黃 艷，胡義華，農(nóng)勝隆，鐘禮君，林祖正

(1.廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院，廣西 柳州 545616；2.廣西科技大學(xué) 工程訓(xùn)練中心，廣西 柳州 545006)

變速箱體雙工位鉆鏜專用夾具設(shè)計*

黃 艷1，胡義華2，農(nóng)勝隆1，鐘禮君1，林祖正1

(1.廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院，廣西 柳州 545616；2.廣西科技大學(xué) 工程訓(xùn)練中心，廣西 柳州 545006)

針對變速箱體被加工孔系多，同軸度要求高，跨距大，在傳統(tǒng)工藝上加工過程中需要多次裝夾和更換刀具，在臥式鏜銑加工中心上加工成本高的情況，設(shè)計了一種可以在立式加工中心上對變速箱體進行快速加工的雙工位旋轉(zhuǎn)專用夾具。闡述了該夾具的結(jié)構(gòu)特點及工作原理，通過對變速箱體的加工工藝分析，采用完全定位的方案，并對定位誤差進行分析和控制，采用液壓夾緊和翻轉(zhuǎn)，并計算切削力和夾緊力，設(shè)計了相應(yīng)的液壓系統(tǒng)。該夾具可以使工件在立式加工中心上實現(xiàn)一次裝夾完成上下兩面的加工，滿足了企業(yè)生產(chǎn)要求，提高了生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。

專用夾具； 雙工位；液壓夾緊

0 引言

立式加工中心能完成銑、鏜削、鉆削、攻螺紋和切削螺紋等工序，與相應(yīng)的臥式加工中心相比，結(jié)構(gòu)簡單，占地面積較小，價格較低，且便于操作，是目前企業(yè)特別是中小型企業(yè)應(yīng)用最廣泛的數(shù)控機床。常用的立式加工中心一般可實現(xiàn)三軸三聯(lián)動，軸線方向不能旋轉(zhuǎn)，零件一次裝夾不能完成上下兩底面和各側(cè)面孔的加工。因此研究設(shè)計一種在立式加工中心上加工箱體類零件的專用夾具，通過旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)工件一次裝夾完成多個面的加工是非常有必要的。本文通過對變速箱體的結(jié)構(gòu)特點及加工工藝進行分析，設(shè)計了一種采用液壓控制的雙工位旋轉(zhuǎn)專用夾具，滿足企業(yè)生產(chǎn)的要求，提高了生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。

1 零件的加工工藝分析

變速箱體結(jié)構(gòu)如圖1所示，長寬高約為425mm ×210mm × 105mm，材料為 HT200，硬度約為 190HBS。箱體兩側(cè)面有四組軸承孔，它們分別是2-φ80J7、2-φ47J7、φ52J7、3-φ40J7，尺寸精度和位置精度都比較高；孔口周圍分布有多個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，軸承孔和底面的表面粗糙度都是Ra1.6，零件兩側(cè)面凸臺位置和螺孔為Ra6.3，其余為鑄件面。通過以上分析得出：零件的加工精度要求較高，一組軸承孔之間的跨距較大，而且存在同一軸線上的孔徑大小不一的情況。立式加工中心由于受到刀具和Z向行程的限制，兩面的孔必須翻面才能完成加工，為了能保證其同軸度，根據(jù)基準(zhǔn)統(tǒng)一的原則，工藝要求統(tǒng)一以三面定位裝夾，以尺寸100的軸線為翻轉(zhuǎn)軸線，對工件進行翻轉(zhuǎn)加工。在此工序之前，其上各三個基準(zhǔn)表面已經(jīng)精銑完成。

圖1 變速箱體工序圖

2 夾具的設(shè)計

2.1 定位與裝夾

(1)定位方式的選擇

根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)及加工工藝，本設(shè)計采用的是平面定位，以夾具體上的3個支撐板和1個支撐釘，在夾具體上對變速箱實現(xiàn)完全定位。

(2)夾緊方式的選擇

采用雙液壓缸進行夾緊，裝夾快速平穩(wěn)，大大降低了勞動強度，滿足大批量生產(chǎn)要求。

2.2 夾具的工位旋轉(zhuǎn)

