滑轮架侧板零件数控加工过程质量控制

章耀印

中航飞机股份有限公司 陕西 西安 710089

[摘 要]本文以滑轮架侧板系列零件数控加工过程中的工件装夹定位方法为例，研究推广机械加工过程中行之有效的稳定、高效质量控制方法。本文以AOS精益生产制造理念为指导，运用成组分类原理，研究设计适用于系列相似零件的通用夹具工装，并给出零件部分加工过程装夹定位方式及实施效果。

关键词 质量控制 铣床夹具 AOS 精益制造 成组技术

1引言

随着我国的军民机市场对各型飞机产品的需求不断增加，各种研制、批产型飞机的订单数量呈现逐年增长的态势，对航空制造业的生产制造能力提出了巨大的考验。因而，怎样能够在确保制造质量的前提下最大限度的提高生产效率，是生产制造业当前面临的亟待解决的重要课题。本文以AOS精益制造理念为指导，研究并攻关航空零件的高效加工及精益制造方法，实现零件加工流程的最优化、标准化、质量可控化，从而达到产品制造过程优质、高效的目标^［］。

2 零件工艺性分析

滑轮架侧板系列零件是飞机内襟翼部段的关键承载零件，材料为钛合金高强高硬的难加工材料，毛料最大外扩尺寸达到1650mm，产品生产周期长。随着机型生产批量的不断增大，原有的制造方案已无法满足客户需求，加工更加高效、过程质量控制更加稳定，能够最大限度实现零件加工效益提升是解决生产瓶颈的关键所在。

2.1 零件结构分析

零件由钛合金板料通过机械加工而成，毛料尺寸为1740mm×650mm×45mm，材料去除率达90%以上，零件最大轮廓尺寸1620mm，结构主要以腔槽、筋条组成，加工周期长，加工后材料残余应力释放难控制，基准面平面度0.15mm要素难以保证。

零件精度孔的公差严格，孔径公差H8，位置度公差φ0.1mm、垂直度公差φ0.05mm，需精细安排加工过程，严格控制变形，才能保证产品计量合格。

2.2 工艺方案分析

依据结构分析可知，必须精细设置加工工艺过程，细分数控铣削的余量分配，以便应力逐步释放，反复多次切削的方式保证产品最终状态。侧板零件加工的原工艺过程按图2所示，其中的数控加工构成为“铣面-数控粗加工-退火处理-铣面-数控半精加工-时效处理-铣面-数控精加工”。

图1 加工工艺流程

2.3 加工难点分析

由工艺流程分析可知，数控加工过程工件需重复进行加工前准备12次、周转10次，导致加工过程繁琐、周转准备时间长，严重消耗产品生产周期，经现场实际加工数据统计，周转准备时间平均约占数控加工总时间的35%。如何通过加工方案的优化改进，提高零件交付质量，减少乃至消除此部分浪费的制造时间，转换为人员、设备、物料的有效加工时间，从而减少资源的占用及浪费、提高产品加工效益，是我们践行AOS精益制造的有效途径和最终目的^［2］。

2.4 工艺优化可行性分析

2.4.1 结构相似件的工艺相似性分析（P-R分析）

运用成组分类原理，对滑轮架侧板同系列零件的加工过程进行工艺相似性分析（P-R分析）。将此系列零件的加工方案进行工艺标准化设计，实现工艺过程、加工设备、人员操作的标准化，于加工效益及零件质量控制的提升具有重要意义^［3］。

2.4.2 生产准备过程优化分析

分析生产准备全过程发现，原方案准备过程存在以下影响产品质量的问题：

1）人工用百分表以两孔找正工件，以操作工人的经验及技能水平来保证装夹定位质量，占用时间长，质量极不稳定；

2）紧固工件采用螺栓、垫块及压板的组合方式，装夹附件无标准规格；依靠人力拧紧螺栓，压紧力不均匀，极易造成工件翘曲变形及二次位移误差；

3）压紧点位置随意，加工中存在刀具与螺栓压板碰撞的风险。

综合上述问题分析，探索研发一种能够快捷高效实现工件定位及夹紧的通用夹具^［4］，兼具定位元件标准化、夹紧元件标准化、自动找正功能、防差错功能，并能够同时运用于6项相似零件数控加工生产全过程，是解决这一难题的最优工艺方案。

3 铣床夹具功能设计

本着最大幅度的减少加工过程中的各种辅助时间，减少非必要加工的工作量，从而减小工人的体力劳动，并结合满足6项相似零件统一加工方案、提高加工可操作性的原则，提出设计使用一套高度集成的通用夹具实现6项零件粗加工、半精加工、精加工过程的快速换装、快捷准确定位的加工方式。

3 .1铣床夹具的功能设计任务分解及实施流程

图2 通用夹具设计实施流程图

以上图2所示为通用夹具从技术公关研究、功能设计、直到结构设计实现过程中需进行的各项标准化与集成化设计工作，本文将对零件半精加工、精加工过程中所进行的工装定位及夹紧功能设计过程予以详细说明。

3.2粗加工、精加工的定位及夹紧功能设计

经过技术质量攻关及反复论证，我们决定采用以2组“定位孔+定位销”相配合的方式在铣具上实现快速精准定位，消除工人找正时间；以“沉头螺栓+沉头螺栓孔+工装螺纹孔”配合拧紧的方式紧固工件，压紧点唯一确定，操作简便准确，减少原加工准备时间约2/3以上。具体实施方案如下：

