汽車變速器中的換檔軸類產(chǎn)品品種多，精度要求高，在變速器換檔軸加工過程中，通過對夾具部分元件的簡便安裝、調(diào)整，可以以較強的通用性達到夾具的率、高精度并具有組合夾具的靈活多變性。
換檔軸孔加工一般采用普通鉆床、組合機床、加工中心等設(shè)備。其中，組合機床生產(chǎn)效率高，適合大批量生產(chǎn)，但設(shè)備一次性投資大、加工調(diào)整時間長，不適宜多品種、中小批量的生產(chǎn)方式，并具有很大的設(shè)備投資風險，目前應(yīng)用較少；加工中心機床調(diào)整方便、工序相對集中，但夾具設(shè)計及制造要求高，且設(shè)備投資大，大批量生產(chǎn)相對成本高，小批量生產(chǎn)夾具調(diào)整繁瑣，目前應(yīng)用不太廣泛；普通鉆床設(shè)備投資小，生產(chǎn)效率高，對操作者的操作技能要求低，結(jié)合不同的夾具使用，適合不同類型企業(yè)的大批量、中小批量的生產(chǎn)，因此在行業(yè)中應(yīng)用較廣。我廠自20世紀60年代一直沿用普通鉆床鉆孔方式。
目前，適于批量法的變速器雜件類夾具經(jīng)過幾十年的探索*，在日趨激烈的新產(chǎn)品競爭中，中小批量輪番生產(chǎn)和新產(chǎn)品試制，依然沿用傳統(tǒng)方法已經(jīng)不太適宜。其中換檔軸鉆夾具存在的主要問題如下：
1.鉆夾具
（1）夾具等待時間長（設(shè)計、制造周期一般需3～4個月）；
（2）夾具需求數(shù)量多，使用成本高（每工序均設(shè)計、制造一套夾具）；
（3）夾具制造成本高（每套3000元以上）；
（4）隨著產(chǎn)品壽命周期愈來愈短，夾具淘汰率高，浪費大；
（5）夾具占用大量庫存，不便管理。
2.組合鉆夾具
（1）夾具租賃頻繁、租用周期長，費用高（我廠軸類鉆夾具年租賃費zui高約3～5萬元）；
（2）夾具剛性不足，加工精度不穩(wěn)定，產(chǎn)品廢品率高；
（3）夾具元件多，組裝精度低，生產(chǎn)中常需專業(yè)人員反復調(diào)整，浪費大量時間；
（4）成套夾具采購成本高。
典型換檔軸類鉆孔夾具
1. 換檔軸類鉆孔夾具典型結(jié)構(gòu)
典型組合夾具見圖1，傳統(tǒng)夾具見圖2。
圖1 典型組合夾具示意圖（槽定位）
圖2 傳統(tǒng)夾具示意圖（孔定位）
2.換檔軸類產(chǎn)品主要特征尺寸及典型工藝路線
（1）典型換檔軸鉆孔工序圖見圖3，其中孔、槽的數(shù)量、位置和角度不定。
圖3 典型換檔軸鉆孔工序
（2）典型產(chǎn)品工藝路線
工藝路線為：下料粗加工→粗精磨外圓→銑多槽→銑單槽→鉆直孔→鉆斜孔→孔口倒角→熱處理及校直→粗、精磨外圓→涂油入庫；工件材料為：冷拉圓鋼，表面硬度小于hb285，心部硬度大于hb179。
（3）產(chǎn)品特征尺寸及精度歸類分組（見下表）
工件特征尺寸及精度一覽表
3.夾具共性問題
我廠輕型變速箱換檔軸類產(chǎn)品常年生產(chǎn)的有幾十種，每年新產(chǎn)品試制近20種，其產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)要素、工藝要素、工件特征尺寸要素相似，且新產(chǎn)品具有良好的相似性和繼承性。其鉆夾具具有以下共性：
（1）工件加工部位相似，孔徑、粗糙度相似，可以全部采用立式鉆床鉆孔，通過選用不同的快換鉆套（廠標）及鉆頭，保證孔加工精度；
（2）工件基準結(jié)構(gòu)相似，全部為孔、槽或軸端面定位，可以采用v型塊及定位軸或角度板、擋板定位；
（3）工件加緊部位相似，可以采用壓板上壓緊；
（4）工件工藝要素相似，可以采用定位、夾緊類似的元件；
（5）工件特征尺寸工藝要素相似，可以采用類似的夾具結(jié)構(gòu)。
4.通用可調(diào)夾具方案提出