由于三軸聯(lián)動的立式加工中心工作臺和Z軸方向不能旋轉(zhuǎn)，工件不能一次裝夾加工完兩面的孔系，需要旋轉(zhuǎn)180°才能完成另一面孔系的加工，夾具增加旋轉(zhuǎn)裝置，旋轉(zhuǎn)軸的中心與工件尺寸100的軸線所在的水平面重合，采用擺動液壓缸進行旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)速度快而穩(wěn)，旋轉(zhuǎn)角度精準(zhǔn)。滿足加工精度，提高工作效率。

2.3 夾具的工作原理

該夾具的機械部分主要由底座、定位裝置、夾緊裝置、旋轉(zhuǎn)裝置等部分組成。底座是承裝各部件、與機床連接的重要部件，夾具調(diào)整好后通過機床T型槽上的螺釘把底座固定在機床工作臺上。定位裝置由夾具體、定位塊和定位釘組成，如圖2所示，定位塊和定位釘安裝在夾具體上，底面定位塊4、6和側(cè)面定位塊14、定位釘7限制了工件的六個自由度，對工件進行完全定位。夾緊裝置由兩個安裝在夾具體上的轉(zhuǎn)角油缸組成，其體積小、力量大，節(jié)省空間，夾持速度快，定位準(zhǔn)，可對工件快速裝夾、快速打開。轉(zhuǎn)角油缸自帶壓板，可以直接對工件進行夾緊和松開，因此夾具不需要另設(shè)夾緊元件，油缸壓板可以設(shè)定任意角度的旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度大小的設(shè)定只要與工件夾緊和工件裝卸時不發(fā)生干涉即可。旋轉(zhuǎn)裝置是該夾具的核心部分，其主要作用是工件加工完一面后對夾具體進行180°的旋轉(zhuǎn)以便對工件另一面的加工，如圖2所示，夾具體通過兩端的旋轉(zhuǎn)連接盤與底座的兩個立柱連接，再通過油缸連接盤與擺動液壓缸相連，擺動液壓缸的動作由液壓系統(tǒng)控制。在底座的立柱上設(shè)置限位開關(guān)，當(dāng)夾具體旋轉(zhuǎn)到設(shè)定的角度時碰到限位開關(guān)，液壓缸停止旋轉(zhuǎn)，限位開關(guān)的位置可以根據(jù)需要的角度進行調(diào)整。

1.底座 2.夾具體 3.旋轉(zhuǎn)連接盤 4.定位塊 5.工件 6.定位塊 7.定位釘 8.旋轉(zhuǎn)連接盤 9.油缸連接盤 10.擺動液壓缸 11.油缸底座 12.夾緊油缸 13.夾緊油缸 14.定位塊 15.吊環(huán)

圖2夾具結(jié)構(gòu)裝配圖

2.4 定位誤差分析與控制

工件由三面定位，采用定位板和定位釘定位，夾具體上三面的定位板的位置公差定為工件位置公差的1/3，即平面度為0.03，平行度為0.05，為保證各定位面的位置精度，各定位板裝配好后再進行一次精加工。

旋轉(zhuǎn)裝置的定位誤差將影響到工件軸承孔的同軸度誤差，定位誤差為:

Δdw=Δjb+Δjw

式中， Δjb為基準(zhǔn)不重合誤差， Δjw為基準(zhǔn)移動誤差。由于旋轉(zhuǎn)軸和軸承都是過盈配合，而且定位基準(zhǔn)和設(shè)計基準(zhǔn)重合，所以Δjb=0；旋轉(zhuǎn)軸線和側(cè)面的定位面之間存在著制造誤差Δ，如圖3a所示。當(dāng)夾具體和工件翻轉(zhuǎn)180°后，如圖3b所示，兩孔之間就會有Δ的位移誤差影響影響著工件的同軸度誤差，即Δjw=Δ，故定位誤差為：

Δdw=Δjb+Δjw=0+Δ=Δ

工件同軸度公差規(guī)定為φ0.02，為了保證工件的同軸度，旋轉(zhuǎn)裝置的定位誤差Δdw應(yīng)≤1/3工件的同軸度誤差，即≤φ0.006mm。為了限制這個誤差，制造夾具的時候制造尺寸限制在100.006以內(nèi)。

