学士学位论文--某型机垂直尾翼前缘组合型架的设计.doc

某型机垂直尾翼前缘组合型架的设计
某型机垂直尾翼前缘组合型架的设计

1 引言
飞机是高度综合的现代科学技术的体现。自从飞机发明100多年来，飞机作为航空技术的代表，随着科学技术的进步而取得了很大的发展，而航空技术不断提出的新要求，也同时对科学技术的发展起了促进、推动的作用。现代飞机具有外形气动要求严格、设计更改频繁、产品构型众多、零件材料和形状各异、内部结构很复杂、空间十分紧凑、各类系统布置密集和零部件数量巨大等特点。因此，飞机制造技术是难度大、工程艰巨、协作面广、管理困难且需要投入巨额资金的综合性高技术产业。
航空制造业的竞争日趋激烈，人们要求飞机的承载能力更强，更高效，而交货周期确更短。为满足这些严格的要求，飞机设计师不得不寻求更先进的设计方法和工具，以提高产品质量，缩短研制周期。有限元分析方法和智能设计系统加速了产品的优化设计，使零件、组合件的设计达到了前所未有的精度。其中，装配型架的设计和制造在整个生产工艺装配中占很大的比重。这些先进的方法和工具为型架设计方法的改进提供了技术基础。由于飞机结构不同于一般机械，在它的装配过程中，不能单靠自身形状和尺寸的加工准确性来装配出合格的部件，而须采用一些特殊的装配工艺装备。它们是一些专用生产工艺装备，在完成飞机产品从零组件到部件的装配以及总装配过程中，用以控制起形状几何参数，且具体有定位功能。装配型架设备是其中主要的一类。型架的种类很多，按其装配对象（工件）的连接方法划分为：铆接装配型架、胶接装配型架、焊接装配型架等。按目前的技术状况，其中数量最多的又是铆接装配型架。“某型机垂直尾翼前缘组合型架的设计”中的垂直尾翼前缘组合型架属于铆接装配型架。

2 飞机制造技术
2.1飞机制造工艺过程和工艺过程的组成
飞机制造工艺：
飞机制造工艺是机械制造工艺的一个领域，是研究飞机生产过程实质、各个过程间的相互联系及其发展规律的科学。
工艺过程：
工艺过程是生产过程的一部分，它包含的内容是改变并最后确定生产对象状态的各种活动。换句话说，飞机制造工艺过程是在将原材料加工成飞机的过程中，设备和执行者相互作用的复杂综合体。
工艺过程的组成：
（1）局部工艺过程；
（2）工艺工序；
（3）工艺工步；
（4）工作进程；
（5）定位；
（6）工位；
（7）产品生产计划。
2.2飞机制造特点
飞机生产的特点首先取决于飞机的外形尺寸、飞机的用途和飞机的战术——技术要求。通常可以把飞机看成一个机体。在机械制造的不同产品中，以飞机产品为对象时，具有以下系列特征：
（1） 机体零件数量大、品种多;
（2） 采用的材料品种繁多；
（3） 空间形状复杂；
（4） 安装—装配、调整和试验工作的劳动量很大；
（5） 对飞机整体质量及其单个元件的质量都有很高要求；
（6） 广泛的生产协作；
（7） 生产的对象经常更换；
（8）生产准备工作量很大。
为了缩短准备期限，成批生产的工艺和组织准备工作采用了平行——连续作业方法这种方法这样会明显地缩短成批生产的准备期限。
以上特点决定了飞机制造过程采用大量的工艺装备，其中最主要的是铆接装配型架，“某型机垂直尾翼前缘组合型架的设计”中的垂直尾翼前缘组合型架属于铆接装配型架。
2.3 飞机生产中质量的保证
工业产品质量的一般概念：根据产品的用途，满足规定要求的产品，其适用于应用的各种性能的总称为产品质量。
保证飞机质量的几个重要环节：
（1） 制造过程；
（2） 特种工艺控制；
（3） 工量具、设备的校准和控制；
（4） 工艺装备管理和控制；
（5） 不合格品审理控制系统；
（6） 印章与合格证控制；
（7） 架次记录系统。
2.4 飞机制造装配的基本问题
2.4.1 飞机结构分析
飞机制造过程的主要环节是飞机的装配。飞机装配过程是将大量的飞机零件按图纸、技术条件进行组合、连接的过程。由于飞机结构复杂、零件及连接件数量多，而大多数零件在自身重量下刚度较小，而组合成的外形又有严格的技术要求，故飞机装配除有一般机械产品的装配的共同性原理外，还有一些有别于其他行业的制造特点。

