在几何量计量领域内，测量基准包括长度基准和角度基准。图3-1是国家标准规定的长度量值的传递系统，通过线螺纹和量块这两个主要媒介把基准波长向下传递，传递的媒介不同，基准要求也不相同。在实际应用中，为了测量方便，角度基准的实物基准常采用特殊合金钢和石英玻璃制成的多面棱体，并建立了角度量值的传递系统。图3-4所示为角度量值传递系统。量块主要用作尺寸传递系统中的中间标准量具，或作为标准件调整仪器的零位。......
2023-06-15
尺寸传递原理的优化方法
【摘要】：对于LA 和LB，原始尺寸是它们发生联系的环节，被称为公共环节。在这里，尺寸传递过程中只有一个公共环节，以后的各个环节都是单独进行的，所以，称它为独立制造原则。图3-8按相互修配原则制造口盖与蒙皮（放大点）1—设计图纸尺寸；2—口盖样板；3—口盖冲模；4—口盖；5—蒙皮；6—口盖与蒙皮4.三种尺寸传递原则的应用上面讨论了3 种不同的协调原则（或尺
从保证飞机产品几何准确度的角度来看，产品的制造过程乃是将产品图样上的理论尺寸以最小的误差传递到产品上去的过程。在采用传统的飞机制造模式来制造薄壁结构的飞机时，由于飞机结构的特点，大部分的结构零件，特别是与外形有关的零件，多为尺寸大、刚性小、形状和配合关系复杂、容易变形的钣金零件和型材零件。这些零件不能用一般的机械加工方法来制造，而是利用大量标准和专用的工艺装备来制造。这些工艺装备能以实物模拟量体现产品的尺寸和形状。在将这些零件装配成组合件和部件时，其装配准确度和互换性的保证方法，也不能像一般机械产品那样靠零件的制造准确度本身来保证，而必须要以上述装配工艺装备来保证。因此，要保证飞机的制造准确度以及生产中的协调性和互换性，首先必须保证各类生产工艺装备的制造准确度和协调准确度。工艺装备不仅是制造产品的手段，而且是保证产品装配协调和互换的依据。在飞机制造中，将产品理论尺寸传递到工艺装备上去往往要经过很多传递环节和多次反复的移形过程；因此，保证各类成套工艺装备间的协调性，就成为飞机制造中的突出问题。在制定产品的装配和协调方案时，要十分注意选择合理的、能保证各类工艺装备协调的尺寸传递体系（通常称之为协调路线）。
工艺装备的协调路线：根据所采用的尺寸传递体系说明，由产品图纸通过实物模拟量（模线、样板、标准工艺装备）或数字信息（产品几何数学模型等），将机体上某一配合或对接部位中一个或一组协调的尺寸和形状，传递到有关工艺装备上去的传递环节、传递关系和传递流程图。
1.按独立制造原则进行协调
这种协调原则传递尺寸的过程如图3-2所示。它是以标准尺上所定的原始尺寸来开始尺寸传递的。对于LA 和LB，原始尺寸是它们发生联系的环节，被称为公共环节。在这里，尺寸传递过程中只有一个公共环节，以后的各个环节都是单独进行的，所以，称它为独立制造原则。此时，制造误差的方程式可以写成下列形式
图3-2 按独立制造原则传递尺寸的过程
式中：Δ0——原始尺寸的误差；
Δi——零件A 尺寸传递中的第i 个环节的误差；
Δj——零件B尺寸传递中的第j 个环节的误差；
n1、n2——分别为零件A、B 尺寸链的环节总数量。
因此，零件A 和B 尺寸的协调误差ΔAB 可表示为
协调误差ωAB 公式为
由此得出一个重要结论：对于相互配合的零件，当按独立制造原则对其进行协调时，协调准确度实际上要低于各个零件本身的制造准确度。
如图3-3所示的口盖与蒙皮的协调为例，讨论这种协调原则的应用。对口盖与蒙皮开口之间的间隙要求比较小，而且要均匀。但是，口盖直径D 的偏差即使是几毫米，且在使用上并不造成任何困难，也不会对飞机性能有任何影响。由此可见，对两个零件协调准确度的要求比每个零件制造准确度的要求更高。但是，按照独立制造原则，分别制造口盖和蒙皮，如图3-4所示。其过程：根据口盖和蒙皮开口的设计尺寸，通过测量工具分别制造口盖和蒙皮开口的样板；然后按照口盖的样板制造口盖的冲模，用冲模冲制口盖零件；同时，根据蒙皮开口的样板在蒙皮上开口。当采用这种方法时，为了保证两个零件有比较高的协调准确度，要求各个样板和模具等应具有更高的制造准确度。
图3-3 蒙皮与口盖协调
1—蒙皮；2—口盖
图3-4 按独立制造原则制造口盖与蒙皮
1—设计图纸与尺寸；2—口盖样板；3—口盖冲模；4—口盖；5—蒙皮开口样板；6—蒙皮；7—口盖与蒙皮
2.按相互联系原则进行协调
按相互联系原则传递尺寸的过程如图3-5所示。当零件按相互联系制造原则进行协调时，零件之间的协调准确度只取决于各零件尺寸单独传递的那些环节，而尺寸传递过程中公共环节的准确度，并不影响零件之间的协调准确度。此时，制造误差的方程式可写成下列形式
图3-5 按相互联系制造原则传递尺寸的过程
