ICS 49.040 V 96
HB 8406-2013
飞机装配工装设计要求
Designing requirements of assembly tooling for aircraft
2013-04-25 发布 2013-09-01 实施
中华人民共和国工业和信息化部发布
前言
本标准按照 GB/T 1.1-2009 给出的规则起草。
本标准由中国航空综合技术研究所归口。
本标准起草单位：中国航空综合技术研究所、陕西飞机工业(集团)有限责任公司、成都飞机工业(集团)有限责任公司。
本标准主要起草人：邹晓华、金晓波、梁勇、李光生、皮付见、谭书伦、卢文权。
飞机装配工装设计要求
1 范围
本标准规定了飞机装配工装设计依据、设计原则、设计程序、结构设计、系统设计、试验验证项目等要求。
本标准适用于飞机装配工装的设计。
2 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
2.1
装配工装 assembly tooling
装配过程中用于装夹定位的专用工艺装备。
3 一般要求
3.1 设计依据
飞机装配工装设计主要依据：
a) 工艺装备申请单(订货单)或工装设计技术条件;
b) 产品数据;
c) 制造工艺方案;
d) 工艺数模;
e) 标准工装数据;
f) 工装设计规范、手册;
g) 相关指令性工艺文件。
3.2 设计原则
飞机装配工装设计应遵循以下原则：
a) 使用性：定位应准确合理、夹紧可靠、工作开敞、使用方便及上下架顺利，并安全、稳定;
b) 协调性：应减少尺寸传递环节、合理确定转换基准，减少安装误差;
c) 经济性：应有良好的制造工艺性、可改造性(产品改型)、可延续性(试制批与批生产)，优先选用已有材料、标准元件及成附件;
d) 先进性：宜采用先进的电、磁、液、气元器件和柔性定位、夹紧结构， 提高工装的自动化程度和集成性能。
3.3 设计程序
3.3.1 设计流程
工装设计工作主要分为方案设计、结构设计、系统设计、验证等过程。典型设计流程见图 1。
图 1 飞机装配工装典型设计流程
3.3.2 主要工作内容
各项设计工作内容：
a) 设计准备：确定设计依据、原则，确定骨架元件和定位件的材料种类;
b) 方案设计：确定工装的设计基准、协调方式， 产品在工装中的放置状态、出架方式， 确定工装的主要结构形式、产品的定位方式以及采用的电、磁、液、气系统原理图等;
c) 方案评审：对设计方案的正确性、合理性和可实施性做出改进建议及结论，应发评审记录;
d) 结构设计：设计工装的设计基准与测量基准，进行工装骨架、定位元件、夹紧元件及其他辅助部分的具体设计，并对具体细节进行结构优化;
e) 系统设计：采用机、电、液、气装置的工装需进行控制系统的设计， 柔性定位需进行伺服控制系统的设计;
f) 设计评审：对细节设计内容的正确性、完整性和工艺性做出改进建议及结论，应发评审记录;
g) 验证：在设计阶段进行全过程的设计验证，在制造和产品初次装配阶段进行生产验证;
h) 验证评审：对验证结果进行评价，并提出改进措施和建议，进行修改;
i) 交付：通过验证评审，交付使用。
3.4 刚度分析
为保证飞机装配工装结构的稳定性，骨架及大型定位元件在设计过程中应进行刚度计算与分析。刚度的计算与分析，一般按下列两种方式进行：
a) 按计算悬臂梁、简支梁挠度的方法进行刚度计算;
b) 利用专用分析软件进行加载分析。
4 详细要求
4.1 材料选用
材料选用应满足以下要求：
a) 工装元件材料应能保证产品的刚度与稳定性;
b) 工装元件材料应与产品的膨胀系数相近;
c) 材料应易于加工。
4.2 结构设计
4.2.1 骨架设计
骨架元件应避开工作部位，以便于保证工作时的开敞性;为便于主产品装配以及上、下架， 骨架与产品之间应保持足够的空间，必要时可将部分骨架设计为可卸结构。骨架的结构形式可分为框架式骨架、组合式骨架、分散式骨架、整体底座式骨架，其主要特点如下：
a) 框架式骨架：见图 2，框架为整体结构，主要用于中、小组合件的装配， 例如中、小型的壁板型架、框型架、小舱门以及小口盖装配夹具等。
骨架
图 2 框架式骨架型架示意
b) 组合式骨架：骨架一般由底座、立柱、支臂、梁等标准元件组成，组成元件相对较少。
c) 分散式骨架：见图 3，各个定位夹紧元件分布在不同的骨架上，骨架分散地安装在地面上形成一个整体。主要应用于大型的装配型架，例如大型壁板型架、大部件总装型架等。