图1.飞机结构图
飞机装配过程一般是由零件先装配成比较简单的组合件和板件，然后逐步的装配成比较复杂的段件和部件，最后将部件对接成整架飞机。显然飞机的装配过程取决于飞机的结构。
飞机的结构分为许多部件和可卸件，在部件与部件间，部件与可卸件之间在结构上形成分离面，因这种分离面是为结构和使用需要而取的，故称之为设计或使用分离面，设计分离面一般采用可卸连接，以便在使用和维修过程中迅速拆卸和重新安装。如飞机的机身、机翼、座舱、副翼等就属于设计分离面，作为设计分离面一般要求是互换性。
飞机仅划分为部件，不能满足装配过程的需要。为了生产需要，须将飞机结构进一步划分，即将部件进一步划分为段件，段件进一步划分为板件和组合件。为满足工艺构成的要求对飞机的结构进一步划分，此种分离面称为工艺分离面。工艺分离面一般采用不可卸连接。
工艺分离面的合理划分，其技术经济效果是很明显。部件划分为段件后：
（1）增加了平行装配工作面、可缩短装配周期；
（2）减少了复杂的部件或段件的装配数量；
（3）由于改善了装配工作的开敞性，因而提高装配质量。
部件、段件进一步划分为板件时，一是为提高装配工作的机械化和自动化程度创造条件。二是有利于提高连接质量。
从以上可知，飞机结构的划分工作在飞机设计过程中，应周密进行考虑研究，以便于求出最合理的划分方案，这是一项极为重要的任务，因为它不仅满足结构上和使用上的要求，而同时满足生产上的要求。
本设计中的垂直尾翼前缘在结构和功用上不仅是设计分离面，还从工艺的角度为了满足生产需要和装配过程的需要，工艺上将垂直尾翼前缘划分出来作为工艺分离面。因此，垂直尾翼前缘的装配就采用了本设计中垂直尾翼前缘装配型架。

3 垂直尾翼前缘型架设计
本毕业设计课题是“某型机垂直尾翼前缘组合型架的设计”，是一种典型的生产工艺装备，属于铆接装配型架。它的作用是将垂直尾翼前缘的零件组合成水平安定面前缘，对于保证垂直尾翼前缘的外形的位置准确度起着不可缺少的作用。结构简图如图1所示，此型架来源于某飞机制造公司的生产实例。它的作用是；
1. 保证产品的准确度和互换性。
即保证进入装配的零件，组合件，板件或段件在装配时定位准确，保证其正确形状和一定的工艺刚度，以便进行连接，在装配过程中限制其连接变形，使连接装配后的产品符合图纸及技术条件的要求，即满足产品准确度及互换协调的要求。
2.改善劳动条件，提高装配工作生产率，降低成本。
由于飞机形状复杂，刚度又小，在飞机装配工作中采用型架，就更能发挥夹具定位夹紧迅速可靠的效果。通过装配型架将工件安防在适当的工作位置，操作方便，提高工作效率。