式中：Δk——m 个公共环节中第k 个环节的误差；
Δi——零件A 尺寸传递过程中单独有的第i 个环节的误差；
Δj——零件B尺寸传递过程中单独有的第j 个环节的误差。
因此，零件A 和B 尺寸的协调误差ΔAB 可表示为
协调误差带的基本公式为
从这里又得出一个重要结论：如果其他条件相同，那么当采用独立制造和相互联系制造两种不同的协调原则时，即使零件制造的准确度相同，得到的协调准确度也不同。按相互联系制造原则能得到更高的协调准确度。而且，在尺寸传递过程中，公共环节数量愈多，协调准确度也就愈高。
现仍以前面列举的口盖与蒙皮协调为例来说明这种协调过程，如图3-6所示。首先通过测量工具按图纸上的设计尺寸加工出口盖样板。这块样板就作为加工口盖和蒙皮的共同标准，即按样板加工口盖，按样板在蒙皮上制出孔。此时，口盖样板加工的准确度只影响零件的制造准确度，而不影响零件之间的协调准确度。
图3-6 按相互联系原则制造口盖与蒙皮
1—设计图纸与尺寸；2—样板；3—口盖冲模；4—口盖；5—蒙皮开口；6—蒙皮；7—口盖与蒙皮
3.按相互修配原则进行协调
按相互修配原则传递尺寸的过程如图3-7所示，它的联系系数K 最大。在一般情况下，按这种协调原则比按相互联系制造原则能够达到更高的协调准确度。此时，制造误差的方程式也可写成下列形式
图3-7 按相互修配原则协调两个零件尺寸
式中：Δm+1——零件A 尺寸传递给零件B 的环节误差。
因此，零件A 和B 的协调误差ΔAB 可表示为
ΔAB=ΔA-ΔB=Δm+1
协调误差带基本公式为
ωAB=ωm+1
由此可以得出另一个结论：当采用相互修配原则进行协调时，协调准确度仅决定于将零件A 的尺寸传递给零件B 这一环节的准确度。
再以前面所举的口盖和蒙皮为例，说明相互修配原则的应用。如图3-8所示，根据口盖的设计尺寸制造口盖样板，按样板加工冲模，由冲模制造口盖，然后，按口盖零件加工蒙皮上的开口；或者先按口盖样板加工蒙皮上的开口，再按开口的实际形状加工口盖。采用这种方法可以保证较高的协调准确度。但是应当指出，相互修配的零件不能互换。
图3-8 按相互修配原则制造口盖与蒙皮（放大点）
1—设计图纸尺寸；2—口盖样板；3—口盖冲模；4—口盖；5—蒙皮；6—口盖与蒙皮
4.三种尺寸传递原则的应用
上面讨论了3 种不同的协调原则（或尺寸传递体系）的基本原理和特点，本节则介绍它们在飞机制造中的应用。
（1）根据飞机构造和制造的特点，对于与气动外形有关的零件，要达到较高的制造准确度比较困难，或者在经济上不合理。但是，为了保证互换，首先必须保证协调准确度。实际上，在飞机生产中出现的大量问题是协调方面的问题。若采用独立制造原则，为了达到协调准确度的要求，就必须对零件的制造准确度提出更高的要求。这一点用目前常规的制造方法是难以做到的。
（2）对形状复杂的零件采用相互联系制造原则。在制造过程中，将那些技术难度大、制造准确度不可能达到很高的环节，作为尺寸传递的公共环节，这样就能显著地提高零件之间的协调准确度。由于飞机构造上的特点，采用这种原则来保证协调具有特别重要的现实意义。而独立制造原则仅适用于那些形状比较简单的零件，例如起落架、操纵系统等机械加工类零件。
（3）采用独立制造原则便于组织生产，能够平行、独立地制造零件、组合件或部件以及各种工艺装备，故扩大了制造工作面。这有利于缩短生产准备期，也便于开展广泛的协作。而当采用相互联系制造原则时，生产中所用的工艺装备都必须按一定的协调关系依次制造，显然使生产准备期拖长。
（4）按相互修配原则进行协调，虽然能够保证零件之间有很好的协调性，但不能满足零件互换性的要求。而且修配劳动量大，装配周期长。只有当其他协调原则在技术上和经济上都不合理，而且不要求零件具有互换性时，才采用这一协调原则。一般在飞机成批生产中都尽量少用该协调原则，而在飞机试制中应用较多。
计算机辅助设计和计算机辅助制造技术的迅速发展，即数字化产品定义的逐步推广，为在飞机制造中广泛采用独立制造原则创造了条件。飞机的外形可以通过建立相应的数学模型来准确地加以描述，飞机结构件的几何形状和尺寸也可以准确地存储在计算机内。在此基础上，产品的几何信息就直接传递给计算机绘图设备和数控加工设备，以输出图形和进行加工。这样，机械加工零件、成形模具以及与外形有关的工艺定位件等工艺装备，可以达到很高的制造准确度。这不但保证了协调要求，还可能提高协调准确度。因此，随着计算机辅助设计和计算机辅助制造技术应用的深入，飞机产品的全数字化定义有利于在飞机制造中实现独立制造原则以及实施并行工程，这是飞机制造技术的发展方向。
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