应用计算机辅助技术制造波音737－700垂尾

计算机辅助工装技术的应用

　　计算机辅助工装技术的应用包括5个系统。
1.计算机辅助设计
　　工装数据集由计算机辅助设计(CAD)技术生成，是工装设计按产品数据集和用户要求，在联合小组监控下，借助工作站和CATIA软件系统所做的工装数字化定义，其形式和内容均不同于B737－300工装图纸。工装数据集是一个三维立体模型，由三维模型(SPACE MODEL)、二维模型(DRAW MODEL)和数控模型(N/C MODEL)三个子模型组成，每种模型按波音“工装工程CATIA模型格式手册”要求建立。为了便于管理，工装数据集又分为标准数据集，仅用于二维图形数据集，三维实体数据集，计算机辅助说明数据集。设计员建立需要的数据集后，在工作站屏幕上就可以看到彩色工装三维图像及工装平面图，图1是后梁型架接头定位器三维模型，每个零件可从任意角度进行透视分析，或截取某一断面，分析零件的尺寸关系。

图1　B737－700垂尾后梁接头定位器

2.计算机辅助制造
　　工装数据集为数控加工提供了方便条件，其中N/C子模型是数控工艺编程的依据，N/C模型又叫精确实体，它包含所有与飞机外型有关的定位件数字定义，误差不超过0.001英寸。应用CATIA软件可以很方便地转换为N/C加工数据集，B737－700垂尾工装外型定位件全部由计算机辅助制造(CAM)系统完成，经数控检测确认合格，采用固定式光学工具坞型架安装技术调整并固定在工装基体上。安装过程无须使用标准样件、标准实样、接头钻孔过渡板，避免了产生传统模拟量移型过程的误差积累弊端，安装的唯一依据是工装数据信集，保证了工装自身具有较高的协调精度。
3.计算机辅助测量系统
　　用计算机辅助测量系统（CAMS）技术检测工装精度高、使用方便。B737－700研制时应用CAMS技术后，尚未发生过因工装不协调而返修的现象。
　　实施CAMS技术应做好以下准备工作：
　　(1)建立CAMS坐标系，该坐标系尽可能与飞机坐标系相吻合(如飞机对称轴线，飞机水平基准线)，避免选用局部坐标系(如机翼、水平尾翼轴线)。
　　（2）设置OTP(Optical Tooling Point光学工具点)，用以描述某工装定位件在飞机坐标系中的准确位置。OTP的布置应分布均匀，数量适中，尤其要避免被测零件隐藏在结构件的后面，影响测量视线的可达性。每个OTP各有编号，不允许重复。在工装数据集中采用列表法对其进行描述。
　　(3)设置ERS(Enhance Reference System增强基准参考系统)点。设计员在工装数据集给出ERS点的理论值(允许在制造过程中修正、更改)和编号，该值一旦确定不应更改，将作为工装返修时调整坐标系的依据。按要求应将ERS点的数值用钢字头打在型架上。
　　CAMS使用的测量仪器是CAT(计算机辅助经纬仪)T3000。CAT以电子数据描述物体的空间位置。测量时以被测零件上OTP点为基准，通常选定零件上某些特定的孔或面，并将光学测量元件固定在被测零件上，然后对OTP点进行检测、显示、打印和修正。发现问题可随时纠正，从根本上消除工装返修的客观因素。
4.计算机辅助检验
　　B737－700垂尾使用计算机辅助检验（CAI）技术不仅包含通常所指的CAT零件检测功能，为了消除软件的差错，按秩序在工装数据集转换为N/C加工数据集以及N/C数据集投入使用以前，都要经过一次CAI系统检测，确认无误后才能进行N/C加工，所以CAI还有纠错的功能。西飞公司进行垂尾梁型架研制时，应用CAI技术检测工装数据集，曾发现工装数据集与产品外型对应型面不符的差错，从而消除一项质量隐患。为了满足研制需要，西飞公司引进了意大利制造的OMEGA3700数控测量机(CMM)，平台面积为1.5m×8m，可对零件空间六个自由度进行检测、显示、打印数据。一般需要数控测量的零件按下列操作程序；提项目清单→填写申请单→提取理论数据→测量机测量→测量数据处理→记录、交用户、归档。
5.HVC零件偏差控制系统
　　HVC系统是波音先进质量体系中的重要组成部分，应用HVC系统控制偏差范围可从飞机总体设计阶段开始，直到制造过程的各个关键环节。主要方法是利用数理统计的法则，分析影响产品质量关键特性点(KCs)的变化因数和潜在的变化源，并加以连续不断地控制和改进，以达到提高产品质量的目的。质保部门还要制定HVC控制计划(确定用什么手段测量采集哪些KCs)，包括HVC工装控制计划、HVC零件制造控制计划、HVC装配组件控制计划。波音采集数据选用的设备是激光跟踪测量仪，该设备有激光连续跟踪反射目标的测量系统，按5000次/s采集数据。

应用实例

　　B737－700后梁型架(XB340/700－105)是垂尾的关键工装，全面应用计算机辅助技术，数字量传递协调路线，联合小组工作模式，贯穿垂尾研制的全过程，简述如下。
　　1.工装协调方案的制定
　　B737－700工装全部采用计算机辅助数字量传递，这对西飞公司尚属首次，垂尾前梁、后梁(与机身)对接接头，将和异地生产的机身相对接。为了保证装配协调，联合小组建议在对接面处增加一个标准量规和接头钻孔模板，并向我方提供了标准量规(MT)及接头钻模板(DFT)实物和数据集。西飞公司应用CATIA软件的“预装配”技术，将波音的DFT在垂尾后梁型架上预装，发现DFT的边缘线大于型架的结构，波音公司承认属于设计不协调。联合小组建议由西飞公司应用计算机辅助技术自制DFT作为协调依据，该方案经波音同意后实施，说明了西飞公司计算机辅助工装研制技术，已得到波音同行的认可。图2是西飞公司B737－700垂尾工装研制协调图。

图2　B737－700垂尾工装研制协调图

　　2.后梁型架的设计
　　后梁型架的设计-开始就处于联合小组监控之下，按程序通过了25％、50％、90％评审，根据数学模型MDSXXX建立工装数据集(含二维、三维数据模型)。为便于应用，同时建立坐标轴系统，分层图表过滤器辅助说明等子模型。二维与三维图形之间的对应关系，保持绝对一致性，如发生更改，对应关系也同步更改。应用CATIA软件进行工装设计流程见图3。