图 7 飞机垂直尾翼前缘组合型架

3.1. 飞机制造工艺装备及装配工艺装备
3.1.1 工艺装备的概述
由于飞机产品的结构和工作环境不同于一般机械产品，它的制造技术比较困难，所以在传统的飞机制造过程中，除了采用通用机床、常用工具和试验装备外，还须针对不同机型的零件、组件、部件，制造专用工艺装备，如型架、夹具、模具、标准件、量规等。这些专用工艺装备用于对工件进行加工成形，装配安装、测量检查，以及在工艺装备之间协调移形。它们对保证飞机零件、部件的质量，提高劳动生产率和减轻工人劳动强度有着重大的影响。在飞机研制过程中，特别是成批生产中，飞机零件的数量很大，结构复杂，要求高，相互间又有协调关系。因此，在飞机制造过程中不得不采用大量的工艺装配时，要占用很多人力和很长周期，要耗费大量资金。而且当生产机型改变时，这么多工艺装配基本上不能再用了，这样，工艺装配的选用和制造当然就成为飞机制造中一个十分重要的任务。
飞机工艺装配分为两个大类：第一类为生产工艺装备。这类装备直接用于零件的成形和飞机装配过程中。例如，模具用于成形，装配型架用于飞机的装配。第二类为标准工艺装备。这类装备作为生产工艺装备的制造依据和统一的标准，例如用于安装型架的标准样件、取制成形模具的标准模型等。
由于社会的进步和科学技术的不断发展，在设计、制造飞机装备的主要内容，已从传统的机械加工逐步向机电结合、三维数字建模以及数字测量方向发展。飞机制造技术所涉及的领域相当广泛，它包括装配、铸造。成形、机械加工、特种加工、焊接、热处理、表面处理、工艺检测等方面，这就决定了工艺装备的多样性。随着现代科学技术最新成果的不断涌现，飞机制造技术已转向了新的发展方向：采用新的综合技术协调工作法，建立以飞机产品数字建模技术为主导，并广泛用新技术和综合化的完整工艺制造体系。新一代飞机将由新一代的制造工艺来实现，这必然引起工艺装配实际和制造技术的根本性变革。
3.1.2 飞机工艺装备的作用
飞机工艺装备是飞机制造中必备的一种设备或工具，用来保证飞机产品的质量，提高劳动生产率，减轻劳动强度，降低生产成本，从而提高产品的竞争能力。首先是保证产品的质量，其中最重要的是，保证所设计飞机的集合外形和尺寸，通过工艺装备准确地将其传递到最终产品上。如果没有标准工艺装备，就无法保证飞机产品的外形准确度和部件的协调互换。在很多情况下，如果没有部件装备用的型架和零件成形用的模具，就无法生产合格的飞机产品。飞机制造用的工艺装备的作用具体体现在下述几个方面。
一、保证飞机制造的质量
首先是产品的几何参数准确度：由飞机产品的特点决定了大多数飞机零件形状复杂，几何参数多，不能单靠零件自身的尺寸准确度来保证最后产品形状和尺寸的准确度，因此，在飞机制造过程中，产品几何参数的准确度要用多种相互协调的工艺装备来保证，就几何参数的特征而言，可将其分为：
（1）外形准确度。
外形准确度是飞机的外形由严格的气动布局决定，所以，多数飞机零部件都具有单曲度和双曲度的外形。
（2）相对位置准确度。
包括：零件与零件之间的相对位置、工件与刀具之间的相对位置、工件与机床之间的相对位置以及工件与量具之间的相对位置。
还有注意到，在加工过程中，工件的几何形状和相对位置有时不一定符合要求。这是因为零件成形时可能有变形回弹，以及装配时可能产生较大的焊接或铆接变形。这就需要进行检查、测量、分析，找出原因，以及高速工艺方法来修正工艺装备的尺寸，使得工件在成形或装配后，其形状尺寸能符合设计技术要求。
保证产品几何参数的准确度，不仅限于工艺装备形状，尺寸的正确性，而且对于飞机零件中尺寸、壁薄、刚性差的零件，还可用工艺装备提高其工艺刚度。对于低刚度零件的定位，可以用多于理论上所需的6个自由度来约束，可增加定位器、夹紧器的数量和接触面积以提高工艺刚度，从而减少工件的工艺变形。
对于工艺装配之间的移形，传统的方法是采用及几何参数的模拟量传递，以保证工艺装备几何参数的准确、协调，也就是采用串行方式的、相互联系的协调制造方法。在产品数字化建模以后，则采用数控加工的数字量传递方法以保证工艺装备制造准确度，采用并行方式的相互独立的制造方法。目前，国内已局部应用了该方法。美国波音、欧洲空中客车等公司已广泛采用了这一方法。
其次是物理参数准确度。近代飞机采用多种多样的新的结构、新的工艺，如胶接、钎焊、电子束焊。还有电化学作用，快速成形，电加工、扩散连接、符合材料结构连接、激光切削等。这些工艺过程要求控制各种物理参数，如温度、电压、压力、电流、时间、光照度等。对这些参数的控制，有一部分由机床设备完成，还有一部分须由工艺装备或由机床通过工艺装备来完成。因此，工艺装备在保证飞机产品质量方面的第二项作用是生产、测量和控制物理参数。由此可见，随着工艺技术的发展，工艺装备正在由单纯的机械装置向包括机、电、液、气、光、计算机的综合装置发展，从而不断提出新的任务和研究课题。
