастки.

Основная сборка агрегатов, секций, отсеков производится в сложных громоздких сборочных приспособлениях — стапелях. Сравнительно небольшие по объёму сборочные работы производятся на внестапельной сборке в приспособлениях, упрощённой конструкции, стендах.

Внешние контуры обшивок, выходящих на аэродинамические обводы планера, базируют по рабочим поверхностям (ложементов) рубильников стапеля. Внутренние элементы каркаса агрегата базируют по месту детали в конструктивном контуре элемента, по упорам и базовым отверстиям в стапеле с помощью специальных базовых элементов — стапельных плит, фиксаторов, стыков, разъемов и элементов стыковочной оснастки.

При агрегатной сборке основными способами базирования являются:

1). базирование по внешней поверхности обшивки (ВПО);

2). базирование по поверхности каркаса;

3). базирование по сборочным отверстиям (СО) и координатно-фиксирующим отверстиям (КФО) стапеля.

Базирование по внешней поверхности обшивки относится к прямому методу и находит широкое применение в сборочных работах, так как дает самую высокую точность сборки.

На период сборки при базировании по ВПО обшивка непосредственно прилегает к ложементу рубильника и копирует теоретический контур обвода внешнего контура агрегата, при этом погрешность сборки определяется в основном точностью изготовления и установки рубильника в стапеле.

Сборочная база в этом случае являются рабочие поверхности рубильников стапеля, которые образуют отраженный вид контура аэродинамических обводов планера.

Этот способ базирования дает самую высокую точность сборки в пределах 0,4 мм.

Базирование по поверхности каркаса относится к косвенным методам базирования, при котором теоретический контур внешних обводов агрегата не соприкасается с поверхностями сборочных баз стапеля.

При базировании по поверхности каркаса сборку ведут вначале в одном приспособлении, где собирают только каркас. При этом элементы каркаса (внешние поверхности поясов лонжерона, полок нервюр, полок стрингеров) прижимают к ложементам «каркасного» рубильника, то есть поверхность каркаса копирует теоретический контур каркаса. Затем каркас вынимается из сборочного приспособления и передаётся в другой стапель, где на каркас устанавливается обшивка и прижимается нормальными (обычными, копирующими внешний обвод контура обшивки) рубильниками.

Причём базирование обшивки идёт по поверхности каркаса, а не по ложементу нормального рубильника, то есть погрешности обшивки не компенсируются и влияют на точность сборки.

Этот способ более трудоёмок, чем базирование по внешней поверхности обшивки, и менее точен (точность сборки лежит в пределах 2,5 мм).

Базирование по поверхности каркаса в основном применяют при сборке непанелированных отсеков и агрегатов легких самолетов и вертолетов, конструкций с сотовым заполнителем (рисунок 2.9)

Базирование по сборочным и координатно-фиксирующим отверстиям стапеля.

Сборочной базой при этом способе базирования являются поверхности базовых элементов стапеля и в дополнение к ним КФО, СО в базируемых элементах изделия и базовых элементах стапеля.

При этом базируемые элементы изделия сопрягаются с базовыми элементами по ограниченным участкам поверхности в зоне расположения КФО, поэтому форма базовых элементов очень мало или совсем не зависит от формы элементов изделия. Точность этого способа сборки лежит в пределах 0,6 — 1,0 мм. Сборочные единицы планера рекомендуемые для сборки по отверстиям (рисунок 2.4)

Рисунок 2.4 — Сборочные единицы планера рекомендуемые для сборки по СО Сборочные единицы ОЧК, выходящих на обвод самолёта (кессон ОЧК, секции носовой и залонжеронной части крыла, закрылки, предкрылки, интерцепторы, элероны) собираются с применением способа базирования по сборочным отверстиям. Точность сборки лежит в пределах 1,0 мм.

Отличительной особенностью отсеков и агрегатов несущих поверхностей, органов управления и механизации крыла является повышенные требования к точности выполнения аэродинамических обводов и изменяемость некоторых геометрических параметров готовых сборочных единиц под воздействием собственного веса.

