A320地板梁型面加工工藝優(yōu)化研究

李先健 王 浩 李維亮

(成都飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限公司結(jié)構(gòu)件廠，四川 成都 610091)

隨著飛機(jī)性能的不斷提高，鋁合金薄壁零件以其重量輕、強(qiáng)度高等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代航空制造領(lǐng)域；飛機(jī)地板梁是飛機(jī)機(jī)身的主要組成部分，主要承受飛機(jī)飛行載荷、地面載荷以及壓力載荷，屬于飛機(jī)上的關(guān)鍵承力結(jié)構(gòu)件。

地板梁是非常典型的鋁合金薄壁工件，由于其材料去除率高，實(shí)際加工中工件不可避免地會(huì)產(chǎn)生變形和振動(dòng)，導(dǎo)致加工誤差，很難保證表面加工質(zhì)量。

工業(yè)合作的逐步深入極大地解決了分廠的生產(chǎn)壓力，同時(shí)也帶來質(zhì)量隱患。如某外協(xié)廠家交付的地板梁系列零件，成品驗(yàn)收時(shí)，發(fā)現(xiàn)零件型面的尺寸完全不符合技術(shù)要求，型面的尺寸誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出許可，300多件零件型面尺寸全部需要返工。本文主要針對(duì)地板梁5 mm×5 mm型面難加工、表面質(zhì)量差的特點(diǎn)進(jìn)行工藝方案的研究。

1 地板梁特征及加工難點(diǎn)

1.1 地板梁特征

A320地板梁材料為AL7175-T7351，工件結(jié)構(gòu)如圖1所示。表1所示地板梁類工件共有多項(xiàng)，年投產(chǎn)量共計(jì)1 000余件。

表1 地板梁各項(xiàng)零件年投產(chǎn)量

地板梁圖號(hào)XXX-13850XXX-13851XXX-13854XXX-37300……年投產(chǎn)量240240180150200余件

地板梁都為長條形梁，各型號(hào)結(jié)構(gòu)相似，因裝配部位不同尺寸存在細(xì)微差異，長度在700～1 250 mm，工件內(nèi)形的面1和面2的臺(tái)階差均為6 mm(如圖1)。該工件結(jié)構(gòu)剛性薄弱，變形大，對(duì)裝夾方式要求較高。

1.2 加工流程

該地板梁工件加工工序流程如圖2所示，其中第一道內(nèi)形數(shù)控加工工序在加工中心上完成。該道工序采用多件成組加工技術(shù)，設(shè)置多個(gè)工藝凸臺(tái)連接各工件底部(如圖3所示)銑削進(jìn)行銑削。第五道工序型面銑削加工在普通銑床上進(jìn)行，如在數(shù)控銑床上進(jìn)行，則會(huì)破壞工件之間連接的工藝凸臺(tái)，失去定位孔，同時(shí)無壓緊部位，導(dǎo)致工件報(bào)廢。

1.3 加工難點(diǎn)

針對(duì)本工序型面加工，刀具采用成型銑刀。裝夾方案的選取不合理，輕則影響工件表面質(zhì)量，重則造成工件超差、報(bào)廢，加工難點(diǎn)主要體現(xiàn)在裝夾方案的制定。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的產(chǎn)品缺陷主要有：

(1)型面加工經(jīng)常裝反。

(2)型面尺寸在縱向上不一致。

(3)在工件寬、厚方向不一致。

(4)型面表面粗糙度差。

(5)型面加工耗時(shí)長。

2 地板梁加工工藝分析

2.1 組合夾具方案

型面加工采用組合夾具對(duì)工件進(jìn)行裝夾。圖4所示該組合夾具可用于X52、X53普通銑床，組合塊高度低于工件上緣10 mm，以銑削工件5 mm×5 mm型面。

組合夾具用螺釘固定在銑床工作臺(tái)上，再將地板梁工件立裝于組合塊上，用壓板和墊塊壓緊。在實(shí)際加工過程中發(fā)現(xiàn)，由于地板梁批次多，工件投產(chǎn)頻繁，組合夾具需重復(fù)多次使用，未起到降低生產(chǎn)成本的作用。

