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，與相應的臥式加工中心相比，結構簡單，占地面積較小，價格較低，且便于操作，是目前中小型企業應用最廣泛的數控機床。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于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專用夾具的研究設計。

圖1 福特11速變速箱

一、零件的加工工藝分析

變速箱體結構如圖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，根據基準統一的原則，工藝要求統一以三面定位裝夾，以尺寸100的軸線為翻轉軸線，對工件進行翻轉加工。在此工序之前，其上各三個基準表面已經精銑完成。

圖2 變速箱工序圖

二、夾具的設計

2．1：定位與裝夾

①定位方式的選擇：根據零件的結構及加工工藝，本設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，大大降低了勞動強度，滿足大批量生產要求。

2．2：夾具的工位旋轉

由于三軸聯動的立式加工中心工作臺和Z軸方向不能旋轉，工件不能一次裝夾加工完兩面的孔系，需要旋轉180°才能完成另g面孔系的加工，夾具增加旋轉裝置，旋轉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，旋轉速度快而穩，旋轉角度精準。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角油缸組成，其體積小、力量大，節省空間，夾持速度快，定位準，可對工件快速裝夾、快速打開。

圖3 夾具結構裝配圖

轉角油缸自帶壓板，可以直接對工件進行夾緊和松開，因此夾具不需要另設夾緊元件，油缸壓板可以設定任意角度的旋轉，旋轉角度大小的設定只要與工件夾緊和工件裝卸時不發生干涉即可。旋轉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控制。在底座的立柱上設置限位開關，當夾具體旋轉到設定的角度時碰到限位開關，液壓缸停止旋轉，限位開關的位置可以根據需要的角度進行調整。

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行一次精加工。工件同軸度公差規定為？0．02，為了保證工件的同軸度，旋轉裝置的定位誤差Δdw 應≤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。孔的尺寸精度和圓柱度由機床和刀具的精度保證。

圖4 夾具旋轉圖

三、液壓控制系統設計

液壓控制系統是該夾具的重要組成部分，是夾具實現其功能的動力源和重要保障，因此對液壓控制系統的設計至關重要。該夾具的夾緊方式和工位旋轉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、平穩可靠、旋轉精度高、傳遞功率大、工作壓力可調性好的特點。

圖5 液壓系統圖

如圖所示為該液壓控制系統的原理圖，工作時，電機帶動油泵回轉，液壓油從油箱1經過吸油過濾器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g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，旋轉到180°時碰到限位開關，YV2斷電，液壓缸停止旋轉，系統保壓，機床開始加工工件另一面。當工件加工完畢后，電磁換向閥5中YV3 通電，工件逆時針旋轉180°，旋轉到位后碰到限位開關，YV3斷電，工件復位，液壓系統保壓。此時，二位四通電磁換向閥11斷電，壓力油經換向閥進入液壓缸11的無桿腔，松開工件。

四、總結

通過對變速箱體的加工工藝分析，確定了完全定位的方案，并對定位誤差進行分析和控制，采用液壓夾緊和翻轉，并計算切削力和夾緊力，設計了相應的液壓系統。該夾具可以使工件在立式加工中心上實現一次裝夾完成上下兩面的加工，滿足了企業生產要求，提高了生產效率和經濟效益。