二、提高劳动生产率及减轻劳动强度。
工艺装备上的定位器、夹紧器，应保证定位可靠，操作方便、迅速。如果采用气动、液压装置来夹紧，机电控制则会使工作效率更高。对型架卡板的升举，采用气动液压装置或机械平衡都可以减轻工人劳动强度，方便工作。对于笨重的工件，可以在型架上设置下架装置来吊挂、运送。工人的劳动工作姿态对提高劳动生产率、减轻劳动强度有明显的影响。夹具有时设计成可以转动的。在铆接或焊接时，夹具的尺寸、高度也要适合工人操作姿态的要求和工具的可行性。现代的人机工程学是研究人与机器之间的关系，以求得其间最佳的适应，也就是我们常说的人机工程。在人体测量学的基础上，研究工艺装备的尺寸和功能，以及发挥人的因数，提高效率，确保安全。
此外，还有机械手的应用以及自动化的研究等，都是提高劳动率、减轻劳动强度的有效途径，提高劳动生产率可以缩短飞机的生产周期。而且，劳动工时的减少也是飞机生产成本减低的主要因数。
三、降低飞机产品成本。
除了减少人力消耗、提高工作效率外，一种设计合理的工艺装备还能降低原材料消耗，如，若毛坯在机床夹具中定位合理，则可以减少它的加工余量。设计落料模时，合理的排样可以提高板料的利用率。如工艺装备的供电。供气等系统设计合理，则可以降低能源消耗，减少能量消耗等。这些物力消耗的减少也可以降低飞机产品的成本。还有工艺的合理又可以减少修理和返工，减少废品，也是可以降低成本的一种方法。
3.1.3 飞机工艺装备及装配工艺装备的分类
飞机工艺装备：
在飞机生产过程中，要用很多各种各样的工艺装备，以及一定数量必需的标准工艺装备，这是因为飞机结构与一般机械产品有不同的特点:工件外形多位复杂的曲面，其连接接头的结构形式和空间相对关系也较特殊，精度要求又高。钣金件的尺寸大而刚度低，在制造过程中，如装夹，搬运等容易产生变形，全机有较多形状特殊的结构零件等。这些都决定了难以用一般的通用量具来测量检查它们的形状和尺寸而必须用专用的标准工艺装备来 作为生产工艺装备的制造、检查和协调的依据。飞机工艺装备可分为两类：标准工艺装备和生产工艺装备。
（1）标准工艺装备
标准工艺装备是这样一种刚性模拟量：它以实体形式来体现产品一个部分外形、对接接头、孔系之间的相对位置准确度在产品图纸规定的公差范围内。它确定了产品部件、组合件或零件各表面、接头、孔系之间的相对正确位置。标准工艺装备的功用是，作为标准尺度，用于制造、协调、检验、复制用其他制造方法不能达到的协调准确度要求的有关工艺装备，确定有关工艺装备之间重要接头、外形、孔系定位件的相对位置、标准工艺装备中的标准量规和标准平板，有时还用于协调综合标准样件上各对接接头或孔系的相对位置，以达到机体部件、组合件、零件、附件的协调和互换性要求。
在飞机制造的传统工艺方法中，用于制造，协调生产工艺装备的标准工艺装备种类较多。特别是在完全用模拟量制造与协调工艺装备的体系中，它们除了作为平面形状和尺寸的依据——模线样板外，还具有以下功能：
作为制造与协调成组叉耳接头对接，平面多空对接分离面上的协调依据——对接接头标准样件（通常叫做标准量规）和平面多孔对接标准样件（通常叫标准平板）；
作为制造与协调机体外形的依据——外形标准样件（也称表面标准样件）；
作为制造与协调曲面外形与对接接头的依据——综合标准样件（也称安装标准样件）；
作为制造与协调复杂机械加工零件和焊接零件的协调依据——零件标准样件；
作为制造与协调上述标准工艺装备依据的协调台和反标准样件。
（2）生产工艺装备
直接用于飞机制造和装配的工艺装备被称为生产工艺装备。大体将其分为以下几种：
1）毛坯工艺装备
如锻模、铸模等，虽然不一定都对产品的最后尺寸有影响，但往往对材料的物理、机械性能和劳动生产率有较大影响。
2）零件工艺装备
主要包括用于钣金零件的成形的各种模具、机械零件加工的夹具，以及用于非金属材料零件成形的工艺装备等等。当采用某种加工工艺时，它们保证制造出来的零件的形状、尺寸和材料性能都在规定要求的范围内。
组合夹具是一种由通用化元件组成，并可以根据需要组装的夹具，适用于试制或小批量生产机械加工。它由基础件、支撑件、定位件、导向件、压紧件、紧固件、连接件、组合件和其他件组成，分为孔系和槽系两大系列。
3）装配工艺装备
装配工艺装备是指飞机制造过中在铆接、焊接和胶接等装配过程中所使用的装备。工厂通常把装配工艺装备统称为装配夹具，但在实际生产中又按不同的工艺方法命名装配夹具，如铆接夹具，焊接夹具和胶接夹具等。在铆接装配夹具中又将一些尺寸较大、结构较复杂的装配夹具称为装配型架，如铆接型架、焊接型架和胶接型架等。