采用組合夾具方案有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)通用性強(qiáng)，組合夾具可拆卸，重新組合后可應(yīng)用到其他工件加工中。

(2)適用性廣，可用于X52、X53等銑床。

組合工裝方式存在的問題主要有：

(1)工件較長，在加工時(shí)需裝夾兩次，裝夾時(shí)間長，且兩次裝夾會(huì)在銜接處形成0.5～1 mm的臺(tái)階差(圖4中1處)，增加鉗工打磨量。

(2)工件結(jié)構(gòu)剛性差，使用墊塊對(duì)工件夾緊時(shí)接觸面積小，工件的振動(dòng)較大，型面表面存在波紋，工件表面粗糙度未達(dá)到相關(guān)技術(shù)要求。

(3)組合夾具所用螺釘為M12，連接強(qiáng)度弱，夾具整體剛性差，造成工件壓緊力不夠。

(4)工件兩側(cè)緣條厚分別為4 mm和2 mm，需要銑削4 mm一側(cè)的型面，在工件量大時(shí)易裝反。

(5)組合夾具主要適用于新產(chǎn)品試制和多品種、小批量生產(chǎn)，結(jié)合地板梁批量大、批次多的實(shí)際情況，組合夾具被長期占用，未起到降低生產(chǎn)成本的作用，影響現(xiàn)場(chǎng)管理。

2.2 專用夾具方案

針對(duì)上述組合夾具的剛性差、裝夾繁瑣、長期被占用等缺點(diǎn)，對(duì)地板梁進(jìn)行工藝方案優(yōu)化，定制專用夾具(如圖5所示)替代組合夾具對(duì)該工件進(jìn)行加工裝夾方案。

夾具兩端的凹槽通過M16螺栓將夾具本體固定在銑床工作臺(tái)上，將地板梁工件用特制U形壓板立裝壓緊在夾具主定位面上，一次裝夾完成整個(gè)型面銑削。相比組合夾具，專用夾具穩(wěn)定性好，裝夾強(qiáng)度高。這種裝夾方式雖然克服了兩次裝夾的問題，但受銑床行程限制，導(dǎo)致可用機(jī)床受限等問題；由于工件變形，定位面2 mm緣條側(cè)壁與墊塊接觸面積小，定位不穩(wěn)定，導(dǎo)致工件加工剛性差、表面質(zhì)量差，未從根本上解決組合夾具所存在的問題，仍然無法滿足優(yōu)質(zhì)高效的加工需求。

專用夾具方案存在的問題主要有：

(1)地板梁下方2 mm緣條側(cè)壁與墊塊的接觸面積很小，且中間大量懸空，受力不均勻，致使工件加工剛性差、易變形且加工表面質(zhì)量較差。

(2)為保證能夠一次裝夾完成，所用工裝長且笨重，搬運(yùn)困難，找正難度較大，對(duì)機(jī)床操作者要求較高，進(jìn)行加工時(shí)操作者勞動(dòng)強(qiáng)度大并存在安全隱患，不如組合夾具輕便。

(3)由于工裝較長，致使適合該工裝的機(jī)床少，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)只能用X5042銑床進(jìn)行加工。

(4)壓板下的墊塊需懸空放置，不易操作且壓緊不穩(wěn)定。

(5)工件裝反的情況仍不可避免。

(6)專用工裝制造成本高，夾具存放占用空間大，不便于6S管理。

3 分離式專用夾具方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

為避免上述裝夾方案存在的問題，結(jié)合實(shí)際加工情況和工件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，重新設(shè)計(jì)分離式專用夾具方案，如圖6所示。