孔的尺寸精度和圓柱度由機床和刀具的精度保證。

(a)工件圖 (b)反轉(zhuǎn)180°后工件圖圖3 夾具旋轉(zhuǎn)圖

2.5 液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計

液壓控制系統(tǒng)是該夾具的重要組成部分，是夾具實現(xiàn)其功能的動力源和重要保障，因此對液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計至關(guān)重要。該夾具的夾緊方式和工位旋轉(zhuǎn)均采用液壓傳動控制，相比于機械傳動，它具有夾緊動作快速、平穩(wěn)可靠、旋轉(zhuǎn)精度高、傳遞功率大、工作壓力可調(diào)性好的特點。如圖4所示為該液壓控制系統(tǒng)的原理圖，工作時，電機帶動油泵回轉(zhuǎn)，液壓油從油箱1經(jīng)過吸油過濾器6進入回路中，二位四通電磁換向閥11通電，壓力油經(jīng)過電磁換向閥11進入液壓缸14和15的有桿腔，夾緊工件。這時機床可以對工件進行一面的加工，加工完一面后，三位四通電磁換向閥5中YV2通電，壓力油進入擺動液壓缸2，液壓缸帶動夾具體使工件順時針旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)到180°時碰到限位開關(guān)，YV2斷電，液壓缸停止旋轉(zhuǎn)，系統(tǒng)保壓，機床開始加工工件另一面。當(dāng)工件加工完畢后，電磁換向閥5中YV3通電，工件逆時針旋轉(zhuǎn)180°，旋轉(zhuǎn)到位后碰到限位開關(guān)，YV3斷電，工件復(fù)位，液壓系統(tǒng)保壓。此時，二位四通電磁換向閥11斷電，壓力油經(jīng)換向閥進入液壓缸11的無桿腔，松開工件。

1.油箱 2.擺動液壓缸3、8、13.壓力表 4、12.液控單向閥 5.三位四通電磁換向閥 6.吸油濾器 7.變量泵9.單向閥 10.節(jié)流閥 11.二位四通電磁換向閥 14.15.夾緊液壓缸

圖4液壓系統(tǒng)圖

3 結(jié)論

本設(shè)計主要針對減速箱體同一軸線上下兩面的孔系，其跨距較大、孔徑大小不一、分布不同、規(guī)格較多的特點，設(shè)計了一種在立式加工中心上可以翻轉(zhuǎn)加工的液壓控制專用夾具，可以實現(xiàn)經(jīng)一次裝夾完成兩面孔系的加工。該夾具不僅滿足企業(yè)生產(chǎn)需要，減少了大量的加工輔助時間，提高了生產(chǎn)率和經(jīng)濟效益，更重要的是彌補了三軸聯(lián)動立式加工中心各軸不能旋轉(zhuǎn)的不足，具有很高的實用價值，對企業(yè)的工藝改革和技術(shù)革新有一定的參考意義，值得推廣。

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DesignofDouble-positionSpecialFixtureforDrillingandBoringHoleoftheGearbox

HUANG Yan1，HU Yi-hua2， NONG Sheng-long1， ZHONG Li-jun1，LIN Zu-zheng1

(1.Lushan College of Guangxi University of Science and Technology, Liuzhou Guangxi 545616, China;2. Engineering Training Center,Guangxi University of Science and Technology, Liuzhou Guangxi 545006, China)

For the reason that the holes working of the gearbox is many, high axiality requietment, large span between the holes, a double-station rotating special fixture used in the vertical machining center is designed that the gearbox can be machined efficiently. To avoid the condition that multiple clamping and changing tools in the traditional process and the process costs of the horizontal boring and milling machining center is high. Through analyzing the machining process of the gearbox, adopting complete localization method and the positioning errors are analyzed and controlled; the structure and operation principle of the fixture is stated. For the hydraulic clamping and flipping be used and the cutting force and clamping force be calculated the hydraulic system is designed.This fixture can make the workpiece machining of both sides in one clamping on the vertical machining center, satisfying the requirements of enterprise production, improves the production efficiency and economic benefits for the enterprise.

special fixture; double-station;hydraulic clamping

1001-2265(2017)11-0150-03

10.13462/j.cnki.mmtamt.2017.11.040

2017-01-10；

2017-03-15

2017年度廣西高校中青年教師基礎(chǔ)能力提升項目(2017KY1393)

黃艷(1982—)，女，壯族，廣西田林人，廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院工程師，研究方向為機械設(shè)計與制造，(E-mail)156934392@qq.com

TH122;TG65

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(編輯李秀敏)