4)检验工艺装备
典型的检验工艺装备包括部件检验型架、零件检验夹具和检验模等，用于检查形状复杂、对接接头相对位置参数复杂的工件。这种工艺装备能保证要求的检验准确度，也能使检查工作方便。提高劳动生产率。经过检验合格的工件能保证达到要求的互换、协调性。它们也是根据标准工艺装备制造的。此类检验工艺装备数量不多。一般是采用简易的检验工具和样板，或者利用原有的装配夹具，再在其上附加检验用的卡板、检验器等附件。
在飞机部件装配中，有些部件的装配设置了单独的检验型架，由于垂直尾翼前缘的结构特点，在垂直尾翼前缘装配型架的设计上充分考虑了其特点．因此垂直尾翼前缘的装配后不用单独设置检验型架。
5)精加工型架
当成批生产时，在部件装配车间中，经常采用部件的精加工型架以保证部件的互换、协调要求。工件在此专用机床上定位夹紧后，用专用动力头、刀具，对对接接头等零件的孔进行扩孔、铰孔，对端面进行铣切，对消除装配过程中产生的变形等误差，达到最后的相对几何位置加工精度和表面粗糙度，有的还铣切部件端面蒙皮余量，以
满足部件的对全要求。精加工型架对保证产品互换、协调的作用很大。
由于精加工工作是在部件装配车间中进行的，而其作用又是要消除装配过程中的综合误差（积累误差），所以在一些飞机工厂，有时也可以将其分在装配型架类中，但其技术工作特性与铆接装配本身是不一样的。
6）辅助工艺装备
为了使工人操作方便，常设置一些工作梯，工作台，以及专用的起重运输、吊挂装置等。一般说来，只对它们提出使用方便的要求，而它们不直接参与产品制造和装配。辅助工艺装备对于提高劳动生产率往往起着重大作用。
由于垂直尾翼尺寸适中，垂直尾翼前缘装配型架采用了合理的转动式的，在垂直尾翼装配型架上不须设置辅助工艺设备。
装配工艺装备：
（1）装配工艺装备种类
由于飞机产品的结构和工作环境不同于一般机械产品，所以，飞机制造过程中，不能单靠零件自身的形状和尺寸的加工准确性来装配出合格的部件，而必须采用一些特殊的装配工艺装备，它们是一些专用的生产设备，在完成飞机产品从零组件到部件的装配型架是其中主要的一种。型架的种类很多，按其用途或工作性质划分有：装配型架、对合型架、精加工型架（或称精加工台）、检验型架等。其中大量的是装配型架。装配型架又按其装配对象（工件）的连接方法划分为铆接装配型架、胶接装配型架、焊接装配型架等。按目前的技术状况，其中数量最多的又是铆接装配型架。垂直尾翼前缘装配型架属于典型的铆接装配型架。
（2）型架装配的结构
装配型架一般由以下几部分组成：
1）骨架
它是型架的基础，用于固定和支撑定位件、夹紧件等其他元件，保持各个元件空间位置的准确度和稳定性。骨架应具有足够的刚度。如图 所示为本次设计中的型架骨架。图4中的支架用螺栓和轴承连接，轴承用螺栓与图3的框架连接。组成本次设计的骨架。

