小中型企业的福音！双工位旋转专用变速箱夹具设计

立式加工中心能完成铣、镗削、钻削、攻螺纹和切削螺纹等工序,与相应的卧式加工中心相比,结构简单,占地面积较小,价格较低,且便于操作,是目前中小型企业应用最广泛的数控机床。针对变速箱体被加工孔系多,同轴度要求高,跨距大,常用的立式加工中心零件一次装夹不能完成上下两底面和各侧面孔的加工的情况。因此今天夹具侠与大家分享一篇文章，关于一种可以在立式加工中心上对变速箱体进行快速加工的双工位旋转专用夹具的研究设计。

图1 福特11速变速箱

一、零件的加工工艺分析

变速箱体结构如图1 所示,长宽高约为425mm×210mm×105mm,材料为HT200,硬度约为190HBS。箱体两侧面有四组轴承孔,它们分别是2-ϕ80J7、2- ϕ47J7、ϕ52J7、3-ϕ40J7,尺寸精度和位置精度都比较高;孔口周围分布有多个大小不一的光孔和螺孔:3-ϕ10、4-ϕ14、4-M10-6H、12-M6-6H。再看表面粗糙度,轴承孔和底面的表面粗糙度都是Ra1.6,零件两侧面凸台位置和螺孔为Ra6.3,其余为铸件面。通过以上分析得出:零件的加工精度要求较高,一组轴承孔之间的跨距较大,而且存在同g轴线上的孔径大小不g的情况。立式加工中心由于受到刀具和Z 向行程的限制,两面的孔必须翻面才能完成加工,为了能保证其同轴度,根据基准统一的原则,工艺要求统一以三面定位装夹,以尺寸100的轴线为翻转轴线,对工件进行翻转加工。在此工序之前,其上各三个基准表面已经精铣完成。

图2 变速箱工序图

二、夹具的设计

2.1：定位与装夹

①定位方式的选择：根据零件的结构及加工工艺,本设计采用的是平面定位,以夹具体上的3个支撑板和1个支撑钉,在夹具体上对变速箱实现完全定位。

②夹紧方式的选择：采用双液压缸进行夹紧,装夹快速平稳,大大降低了劳动强度,满足大批量生产要求。

2.2：夹具的工位旋转

由于三轴联动的立式加工中心工作台和Z轴方向不能旋转,工件不能一次装夹加工完两面的孔系,需要旋转180°才能完成另g面孔系的加工,夹具增加旋转装置,旋转轴的中心与工件尺寸100 的轴线所在的水平面重合,采用摆动液压缸进行旋转,旋转速度快而稳,旋转角度精准。满足加工精度,提高工作效率。

2.3：夹具的工作原理

该夹具的机械部分主要由底座、定位装置、夹紧装置、旋转装置等部分组成。底座是承装各部件、与机床连接的重要部件,夹具调整好后通过机床T 型槽上的螺钉把底座固定在机床工作台上。定位装置由夹具体、定位块和定位钉组成,如图2 所示,定位块和定位钉安装在夹具体上,底面定位块4、6和侧面定位块14、定位钉7限制了工件的六个自由度,对工件进行完

全定位。夹紧装置由两个安装在夹具体上的转角油缸组成,其体积小、力量大,节省空间,夹持速度快,定位准,可对工件快速装夹、快速打开。

图3 夹具结构装配图

转角油缸自带压板,可以直接对工件进行夹紧和松开,因此夹具不需要另设夹紧元件,油缸压板可以设定任意角度的旋转,旋转角度大小的设定只要与工件夹紧和工件装卸时不发生干涉即可。旋转装置是该夹具的核心部分,其主要作用是工件加工完一面后对夹具体进行180°的旋转以便对工件另一面的加工,如图所示,夹具体通过两端的旋转连接盘与底座的两个立柱连接,再通过油缸连接盘与摆动液压缸相连,摆动液压缸的动作由液压系统控制。在底座的立柱上设置限位开关,当夹具体旋转到设定的角度时碰到限位开关,液压缸停止旋转,限位开关的位置可以根据需要的角度进行调整。

2.4：定位误差分析与控制

工件由三面定位,采用定位板和定位钉定位,夹具体上三面的定位板的位置公差定为工件位置公差的1/3,即平面度为0.03,平行度为0.05,为保证各定位面的位置精度,各定位板装配好后再进行一次精加工。工件同轴度公差规定为ϕ0.02,为了保证工件的同轴度,旋转装置的定位误差Δdw 应≤1/3工件的同轴度误差,即≤ϕ0.006mm。为了限制这个误差,制造夹具的时候制造尺寸限制在100.006 以内。孔的尺寸精度和圆柱度由机床和刀具的精度保证。

图4 夹具旋转图

三、液压控制系统设计

液压控制系统是该夹具的重要组成部分,是夹具实现其功能的动力源和重要保障,因此对液压控制系统的设计至关重要。该夹具的夹紧方式和工位旋转均采用液压传动控制,相比于机械传动,它具有夹紧动作快速、平稳可靠、旋转精度高、传递功率大、工作压力可调性好的特点。

图5 液压系统图

如图所示为该液压控制系统的原理图,工作时,电机带动油泵回转,液压油从油箱1经过吸油过滤器6进入回路中,二位四通电磁换向阀11通电,压力油经过电磁换向阀11进入液压缸14和15的有杆腔,夹紧工件。这时机床可以对工件进行g面的加工,加工完一面后,三位四通电磁换向阀5中YV2通电,压力油进入摆动液压缸2,液压缸带动夹具体使工件顺时针旋转,旋转到180°时碰到限位开关,YV2断电,液压缸停止旋转,系统保压,机床开始加工工件另一面。当工件加工完毕后,电磁换向阀5中YV3 通电,工件逆时针旋转180°,旋转到位后碰到限位开关,YV3断电,工件复位,液压系统保压。此时,二位四通电磁换向阀11断电,压力油经换向阀进入液压缸11的无杆腔,松开工件。

结 语

通过对变速箱体的加工工艺分析,确定了完全定位的方案,并对定位误差进行分析和控制,采用液压夹紧和翻转,并计算切削力和夹紧力,设计了相应的液压系统。该夹具可以使工件在立式加工中心上实现一次装夹完成上下两面的加工,满足了企业生产要求,提高了生产效率和经济效益。

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