短梁

梁類零件屬于典型的飛機結(jié)構(gòu)件，根據(jù)尺寸范圍一般將梁分為長梁類零件及短梁類零件，長梁類零件在飛機機翼中主要起承力作用，而短梁類零件主要起連接作用。對于長梁類零件的加工工藝研究較多，谷妍、安衛(wèi)星針對細長梁類零件變形控制進行了工藝方法的研究應(yīng)用，孫偉娜針對薄壁梁零件開展了工藝技術(shù)研究，王金海、姜曉偉針對鈦合金梁開展了工藝技術(shù)研究，這些研究使得長梁類零件的工藝方案設(shè)計、加工參數(shù)設(shè)置、變形控制等技術(shù)趨于成熟，而針對短梁類零件開展的工藝技術(shù)研究較少。本文針對某機型短梁類零件難以滿足生產(chǎn)交付計劃的問題，開展關(guān)鍵工藝改進及生產(chǎn)流程改進，提高加工產(chǎn)出效率，以達到均衡生產(chǎn)模式、滿足項目零件按時交付的要求。

1 加工現(xiàn)狀

(1)工藝方案分析

某機翼部件短梁類零件的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示，材料為7050-T7451鋁合金，長度尺寸范圍為320-740mm，寬度尺寸范圍為120-250mm，高度尺寸范圍為20-54mm，壁厚最小1.5mm。該類零件共涉及18項零件，每批次需加工270件。

圖1 典型零件結(jié)構(gòu)

經(jīng)分析，該批零件的工藝方案設(shè)計存在以下問題：①裝夾方式不統(tǒng)一，換模時間長。沒有專用夾具，所有數(shù)控工序全部在自制鋁板上打孔進行定位裝夾；定位方式有Φ10孔定位、Φ12孔定位、邊找正等方式，找正效率低；壓緊方式有標(biāo)準壓板、異形壓板等，導(dǎo)致生產(chǎn)現(xiàn)場要不停進行生產(chǎn)準備以適應(yīng)不同零件的加工，甚至自制許多異形壓板。②刀具品種多，生產(chǎn)準備效率低。對于相似零件，工藝技術(shù)人員選用的刀具規(guī)格不統(tǒng)一，導(dǎo)致同一機床加工幾個相似零件時，往往要準備幾套不同的刀具及刀套，極大地增加了生產(chǎn)準備時間。③表面質(zhì)量差，打磨工作量大。改進前的零件加工表面質(zhì)量差、殘留多、工藝搭接凸臺去除量大等問題普遍存在，基本需100%面積進行鉗工打磨。

(2)生產(chǎn)排程分析

零件的生產(chǎn)排程現(xiàn)狀一般為每批次投產(chǎn)加工時安排3臺機床進行加工，每臺設(shè)備安排一定項數(shù)的零件，零件的正反面特征封閉在某臺設(shè)備上完成。表1為該批零件改進前數(shù)控加工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表，可以看出3臺加工設(shè)備的生產(chǎn)節(jié)拍不一致，設(shè)備NBP-1000A產(chǎn)出周期230H、節(jié)拍為3.28H/件；設(shè)備VMC1100產(chǎn)出周期143H、節(jié)拍為1.79H/件；設(shè)備KVC800MA產(chǎn)出周期343H、節(jié)拍為2.86H/件，3臺數(shù)控機床共占用716H。

表1 改進前加工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表

該問題導(dǎo)致零件產(chǎn)出不均衡，一些機床產(chǎn)出較快，而一些機床產(chǎn)出較慢，整批零件沒有實現(xiàn)均衡產(chǎn)出，導(dǎo)致總生產(chǎn)周期較長，無法準時交付。因此，開展基于均衡生產(chǎn)的工藝流程改進，從而縮短制造周期，是解決問題的關(guān)鍵。

2 關(guān)鍵工藝優(yōu)化

(1)裝夾方式改進

為提高裝夾效率，根據(jù)零件結(jié)構(gòu)特征設(shè)計了專用夾具替代現(xiàn)場大量的自制墊板，并滿足通用化裝夾要求，實現(xiàn)零件“快裝快卸”，減少換模時間。如圖2所示，該工裝由工裝底板、M12螺釘、Φ12定位銷和Φ12定位鍵槽四個主要結(jié)構(gòu)特征組成。

圖2 通用夾具結(jié)構(gòu)