優(yōu)化思路：

(1)考慮到使用一個(gè)整體長墊板存在太長易變形、笨重、不便于存放等問題，夾具材料由Q235A改為鋁質(zhì)制造。

(2)方案裝夾改立裝結(jié)構(gòu)為平裝結(jié)構(gòu)，增大壓緊面。

(3)為解決變形問題，將整體墊板分為3塊鋁板。

(4)圖1所示工件內(nèi)形的面1與面2高度差為6 mm，如圖6中1、2處根據(jù)工件下陷面在定位鋁板上制出相應(yīng)的下陷。

(5)鋁板兩側(cè)面銑出倒角，避讓零件內(nèi)形底角R，避免干涉。

(6)用沉頭螺釘分別將3塊鋁板固定在機(jī)床工作臺(tái)上，對(duì)鋁板進(jìn)行找正后如圖7所示將工件裝夾在工作臺(tái)上。

工件由圖6中3處所示兩個(gè)定位鍵進(jìn)行定位，定位鍵與4 mm緣條接觸后用壓板固定，四個(gè)壓板均勻分布，以保證地板梁工件受力均勻。使用分離式專用夾具后，在實(shí)際加工中取得顯著效果。優(yōu)化后的工藝方案裝夾時(shí)間明顯減少，工件加工效率有效提升，操作強(qiáng)度及難度得到減小，裝夾穩(wěn)定可靠，工件倒角處的表面質(zhì)量得到有效改善，未出現(xiàn)工件報(bào)廢的情況，滿足優(yōu)質(zhì)高效的加工需求。

分離式專用夾具方案的優(yōu)勢(shì)：

(1)改變工件裝夾方式，簡(jiǎn)化裝夾過程，由立裝改為平裝，快速定位，裝夾穩(wěn)定高效方便，工作效率明顯上升。

(2)如圖7中1處在工作臺(tái)左側(cè)設(shè)置一個(gè)U形塊(圖8)，槽寬為3 mm(4 mm緣條不能進(jìn)入)，作為防錯(cuò)措施，保證裝夾正確，規(guī)避工件報(bào)廢風(fēng)險(xiǎn)。

(3)工件的裝夾基準(zhǔn)與工藝基準(zhǔn)一致，消除基準(zhǔn)不一致引起的誤差，保證尺寸精度。

(4)接觸面為整個(gè)內(nèi)型腔，受力面積大，工件裝夾穩(wěn)定性和加工剛性高，減小振動(dòng)，提高工件表面加工質(zhì)量。

(5)工件加工剛性足夠，在加工時(shí)機(jī)床可選用最大轉(zhuǎn)速和最大進(jìn)給速度，充分發(fā)揮機(jī)床的最大功效，提高加工效率。

刀具及機(jī)床的選擇：本工序?yàn)殂? mm×5 mm型面，選擇45°成型銑刀；由于工件較長，應(yīng)使用較大行程的銑床，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選用X5042銑床，規(guī)格為2 000 mm×425 mm，最大轉(zhuǎn)速1 400 r/min，最大進(jìn)給速度為1 250 mm/min。

4 應(yīng)用效果

對(duì)于中小型結(jié)構(gòu)件，工件裝夾時(shí)間占比大，其裝夾準(zhǔn)備工作是不可忽視的環(huán)節(jié)，是影響工件生產(chǎn)周期的主要因素之一。分離式專用夾具只需一次裝夾，裝夾簡(jiǎn)便。各方案每件工件銑削所需時(shí)間對(duì)比見表2。由表2可知，新方案極大地減少了裝夾時(shí)間，提高了工作效率；可實(shí)現(xiàn)快速定位，有效提高表面質(zhì)量，減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度，使工件合格率提高到100%。

表2 原工藝方案與現(xiàn)工藝方案對(duì)比表

工裝類型組合工裝專用工裝分離式專用工裝每件所需時(shí)/min1285

5 結(jié)語

采用分離式專用夾具方案，替代使用組合夾具、專用夾具進(jìn)行加工型面的方案，雖然仍存在使用局限，但夾具存放方便，制造成本降低；改變工件的裝夾方式，減小裝夾所造成的誤差，提高表面質(zhì)量；裝夾所需的鋁板可用廢棄邊角料制成，就地取材且無額外成本；設(shè)置了防錯(cuò)措施，消除人為失誤，有效降低工件報(bào)廢率；基于地板梁技術(shù)要求分析，適合所有下陷為6 mm的地板梁型面加工；為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)后續(xù)類似薄壁工件的加工積累經(jīng)驗(yàn)，起到借鑒作用。

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