图3 框架

4支架
2）定位件
它是型架的主要工作元件，用以保证工件在装配过程中具有准确的位置。定位件应准确可靠、使用方便，不致损伤工件表面。夹紧件一般是与定位件配合使用，被称为定位夹紧件。在本次设计中专门设计了一个夹紧件压板用来夹紧翼肋（图5）。为了夹紧压板的固定和安装通路，在1-7内形板上都设计了两个减轻孔（图5）。在装配翼肋的时候，根据装配孔定位的方法，用装配定位孔的销钉和内形板的外形定位翼肋的位置。然后在两个减轻孔处用压板和碟形螺母（图6），把翼肋紧紧的压在内形板上。这样就完成了翼肋的定位与夹紧。

图5压板及内形板上的减轻孔

图6内形板的减轻孔和压板
3)辅助设备
包括工作踏板、工作梯、拖架、工作台、起重吊挂、地面运输车、照明设备、压缩空气管路等。辅助设备也是保证工作方便、安全，减少劳动强度，提高生产率所必不可少的型架组成部分。
（3）装配型架的功能
装配型架主要用来保证产品的准确度及互换性。即保证进入装配的零件、组合件、板件或段件在装配时定位准确，保持其具有证确的形状和一定的工艺刚度，以便进行连接。在装配过程中限制其连接变形．使连接装配后的产品符合图纸及技术条件的要求，即满足产品准确度及互换协调的要求。
与一般机床夹具相比，型架除了起定位与夹紧零件的作用外，还要保证零件的形状准确，由于飞机钣金零件尺寸大而刚度小。所以，为保证产品的准确度：
第一，要保持零件的形状。因此，型架定位件的数量要根据零件或装配件的刚度而当加多，要有一定的“过定位”。这样才能保证工件在装配过程中。既具有准确形状，又有具有必须工艺刚度。
第二，无论是铆接，还是胶接和焊接，在连接时都会产生不同程度的变形。装配型架或夹具要能够限制工件的这种变形。
第三，在一般机械制造中，保证产品互换性主要是通过公差、配合制度和通用量具来实现。而在飞机制造中，则是采用一套特殊的保证互换协调的方法，其中包括相互协调的成套的装配型架。在飞机生产中常常用分散装配的原则。一个部件的装配工作，往往不是采用一个装配型架，而是采用一套装配型架。在生产量相对大时，甚至采用几套同样的型架，所以，装配型架的品种多且数量大。这就要求它们彼此之间，以及它们与零件的工艺装备之间都要相互协调。因此，型架的令一个特点是它的成套性和协调性。
3.1.4 工艺装备及装配工艺装备的设计原则
工艺装备：
（1）产品结构的特点；
（2）产品性质和产量；
（3）互换协调的要求；
（4）工厂的技术条件和发展水平。
装配工艺装备：
装配工艺装备的设计质量，同其他生产工艺装备一样，是以产品质量、工作效率、操作安全性和成本作为衡量标准的，并以此作为设计工作所遵循的基本原则。因此装配工艺装备设计的基本原则及技术要求包括以下几个方面：
（1）使用性
1）满足装配工艺要求：
2）定位件及夹紧件的操作简单，定位合理，压紧可靠，活动构件应便于开启和工作位置的恢复；
3）工作开敞，操作条件好，产品的上架和出架方式合理。
（2）协调性
1）定位系统的设计应保证工艺装备之间的协调性，并合理确定其制造协调方法；
2）从结构设计上考虑到，在工艺装备的制造上能更好的达到工艺装备之间的协调性；
（3）稳定性
1）刚度合理，重要构件应消除应力；
2）工艺装备在地坪上的安放，应优先采用“三点”或“多点可调”支承，以消除地基下沉对型架准确度的影响；
3）根据产品尺寸及精度情况，在工艺装备结构设计上应有消除或减少稳定因素对协调影响的相应措施。
（4）经济性
1）满足使用要求前提下，应造价较低，并有良好的制造工艺性；
2）便于工装设备的故障检修；
3）在工艺装备结构上，应适当考虑产品改型对其提出改造的可行性；
4）合理使用原材料，尽量采用标准件。
（5）安全性
1）应有必要的保护措施，防止产品被划伤；
2）对重要的可卸结构，设置起吊装置和存放装备；对承力大的构件，须经过强度校核。
（6）先进性
注意采用先进结构和工艺方法，以提高工艺装备的使用性，降低工艺装备的制造费用。
根据以上原则，本次设计中的垂直尾翼前缘组合型架（如图7）属于装配工艺设备，是用于垂直尾翼前缘装配过程中的专业设备。
垂直尾翼前缘在垂直尾翼前缘型架的工作步骤是：先将肋翼、长桁、前梁等零件装配成骨架，放上蒙皮，施加外力，连接（铆接），最后形成外形。

图7.飞机垂直尾翼前缘组合型架

3．2垂直尾翼前缘组合型架设计的一般问题
熟悉原始资料后，主要工作根据型架设计的技术条件，开始着手型架的设计。一般可以把设计分为三个阶段：
（1）拟定草图或型架设计方案；
（2）绘制工作总图；
（3）绘制零件图。
设计草图或拟定型架设计方案应确定以下内容：
（1）型架的设计基准；
（2）装配对象在型架中的放置位置；
（3）工件的定位基准。主要定位件的形式和布置方式，尺寸公差；
（4）工件的出架方式；
（5）型架的安装方法；
（6）型架的结构形式；
（7）骨架刚度的验算，型架支撑与地基的估算；
（8）温度对型架准确度的影响。
本设计的垂直尾翼前缘组合型架的原始资料是：某机型相关图纸及技术资料
设计技术要求：
（1） 型架为转动梁式结构，转轴距地面900mm；
（2） 1-7肋处设置前端肋内定位板，定位板带有各肋理论外形和两个定位孔及压紧装置；
（3） 1-7肋的定位板上开出长桁缺口，并刻上长桁轴线；
（4） 各肋处设置压紧蒙皮用的橡皮绳。
3.2.1 垂直尾翼前缘组合型架设计基准的选择
型架设计与其他机械设计一样，必须首先确定设计基准，根据它来确定型架上各个零件和装配间的相对位置。如果基准选择不当，则在设计过程中确定设计尺寸和检验这些尺寸时，将会遇到困难，且会降低型架标准和延长装配周期。
一般情况下，应以飞机部件的设计基准作为成套装配型架和成套标准工艺装备的设计基准。这样，可以避免基准转换时繁杂的计算，也可以消除制造时由于基准转换时引起的误差积累。在具体选择时应注意：
（1）对相邻部件的装配型架,或者同一部件中不同组合件的装配型架，都应当选择同一设计基准轴线。
（2）选择型架设计基准时，还应力求简化尺寸的计算，以便制造及检验。
（3）型架设计基准的选择要与安装方法相适应。例如，用型架装配机安装型架时，要求有3根相互垂直的坐标轴线作为基准：在划线钻孔台安装卡板端头或塑造卡板工作面时，要求基准线垂直于各框或肋的平面，各安装尺寸都应是50mm的倍数。
所以在本次设计中选择了垂直前梁轴线，飞机水平基准线，垂直理论根弦等设计基准线作为型架的设计基准。如图8所示：

