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，是目前中小型企業(yè)應(yīng)用最廣泛的數(shù)控機(jī)床。針對變速箱體被加工孔系多，同軸度要求高，跨距大，常用的立式加工中心零件一次裝夾不能完成上下兩底面和各側(cè)面孔的加工的情況。因此今天夾具俠與大家分享一篇文章關(guān)于一種可以在立式加工中心上對變速箱體進(jìn)行快速加工的雙工位旋轉(zhuǎn)專用夾具的研究設(shè)計。

圖1 福特11速變速箱

一、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2－80J7、2－ 47J7、52J7、3－40J7，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：3－10、4－14、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g軸線上的孔徑大小不g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(jìn)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2 變速箱工序圖

二、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(jìn)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g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(jìn)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(jī)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(jī)床連接的重要部件，夾具調(diào)整好后通過機(jī)床T 型槽上的螺釘把底座固定在機(jī)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(jìn)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。

圖3 夾具結(jié)構(gòu)裝配圖

轉(zhuǎn)角油缸自帶壓板，可以直接對工件進(jìn)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(jìn)行180°的旋轉(zhuǎn)以便對工件另一面的加工，如圖所示，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(jìn)行調(diào)整。

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(jìn)行一次精加工。工件同軸度公差規(guī)定為？0．02，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≤？0．006mm。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)?？椎某叽缇群蛨A柱度由機(jī)床和刀具的精度保證。

圖4 夾具旋轉(zhuǎn)圖

三、液壓控制系統(tǒng)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(jī)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。

圖5 液壓系統(tǒng)圖

如圖所示為該液壓控制系統(tǒng)的原理圖，工作時，電機(jī)帶動油泵回轉(zhuǎn)，液壓油從油箱1經(jīng)過吸油過濾器6進(jìn)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(jìn)入液壓缸14和15的有桿腔，夾緊工件。這時機(jī)床可以對工件進(jìn)行g(shù)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(jìn)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(jī)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(jìn)入液壓缸11的無桿腔，松開工件。

四、總結(jié)

通過對變速箱體的加工工藝分析，確定了完全定位的方案，并對定位誤差進(jìn)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(jì)效益。