該工裝將定位、壓緊方式進行了標(biāo)準化統(tǒng)一，實現(xiàn)了18項零件在該工裝上的全部裝夾，節(jié)省了換裝時間，大幅降低了生產(chǎn)準備時間，單件零件的平均裝夾時間由30分鐘降低為5分鐘，提高了裝夾效率。

(2)刀具標(biāo)準化選用改進

將所有零件選用的刀具經(jīng)過整理后，減少刀具使用規(guī)格，所有零件全部使用一套規(guī)格刀具加工，只需一次刀具配送即可實現(xiàn)所有零件的數(shù)控加工，解決了反復(fù)準備刀具帶來的生產(chǎn)效率低及刀具成本高問題。如圖3所示，優(yōu)化前18項零件共選用18個規(guī)格的刀具，優(yōu)化后刀具規(guī)格品種減少到6種。

(3)基于均衡生產(chǎn)的工藝編程改進

改進前三臺機床分別負責(zé)加工部分圖號零件的正反面特征，改進后將加工設(shè)備由三臺減少到兩臺，第一臺負責(zé)加工所有零件的第一面，第二臺負責(zé)加工所有零件另一面。為滿足生產(chǎn)節(jié)拍均衡，實現(xiàn)兩臺機床之間的加工轉(zhuǎn)換無停頓，必須做到每個零件的兩面加工時間接近，則第一臺機床加工后可以立即轉(zhuǎn)入第二臺加工，生產(chǎn)節(jié)拍基本實現(xiàn)均衡生產(chǎn)。

圖3 優(yōu)化前后刀具品種表對比

基于上述要求，工藝方案做了如下標(biāo)準化改進：數(shù)控加工第一面內(nèi)容包含底面修基準面、銑輪廓(見圖4a)，加工第二面內(nèi)容包含粗精銑內(nèi)腔、腹板及筋頂(見圖4b)，將連接筋放在頂部，該調(diào)整方案將原方案中第一面的部分內(nèi)容改到第一面加工，實現(xiàn)兩面加工內(nèi)容均衡，達到加工時間均分的目的。

(a)

(b)

圖4 工藝編程改進

改進后數(shù)控設(shè)備由3臺減少為2臺，零件在設(shè)備NBP-1000A加工完第一面后轉(zhuǎn)入設(shè)備VMC1100加工，經(jīng)數(shù)據(jù)采集統(tǒng)計得出設(shè)備NBP-1000A產(chǎn)出周期175H、平均產(chǎn)出節(jié)拍為0.65H/件，設(shè)備VMC1100產(chǎn)出周期187H、平均產(chǎn)出節(jié)拍為0.69H/件，生產(chǎn)節(jié)拍較改進前更為均衡，共占用三臺數(shù)控機床362H，生產(chǎn)周期縮短，大幅提升了零件產(chǎn)出效率。改進后加工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見表2。

表2 改進后加工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表

(4)實施效果驗證

零件優(yōu)化后投產(chǎn)新批次共270件零件，經(jīng)過生產(chǎn)現(xiàn)場加工及數(shù)據(jù)收集，數(shù)控加工節(jié)省了總加工時間，加工效率平均提高44.8%。零件經(jīng)優(yōu)化加工后基本實現(xiàn)僅工藝搭接處打磨及局部打磨拋光，其余部位保持加工后狀態(tài)即可進入驗收狀態(tài)，打磨面積由100%降低到平均15%，單件平均打磨時間約為12分鐘，鉗工打磨效率平均提高82.61%。另外，優(yōu)化改進后將工裝、刀具全部進行統(tǒng)一，大幅降低準備工裝及刀具的時間，一次準備即可實現(xiàn)所有零件的加工，機床主軸利用率顯著提升。

小結(jié)

針對短梁類典型飛機結(jié)構(gòu)件面臨的生產(chǎn)交付問題，以均衡生產(chǎn)為目標(biāo)，從工藝編程、工裝夾具、刀具應(yīng)用等方面開展了研究應(yīng)用。經(jīng)過實際驗證，改進后零件交付周期明顯縮短，生產(chǎn)節(jié)拍更為均衡，表面質(zhì)量及鉗工打磨等指標(biāo)也同期明顯改善，具有很好的應(yīng)用推廣價值。

原載《工具技術(shù)》 作者：陳代鑫