3.2.1 定位方式的集成设计

定位装置设计：在图3所示设置2个工艺基准孔，孔距尺寸设定为固定值，并在铣具底板上设置对应孔距的2-φ18H7定位孔，配合定位插销准确限位。

多工位下的重复定位设计：鉴于工件需要进行10次定位准备，基准孔需要进行多次扩孔加工以修正孔位置精度。故设定基准孔的扩、镗孔尺寸依次为φ18H8、φ19H8、φ20H8，与之相匹配的定位插销制成台阶销轴结构，结构及尺寸规格见图4。

图3 工件快速找正定位方案设计示意图

图4 台阶定位销设计结构图

3.2.2夹紧方式的集成设计

数控半精加工及精加工的压紧固定采用“沉头螺栓元件+工件的沉头螺栓孔+工装螺纹孔”配合拧紧的方式，考虑到加工工位需反复翻面10次，经过反复多次去除余量，工件厚度尺寸由39mm最终加工至31mm，且要考虑压紧方式不能对数控加工过程造成干涉。压紧元件的设计内容需包含沉头螺栓尺寸规格的集成、工件沉头螺栓孔尺寸规格的集成、工装螺纹孔尺寸规格的集成，确保整个加工过程中压紧元件规格通用、尺寸标准化，压紧点数量精简，压紧点位置通用性强，沉头螺栓结构及尺寸规格见图5。

图5 沉头螺栓元件设计结构图

3.3 侧板系列6项工艺相似件定位及夹紧功能的集成化设计

本节内容为对6项相似零件的定位及装夹元件进行集成化设计；统一修正定位及夹紧元件规格以实现标准化；优化调整定位孔、螺栓孔及螺纹孔位置以达到各孔位实现最大化共用准则。从而实现使用一套数控铣具实现6项零件粗加工、半精加工、精加工过程的快速换装、高效准确定位的加工目标。

3.3.1 定位过程的集成化设计

1）对6项零件毛料尺寸进行合理规划，达到尺寸的规范统一，以实现在铣具工装上定位夹紧过程中的集成共用。

2）对工装定位元件进行标准化集成设计，半精加工和精加工用定位销（图4）实现6项零件数控加工过程中的完全共用，从而实现定位元件的标准化集成设计。

3）对定位边、定位孔进行标准化集成设计，实现6项零件的粗加工定位过程完全相同，规划半精加工及精加工定位孔的孔径及位置，确保最大程度的重合统一，达到6项零件的定位孔高度集成共用。

图6 铣具底板定位孔集成设计图

通过对毛料、定位元件、工件定位边及定位孔的标准化集成设计，实现了6项相似零件定位方式的统一、定位操作过程的统一、定位元件尺寸规格及位置的统一。以此设计出适合6项零件粗加工用定位孔9-φ16H8，半精加工、精加工用定位孔4-φ16H8个，见图6所示。

3.3.2 夹紧过程的集成化设计

修正工艺凸台沉头螺栓孔位置，实现6项工件压紧点坐标最大程度的统一共用，确保铣具底板上所制取的M16螺纹底孔数量最精简化，实现准备装夹过程的简便、快捷、高效。见图6所示，对压板螺栓孔及沉头螺栓孔进行集成设计后，共需在铣具底板设置141个M16螺纹孔，从而实现6项相似零件所有数控加工过程在同一铣具上的装夹定位。

4 铣床夹具的结构设计

前面章节实现了铣具工装的功能设计，将工装技术要求及结构尺寸信息进行归纳，形成工装设计技术条件，并创建三维模型（图7），详细标注孔位及尺寸要求，供工装制造使用。

图7 铣床夹具三维结构设计模型

5实施效果

通过采用铣具工装进行工件的快速准确定位、装夹，极大减轻了工人工作量，并杜绝了人为操作误差，定位质量精准、高效。新方案实施以来，加工质量稳定可靠，产品加工合格率由原来的60%提高到了100%。

采用工装标准元件进行定位装夹，极大缩减了人工找正、装夹过程准备时间。统一采用标准螺栓、标准垫块，工人按照标准作业指导书要求规范装夹，实现定位、装夹操作的标准化作业，操作简便快捷，省时省力，实际统计生产数据得出，同比缩短加工准备时间约达原来的70%以上。

减少的加工质量问题及废品损失，节省生产准备时间从而释放出的工人可支配劳动时间及机床设备的纯加工作业时间，为企业的加工效益提升带来了新的增长点，是精益制造理念的重要实践形式，对于企业倡导的高效加工、精益制造、智能制造战略具有重要价值^［5］。

6推广及应用

以AOS精益生产制造理念为指导，研究并攻关航空零件制造的高效加工及精益加工方法，实现零件加工流程的最优化、标准化、质量可控化，从而达到产品制造过程优质、高效的目标，是机械制造业提高制造生产力所采取的重要手段。

本项目精益改进内容涉及的是机加专业的一个点，设计攻关及实施过程并不复杂，优化后极大提升了加工效率，改善了产品质量，并释放了设备占用及人员工作量，取得的效果非常显著，解决了车间生产瓶颈。随着精益单元化及AOS理念的深入推进，改进方向将立足于全制造流程，对于同行业的项目研制及技术攻关工作具有极大的参考和借鉴意义。

7参考文献

[1] 黎小平.基于AOS的大型制造企业运营体系构建研究.航空制造技术，2016年19期.

[2] 周鑫明.精益制造理论及其在大型航空制造企业中的推进研究.西南财经大学，2013年硕士论文.

[3] 梁永建 杨光薰 胡波.精益生产与虚拟成组生产组织.制造技术与机床，2004年09期.

[4] 陈文升.数控铣床与加工中心夹具设计.山东工业技术，2017年09期.

[5] 吴宏伟.西飞集团公司转包生产试行精益制造.航空科学技术，2002年第06期.

4