Геометрическая взаимозаменяемость сборочных единиц, собираемых по отверстиям, обеспечивается на всех этапах технологической подготовки производства.

2.4 Особенность нивелировочного процесса Для авиационного производства одним из ключевых аспектов создания высококачественных и надежных ЛА является проблема обеспечения точности нивелировочных и юстировочных параметров ЛА. Эти параметры характеризуют, соответственно, взаимное расположение частей аппарата и расположение приборов пилотажно-навигационного оборудования относительно корпуса самолёта.

Процесс нивелировки, как технологическая система определения взаимного расположения частей и агрегатов изделия относительно друг друга, занимает одно из ключевых мест, поскольку целый комплекс показателей качества, таких как маневренность, управляемость, аэродинамическое качество, напрямую зависят от точности обеспечения взаимного расположения агрегатов, поверхности которых составляют аэродинамический контур ЛА.

Точность обеспечения аэродинамических характеристик определяется как точностью изготовления отдельных агрегатов (точностью геометрических параметров агрегатов), составляющих аэродинамический контур, так и точностью их взаимного расположения.

Нивелировка — технологический процесс измерения и регулировки расположения частей изделия (крыльев, стабилизаторов, рулей, двигателей), внешних стыковочных узлов (бугелей, бортразъемов) относительно системы координат планера. Нивелировка является заключительным этапом контроля сборки самолета. Цель нивелировки — контроль геометрических параметров планера и регулировка органов управления полетом.

Летательный аппарат и составляющие его агрегаты можно представить в виде совокупности взаимосвязанных систем координат, жестко связанных с элементами и частями ЛА.

Система координат ЛА, а также координатные плоскости агрегатов задаются точками на внешней поверхности, расположение которых переносится со стапелей или определяется другими способами, и эти точки называются реперными или нивелировочными.

Базовую систему координат отсека можно рассматривать как совокупность двух систем координат:

Системы координат, связанной с элементами узлов стыка агрегата со смежными агрегатами.

Системы координат, связанной с оболочкой отсека.

Нас больше интересует вторая система координат агрегата, которая связана с элементами, как правило, не обладающими достаточной жесткостью и точностью геометрических параметров. Таким образом, эта система координат задается через ряд реперных точек на поверхности обшивки.

Требования к нивелировочным параметрам служат исходными данными для определения требований к точности расположения разъемов агрегатов и их элементов.

Требования к точности расположения элементов конструкции корпуса относительно нивелировочных плоскостей, способ материализации последних, расположение опор изделия включаются в конструкторскую документацию (нивелировочный чертеж, инструкцию по нивелировке).

Для изделия в целом могут нормироваться и отклонения формы внешней поверхности, для подвижных элементов конструкции (аэродинамических и газоструйных рулей, элеронов, интерцепторов) нормируются отклонения от номинальных значений углов поворота и люфтов в кинематических системах.

Сборка высокоточных конструкций из маложестких элементов — процесс традиционный в производстве ЛА. В современных условиях этот процесс получил свое новое развитие. Сейчас появляется необходимость в таких технологических процессах сборки, при которых материализация базовых систем координат производилась бы на заключительных операциях, исходя из условий обеспечения максимальной точности сборки (стыковки) с соседними элементами конструкций. Многим ЛА присуще широкое применение маложестких сварных конструкций и, особенно, конструкций из полимерных композиционных материалов (ПКМ). Им свойственны значительные отклонения формы в процессе изготовления.

Решение указанных задач, требует развития метрологического обеспечения технологических процессов. Основное направление развития метрологического обеспечения заключается в изменении сути процессов измерения, переходе от измерения отдельных геометрических параметров, сравниваемых с допуском, к измерению комплекса геометрических параметров с одновременной и последующей их обработкой. Это требует создания автоматизированных информационно-измерительных систем с развитым математическим и программным обеспечением.