图 3 分散式骨架型架示意
d) 整体底座式骨架：见图 4，工装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地面上，工装上梁、立柱等元件安装在底座上。
图 4 整体底座式骨架型架示意
4.2.2 定位件设计
定位件自身的精度及其安装精度要求高。一般情况下定位件自身的精度要求比产品高一级，其安装精度一般为主产品制造要求的三分之一。定位件的形式主要分为型面定位件、孔系定位件、型架平板、接头定位件、包络定位件、工艺接头定位件、柔性定位件等，其要求如下：
a) 型面定位件：用来确定飞机部件的气动外形，一般为外形卡板和内形卡板等，该类定位件主要用于部件、段件及壁板类型架的型面控制。
b) 孔系定位件：用于框缘、隔板等类零件的基准平面控制， 采用孔系定位应在产品上按位置预制工艺孔，定位件按工艺孔的位置来设计、安装。
c) 型架平板：多用于平面围框式对接设计分离面的定位，型架平板的对接孔和基准孔按数据或标准平板协调制造，孔内镶淬火衬套。工装两端若均存在型架平板， 为便于产品上、下架， 应在一端平板与主产品之间留出一定的间隙，或设计为可拆卸或可移动结构形式。
d) 接头定位件：用于定位产品叉耳接头类零件，定位件常按尺寸或标准量规来制造安装，为产品上下架方便，这类定位器一般都设置为可拆卸、可翻转结构形式。
e) 包络定位件：用于定位刚性差、形状不易控制且周边有特殊要求的产品， 如鼓包、整流罩等定位装配，可按工艺需求分为全包络或局部包络形式。
f) 工艺接头定位件：用于组件装配时为后续工序定位、调整该组件而安装的接头形式工艺零件，起到转化定位的作用，从而简化了装配工装结构。
g) 柔性定位件：通过伺服系统的控制可进行定位位置、型面的快速转化， 可形成满足不同装配件定位要求的结构，如柱阵式柔性定位器。
4.2.3 夹紧件的选用
夹紧件的形式分为标准夹紧件、外形刚性夹紧件、橡皮绳、棘轮拉紧件、工艺拉紧件、柔性夹紧件、电磁液夹紧件等。其要求如下：
a) 标准夹紧件：应用于产品零件安装定位面的压紧，常选用国家标准、航空工业标准中的标准元件，如钩子、压板、快速夹钳等。
b) 外形刚性夹紧件：用于蒙皮类零件的组合装配夹紧，如常用在壁板装配型架中的内外卡板配合定位压紧等。该压紧件应考虑压紧过程中的合理补偿，即压缩量。
c) 橡皮绳、棘轮拉紧件： 应用在刚性较差、形面曲率大的蒙皮类零件的压紧， 常与定位的内卡板配套使用。
d) 工艺拉紧件：对产品进行拉紧使产品与定位件贴合，应用在刚性较差、型面曲率小的蒙皮类零件的拉紧，常与定位的外卡板配套使用。为对产品拉紧位置进行工艺补偿， 拉紧件应考虑微量调整。
e) 柔性夹紧件：通过伺服系统控制快速自动压紧并与柔性定位件配套使用，常见形式有真空吸盘等。
f) 电磁液夹紧件：通过电、磁、液压系统及其元件与工装定位件配套使用可提高工装快速夹紧功能和自动化程度。如设置电永磁装置，利用磁性将装配件吸附在定位器上。
4.2.4 其他配套设计
其他设计主要包括工作梯设计、地基设计、工具箱设计等，具体要求如下：
a) 工作梯设计：工作梯结构形式可分为固定工作梯和活动工作梯两类，工作梯一般采用钢管、方管、角钢及防滑钢板等焊接;
b) 地基设计：安放工装的厂房地基应根据工装稳定性的要求按承载情况进行加固，除框架式骨架外，安装位置地基宜为厚度不小于 300 mm 的钢筋混凝土结构，大型分散式结构工装的安放地基应为厚度不小于 500 mm 的钢筋混凝土结构;
c) 工具箱设计：工具箱用于铆接工具、小型可拆卸工装定位件的存放， 工具箱设计应充分考虑存放物品的尺寸、规格等，可按工具箱结构、规格将其标准化、模块化;
d) 飞机装配工装设计时应考虑工装照明系统、气源系统和管路系统等要求。
4.3 系统设计
采用机、电、液、气装置的工装需进行控制系统的设计;采用柔性定位需进行伺服控制系统的设计。
5 验证项目与要求
装配工装应进行验证，验证项目可分为设计验证和生产验证，具体要求如下：
a) 设计验证：通过计算分析或者对工装自身装配、工装与相关工装协调、产品虚拟装配进行仿真，验证工装设计的正确性、协调性、运动机构的合理性以及是否存在干涉现象;
b) 生产验证：包括工装的一次合格和二次合格，一次合格验证制造完成的工装是否符合装配工装图样要求，二次合格验证装配出的首件产品是否符合工程图样的要求。