图 8飞机垂直尾翼前缘设计基准

3.2.2 定位基准
飞机各部件外形准确度，关系到飞机的飞行性能，因此，在装配过程中，如何提高外形准确度，是飞机装配中比较重要的一个问题。
在装配过程中，使用两种装配基准：以骨架为基准和以蒙皮外形（或内形）为基准的装配。
以骨架为基准进行装配的方法中，误差积累是“由内向外”，最后积累的误差反映在部件外行上。部件外形误差由下面几项误差积累而成：
（1）骨架零件制造的外形误差；
（2）骨架的装配误差；
（3）蒙皮的厚度误差；
（4）蒙皮和骨架由于贴合不紧而产生的误差：
（5）装配后产生的变形。
以蒙皮外形（或内形）为基准的装配方法中，部件外形的准确度主要取决于装配型架的制造准确度和装配后的变形，消除了蒙皮厚度误差(以外彤为量基准)，减少了骨架零件制造误差对外形的影响。部件外形误差由以下几项误差积累而成：
（1）装配型架卡板的外形误差；
（2）蒙皮和卡板外形之间由于贴合不紧而产生的误差；
（3）装配后产生的变形。
在装配过程中，首先要确定零件、组合件、段件之间的相对位置，这就是定位问题。在这次设计中，装配基准选择了以蒙皮内形为基准的装配方法。因为垂直尾翼的尺寸较小，选择以蒙皮内形为基准装配制造方便，便于工人师傅操作，降低了成本。
在设计中，设计了(1-7)内形板(图9)。以内形板的外形定位翼肋的内形而形成垂尾的外形。

图9 内形板

在装配工作中，对定位的要求是：
（1）保证定位是符合飞机图纸和技术条件中所规定的准确度要求：
（2）定位和固定要操作简单且可靠；
（3）所用的工艺装配简单，制造费用少。
在飞机装配中，常用的定位方法有：
（1）用划线定位。
这种方法使用于结构刚性好、位置的准确度要求不是高的场合。在无协调要求和定位准确度不高的部位，可采用划线定位的方法。
（2）用装配孔定位。
在装配时用于现在零件上制出的装配孔来定位的方法叫装配孔定位法。两个零件用装配孔确定其相对位置时，装配孔数量应不少于两个，装配孔的数量取决于零件的尺寸和刚度，尺寸大刚度小的零件，装配孔的数量应适当加多。
装配孔定位的准确度取决于装配孔的协调方法，显然协调环境越多，积累误差越大。
在本设计中，设计了1-7内形板。在每个内形板上都有一个直径φ8（图10）的小孔，和一个水平方向上一个长度为8，竖直方向长度10的椭圆小孔（图11）。这两个小孔是装配翼肋的装配孔。翼肋在结构上属于平板类零件，使用于装配孔定位。这里设计一个圆形小孔，设计一个竖直方向上的椭圆孔，是因为我们在零件的生产和零件的装配过程中有误差的积累，而用装配孔定位的方法是适用于装配准确度不是很高的零件装配，但为了装配方便和装配效率，在用装配孔定位方法定位翼肋时，其翼肋的外形采用由型架的内形板确定，因此，为了装配翼肋过定位，而将翼肋的两个装配孔的一个设计成椭圆形给予补给。如果两个孔都设计成圆形孔。那么在装配时存在装配干涉问题。

图 10直径为φ8的装配孔 图11设计成椭圆形的装配孔

（3）用装配夹具（型架）定位
由于飞机制造中，零件，组合件尺寸大，刚度小，所以飞机装配过程中装配夹具的功能和一般机械产品的装配夹具的功能有本质区别，机械产品的装配夹具主要目的是提高劳动生产率，而飞机装配夹具的功能时保证零件组件在空间相对位置所必不可少的，另外，飞机装配夹具除了起定位作用外，还有校正零件形状和限制装配变形的作用，所以飞机装配夹具的定位件不遵守“六点定位原则”，往往采用多定位面的“超六点定位”，即“超定位”方法。
在本设计中长桁的定位（图12）选择了用刻线定位和装配夹具（型架）定位一起使用的方法。在定位件内形板上刻有长桁轴线，装配长桁时，按定位器上的刻线定位。
同时在内形板刻有长桁轴线出开缺口，方便长桁的放置，并在外面放上蒙皮进行铆接操作。

