刘一聪，陈俭峰

（1.常州纺织服装职业技术学院，江苏 常州 213164；2.常州宸奥精密机械有限公司，江苏 常州 213164）

0 引言

在机械加工中夹具是保证被加工工件在机床上获得正确的位置并在加工中防止由于切削力造成的位置改变及工件变形的一种重要工艺设备[1]。合理的夹具设计不仅可以较好的保证产品的加工质量，而且可以简化加工工序，提高加工效率，降低工作者的劳动强度，本文中的涡轮箱盖用途是将其他零部件如轴、涡轮、螺杆等连接为一体的主要基座，箱盖的加工质量将直接影响到整个传动系统的传动精度。其形状不规则，加工难度大，在加工时无法直接将其装夹在机床上，必须设计一种专用夹具进行装夹，在夹具设计时要根据设计好工艺路线，定位基准，通过定位元件、夹紧元件和支承元件来固定箱盖。

1 涡轮箱盖加工关键技术指标及加工机床的选型

1.1 涡轮箱盖加工关键技术指标

涡轮箱盖是一个异形铸造件，材料为铝合金。主要的设计技术指标有：各关键孔的孔距公差，孔轴线的平行度，孔安装平面的平行度，孔与相关平面的垂直度。这些指标能否按照图纸要求加工至所需精度，将直接影响到后期涡轮和各个轴的装配，如图1。

图1 涡轮箱盖设计图纸

1.2 加工机床的选择

依据涡轮箱盖的加工内容、材料特性、加工精度要求和零件尺寸大小，选择了美国HASS VF-2立式加工中心作为加工设备，其xyz工作行程为762 x 406 x 508mm ，HASS VF-2是强有力的、占地面积小的立式加工中心，具有小结构机床的可靠性和精确度。刀库容量为24 把，可以在1.2秒内加速至7500 rpm用以加工铝，机床性能满足箱盖的加工。

2 工艺方案制定

涡轮箱盖零件如图1 所示，毛坯材料为铸铝，外形不规则，加工时主要工艺要求是保证Φ130.040 130.003孔与Φ1300.05 00.05 0孔的加工尺寸及形位公差；保证各孔与安装面的垂直度；其中Φ130.040 130.003孔是箱盖安装涡轮的主体孔。该箱盖为大批生产，在加工时需尽可能的将工序进行整合，尽量减少装夹次数，以此提高生产率。箱盖的加工难点在于装夹，即如何设计专用夹具完成每个工位的加工，确保每个工位的安装的精准性和多次安装的稳定性，基于此，根据箱盖的外形特征，结合加工部位的要求，总体将箱盖的加工分为三道工序，通过三次装夹完成箱盖的全部加工，结合三个工序加工要求，设计相应的工位夹具。

表1 分动箱壳体数控加工工艺

3 夹具的设计

在夹具设计时首先应该考虑定位基准的问题，按照粗基准的选择原则，当零件有不加工表面的时候，应该选取这些不加工的表面作为粗基准；如果在工件的所有表面中相互位置精度非常高且不需要加工的表面，我们通常选取这类表面作为工件加工的粗基准[2]。在对精基准进行选取时必须要满足“基准重合”、“基准统一”原则。

3.1 工位Ⅰ夹具设计

在工位Ⅰ的夹具设计时，根据箱体铸件的特征，用铸件现有的孔作为定位基准，在夹具中设计定位销，如图2中“3”所示，同时设计4个靠紧装置，如图2中“2”所示，结合2个定位销和4个靠紧装置消除箱体在机床中X、Y方向的移动自由度。自此基础上，根据箱体的加工部位，设计3个压紧装置，消除Z方向的自由度。

图2 工位Ⅰ定位方案

图3 工位Ⅰ装夹效果图

3.2 工位Ⅱ夹具设计

在机械加工中，在缺少定位基准的情况下，可以采用工艺孔的方式增加基准，在工位Ⅱ的夹具设计中即采用了这种方法，如图4中的“1”所示，在工位Ⅰ的加工中把其中的一个安装孔在不影响后期质量的情况在设计成定位孔，便于下道工序的装夹定位。其次，由于箱体铸件外形不规则，为保证在工位Ⅱ加工中Z方向的水平度，在夹具设计时增添了3个高度垫柱。最后同样设计3个点的压紧装置，用来固定箱体。

图4 工位Ⅱ定位方案

3.3 工位Ⅲ夹具设计

在完成箱体正反两面的加工之后，根据工艺安排，最后加工箱体侧面部位，由于侧面部位有两个加工点，且相对位置为180°，为了简化工艺，减少夹具数量，因此采用四轴加工工心进行加工，在一次装夹的情况下，通过四轴转台的旋转，完成相对位置为180°的两个部位的加工，在夹具设计时，首先保证夹具背面可以精准的安装在四轴转台上，再对零件装夹部位进行设计，具体设计思路参考上述两道工序，定位方案如图6。

图5 工位Ⅱ装夹效果图

图6 工位Ⅲ定位方案

图7 工位Ⅲ装夹效果图

3.4 定位销尺寸与夹紧力计算

本箱体在三道工序的夹具中都采用了一面两销的组合定位方式，最大限度的遵循了基准重合和基准统一的原则[3]。以Φ8定位孔为例，其直径：

由于圆柱销直径的基本尺寸应等于相配孔的最小极限尺寸，即Φ8g6。因此，圆柱销的直径：

两个定位销的中心距公差也有要求，一般选取1/3-1/5定位孔中心距公差，文中其他圆柱定位销尺寸同理得出。

根据《简明机械手册》单位切削力标准值查表可得，根据铸造铝合金AlCu Mg3切削厚度h=1mm时单位切削力kc=780N/mm2，估算六角螺母面积最大值为2mm2，可得切削时螺母受力极限值为1560N[4]。

对于夹具所要承受的夹紧力计算：根据《机床夹具手册》可以知道：当采取六角螺母夹紧的时候，所要考虑的参数：M=20mm，P=1.75mm，L=200mm，通过查表计算可得作用力F的大小为70N，夹紧力W0的大小为6370N。因为夹紧力的值比切削力值大，所以对于本次所设计的夹具可以安全准确的使用[5-6]。

4 结语

将文中夹具设计方案实际运用，零件加工符合图纸要求，加工稳定性较好，截止目前已加工数万个涡轮箱盖，产品报废率控制在1%以下，返修率控制在2.8%以下，夹具结构简单，日常维护方便，运用效果良好，具有良好的使用效能。不足之处在于当前设计加紧方式采用手动加紧，今后可改进方案，采用气动压紧，降低工人劳动强度，提高装夹效率。