A320地板梁型面加工工藝優化研究

李先健 王 浩 李維亮

(成都飛機工業(集團)有限公司結構件廠，四川 成都 610091)

隨著飛機性能的不斷提高，鋁合金薄壁零件以其重量輕、強度高等結構特點，廣泛應用于現代航空制造領域；飛機地板梁是飛機機身的主要組成部分，主要承受飛機飛行載荷、地面載荷以及壓力載荷，屬于飛機上的關鍵承力結構件。

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，實際加工中工件不可避免地會產生變形和振動，導致加工誤差，很難保證表面加工質量。

工業合作的逐步深入極大地解決了分廠的生產壓力，同時也帶來質量隱患。如某外協廠家交付的地板梁系列零件，成品驗收時，發現零件型面的尺寸完全不符合技術要求，型面的尺寸誤差遠遠超出許可，300多件零件型面尺寸全部需要返工。本文主要針對地板梁5 mm×5 mm型面難加工、表面質量差的特點進行工藝方案的研究。

1 地板梁特征及加工難點

1.1 地板梁特征

A320地板梁材料為AL7175-T7351，工件結構如圖1所示。表1所示地板梁類工件共有多項，年投產量共計1 000余件。

表1 地板梁各項零件年投產量

地板梁圖號XXX-13850XXX-13851XXX-13854XXX-37300……年投產量240240180150200余件

地板梁都為長條形梁，各型號結構相似，因裝配部位不同尺寸存在細微差異，長度在700～1 250 mm，工件內形的面1和面2的臺階差均為6 mm(如圖1)。該工件結構剛性薄弱，變形大，對裝夾方式要求較高。

1.2 加工流程

該地板梁工件加工工序流程如圖2所示，其中第一道內形數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，設置多個工藝凸臺連接各工件底部(如圖3所示)銑削進行銑削。第五道工序型面銑削加工在普通銑床上進行，如在數控銑床上進行，則會破壞工件之間連接的工藝凸臺，失去定位孔，同時無壓緊部位，導致工件報廢。

1.3 加工難點

針對本工序型面加工，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量，重則造成工件超差、報廢，加工難點主要體現在裝夾方案的制定。生產現場的產品缺陷主要有：

(1)型面加工經常裝反。

(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工件進行裝夾。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。在實際加工過程中發現，由于地板梁批次多，工件投產頻繁，組合夾具需重復多次使用，未起到降低生產成本的作用。

采用組合夾具方案有以下優點：

(1)通用性強，組合夾具可拆卸，重新組合后可應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，在加工時需裝夾兩次，裝夾時間長，且兩次裝夾會在銜接處形成0.5～1 mm的臺階差(圖4中1處)，增加鉗工打磨量。

(2)工件結構剛性差，使用墊塊對工件夾緊時接觸面積小，工件的振動較大，型面表面存在波紋，工件表面粗糙度未達到相關技術要求。

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

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

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

2.2 專用夾具方案

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

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，一次裝夾完成整個型面銑削。相比組合夾具，專用夾具穩定性好，裝夾強度高。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，導致可用機床受限等問題；由于工件變形，定位面2 mm緣條側壁與墊塊接觸面積小，定位不穩定，導致工件加工剛性差、表面質量差，未從根本上解決組合夾具所存在的問題，仍然無法滿足優質高效的加工需求。

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，搬運困難，找正難度較大，對機床操作者要求較高，進行加工時操作者勞動強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床少，生產現場只能用X5042銑床進行加工。

(4)壓板下的墊塊需懸空放置，不易操作且壓緊不穩定。

(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化設計

為避免上述裝夾方案存在的問題，結合實際加工情況和工件結構特點，重新設計分離式專用夾具方案，如圖6所示。

優化思路：

(1)考慮到使用一個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改為鋁質制造。

(2)方案裝夾改立裝結構為平裝結構，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所示工件內形的面1與面2高度差為6 mm，如圖6中1、2處根據工件下陷面在定位鋁板上制出相應的下陷。

(5)鋁板兩側面銑出倒角，避讓零件內形底角R，避免干涉。

(6)用沉頭螺釘分別將3塊鋁板固定在機床工作臺上，對鋁板進行找正后如圖7所示將工件裝夾在工作臺上。

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

分離式專用夾具方案的優勢：

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

(2)如圖7中1處在工作臺左側設置一個U形塊(圖8)，槽寬為3 mm(4 mm緣條不能進入)，作為防錯措施，保證裝夾正確，規避工件報廢風險。

(3)工件的裝夾基準與工藝基準一致，消除基準不一致引起的誤差，保證尺寸精度。

(4)接觸面為整個內型腔，受力面積大，工件裝夾穩定性和加工剛性高，減小振動，提高工件表面加工質量。

(5)工件加工剛性足夠，在加工時機床可選用最大轉速和最大進給速度，充分發揮機床的最大功效，提高加工效率。

刀具及機床的選擇：本工序為銑5 mm×5 mm型面，選擇45°成型銑刀；由于工件較長，應使用較大行程的銑床，根據現場實際情況選用X5042銑床，規格為2 000 mm×425 mm，最大轉速1 400 r/min，最大進給速度為1 250 mm/min。

4 應用效果

對于中小型結構件，工件裝夾時間占比大，其裝夾準備工作是不可忽視的環節，是影響工件生產周期的主要因素之一。分離式專用夾具只需一次裝夾，裝夾簡便。各方案每件工件銑削所需時間對比見表2。由表2可知，新方案極大地減少了裝夾時間，提高了工作效率；可實現快速定位，有效提高表面質量，減輕操作者勞動強度，使工件合格率提高到100%。

表2 原工藝方案與現工藝方案對比表

工裝類型組合工裝專用工裝分離式專用工裝每件所需時/min1285

5 結語

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；設置了防錯措施，消除人為失誤，有效降低工件報廢率；基于地板梁技術要求分析，適合所有下陷為6 mm的地板梁型面加工；為生產現場后續類似薄壁工件的加工積累經驗，起到借鑒作用。

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