图12内形板上的长桁轴线
在飞机装配中除用装配夹具作为主要定位方法外，对不太复杂的组合件或板件可以用装配孔定位的方法，在对无协调要求及定位准确度不高的部位，可采用划线定位的方法。
3.2.3 垂直尾翼前缘在型架中的放置状态
工件在型架中的放置状态应使工人在最有利的工作姿态。下讲行工作，即应使工人的大部分操作是在站立姿态下，工作高度在1.1-1.4m范围内此外，还应考虑节省车间面积。垂直尾翼前缘组合型架的工作高度从以上方面的考虑，将转轴设计为距离地面900mm。
工件在型架上的放置状态样式很多，可根据上述原则，结合工件结构特点和装配工件内容予以确定。对一般尺寸的梁，隔框，翼肋等平面型组合件，可在非转动式夹具内平放或竖放，但最好采用转动式夹具。对大尺寸框类或圆形结构件。如大型机身隔板，机头罩等，可设计成转动式夹具。对于板件，一般采用立方。机身类的段、部件的放置状态大多与飞机的飞行状态一致。这样放置可使隔框处于垂直位置，使定位件布置方便，特别是使型架卡板布局合理，同时，大型飞机机身装配时往往以座舱地板作为定位基准。地板处于水平位置，对装配工作有利。对于翼面类部件，习惯于垂直放置，即前缘向下。这样放置适合于采用卡板定位的型架，装配工作可以从两面接近，也便于前缘内部的操作。翼面类部件的精加工型架多采用平放，因为主要操作是在接头区，水平放置便于机翼在架内定位，加工操作和吊运工作，也便于精加工头的布置。
对于本次设计的垂直尾翼前缘组合型架用于垂直尾翼的前缘的组装，在型架中的放置状态选择平放，并设计转动式，便于在型架中定位，方便铆接操作。如图13所示。

图13某飞机垂直尾翼前缘在型架中的放置状态
3.2.4 出架方式
工件在型架内装配完以后的出架方式是型架结构放按中的主要问题之一，对型架结构影响较大。若出架方式选择的好，则不但可以简化型架结构，出架安全，不致损伤工件，还可以节厂房面积，简化搬动设备。对于较小的工件，出架较为简单，只要有关的定位夹紧件能收缩足够的尺寸，就能取出工件。对于大尺寸部件，尤其是大型飞机的大部件，出架方式应该认真考虑。大尺寸部件一般有三种出架方式：从型架上方吊出，纵向出架，侧向出架。
本次设计的垂直尾翼前缘组合型架用于垂直的安装，选择的是蒙皮内形为基准的装配基准。垂尾的尺寸相对较小。所以只要内形板和橡皮筋之间能收缩足够的尺寸，就能取出工件。
3.2.5 垂直尾翼前缘组合型架的构造
装配型架由骨架，定位件，夹紧件和辅助设备等几部分组成。骨架的结构形式大体分为框架式，组合式，分散式和整体底座式。
（1）框架式
这种骨架由槽钢或钢管焊接的框架，多运用隔框、翼肋、大梁等平面形状的组合件，板件以及小型立体组合件，段件(如翼尖，舱门，小尺寸尾翼)。框架的放置方式多位竖放和转动式的，也有平放的。转动式框架的型架即便有操作，又可节省车间面积，但只限于尺寸不大的框架。 。
（2）组合式
组合式骨架一般是由底座，立柱，支臂，梁等标准化元件所组成。
组合式骨架的主要特点是规格化，标准化程度高，它类似于积木式结构，所以对设计和制造都有缩短周期，当机型改变时，元件大多可重复使用。但是，机型稳定生产多年，这一优越性就不显著。由于不可能储备大量品种齐全的标准件，所以当一种新机试制时，也只能按型架方案或草图准备闭实际准备稍多些的标准件。而这种标准化的骨架元件的制造比利用槽钢或型材要花费更多的工时。此外，这种元件剖面尺寸大，也较笨重。单个元件的刚度虽大，但整个型架刚度较差，因为采用间隙配合的机械连接，这就抵消了元件刚度大的特点。
组合式骨架可以采用型架装配机的安装方法。我国每个飞机工厂对这种骨架采用的情况各有不同。有的厂过去的型架元件储备较多，目前任在使用。有的厂库存已不多，一般都不重新补充制造。在新机投产时，都改用槽钢或钢管焊接的型架。其制造周期比铸铁件还短，型架重量也可减轻。
(3)分散式
分散式骨架的特点是型架不设整体骨架，各个定位夹紧件固定在以车间地基为基础的分散的金属骨架上。这些骨架一般采用槽钢或钢管焊成。分散的骨架靠车间地基把它们连成一个整体，型架定位件的尺寸稳定性主要决定于车间地基和型架基础的稳固程度。
采用分散式骨架，要求车间地基比较稳固，否则如地基有不均匀下沉，对型架准确度影响较大。这是它致命的弱点。
(4)整体底座式
整体底座式骨架是指型架的骨架中有一个整体的底座，底座用多支点可调支承支撑在车间的地面上， 型架的其他骨架及所有的定位夹紧件都固定在底座上。
这种形式的骨架主要是可降低对地基的要求，地基如有受动，可调整各文承点，以保持底座的证确位置，从而保证型架准确度的稳定性。
底座式骨架的优点在于通过定期检查