通用可調(diào)夾具由通用基體和可調(diào)換元件組成，對同族類產(chǎn)品加工具有良好的繼承性，當更換相似被加工零件時，僅需對個別元件進行調(diào)整或更換，便可投入生產(chǎn)使用，具有投產(chǎn)快、適用廣的特點，是為相似零件加工而服務(wù)的現(xiàn)代機床夾具。
針對上述工件特征參數(shù)及共性問題，根據(jù)通用可調(diào)夾具工件相似原則和尺寸段歸類劃分，一套通用可調(diào)夾具就可實現(xiàn)我廠換檔軸系列產(chǎn)品的孔加工。
換檔軸鉆孔通用可調(diào)夾具設(shè)計方案
1.設(shè)計原則
（1）夾具具有滿足工藝要求的剛性、精度和壽命；
（2）夾具結(jié)構(gòu)緊湊、簡明，適用廠內(nèi)同族類產(chǎn)品，并具拓展空間；
（3）夾具定位元件與同期設(shè)計的銑槽通用可調(diào)夾具可相互借用；角度板定位面特征尺寸類同組合夾具，能滿足必要時的元件租賃代用，整體設(shè)計符合低制造成本要求；
（4）夾具導向元件借用廠標，具有較強互換性，定位元件設(shè)計融入標準化元素；
（5）夾具安裝、調(diào)整、測量便利，可替代組合夾具，適用于大中小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)。
2.夾具結(jié)構(gòu)總圖
夾具結(jié)構(gòu)總圖見圖4、p向定位機構(gòu)見圖5、定位機構(gòu)2見圖6。
圖4 夾具結(jié)構(gòu)總圖
圖5 p向定位機構(gòu)
圖6 定位機構(gòu)2
3.夾具主要組成部分
（1）夾具通用基體部分：本體1件、鉆模板1件、襯套3件以及其它標準元件。
（2）夾具可調(diào)換部分：v形塊及擋板各2件、立柱支撐1件、鉆套7件、墊塊1件、偏心合件及壓板1件、調(diào)整墊1件、直板式定向板1件、彎板式定向板1件、定位軸9件、定位銷10件、角度板5件、定位塊1件、定向鍵6件和定位鍵3件等。其他鉆套、定向鍵、定位鍵等元件按廠標或國標選用。
4.通用基體、關(guān)鍵可調(diào)換元件結(jié)構(gòu)設(shè)計
（1） 通用基體
鉆模板通過定位銷與本體緊固聯(lián)結(jié)，配鉆鉸鉆模板三孔并安裝襯套，保證孔對v形塊中心對程度d 0.02 mm。
鉆模板三孔用于拓展不同產(chǎn)品的鉆孔位置和夾緊空間。該方式保證了夾具關(guān)鍵元件具有類似夾具的剛性、精度和使用壽命。
（2）復合式調(diào)整元件（v形塊、擋板、定位塊）
兩種不同規(guī)格的v形塊（適于軸徑d16.3以下及d22以上）通過定位鍵與本體t型槽、通過凹形槽與定位塊滑配聯(lián)結(jié)，并與擋板緊定聯(lián)結(jié)組成復合式調(diào)整元件。該組合方式定位誤差相對較小，且在實際加工過程中，工件夾緊力、切削力部分可相互抵消，能夠減少元件間受力后位移誤差。
安裝調(diào)整時移動v形塊，保證凹形槽中心到鉆模板距離，或調(diào)整擋板定位螺釘，保證軸端面到鉆模板距離。
（3）角度板
安裝方式：根據(jù)工件定位角度要求，選擇角度板及定向板，通過定向鍵與定位塊及定向板連接。
工作原理：通過定向鍵使定向板在角度板上滑動或固定，保證工件定位槽或孔的角度要求。實現(xiàn)定位角度。
（4）直板式定向板
安裝方式：根據(jù)工件槽或孔的定位要求，選擇定位軸或定位柱,通過定向鍵與定位塊或角度板連接。
工作原理：通過定向板在定位塊或角度板上固定或滑動,定位工件槽或孔。槽定位時選擇定位柱，滿足7種定位要求；孔定位時選擇定位軸，滿足3種定位要求。
5. 11種夾具定位方式
跟據(jù)工件不同的工藝定位要求，通過變換夾具角度板及定位塊并移動v形塊及壓板位置達到理想的夾具模式，夾具定位機構(gòu)可實現(xiàn)11種定位方式。
（1）工件軸向端面定位（見圖7）
圖7 工件軸向端面定位
移動v形塊及微調(diào)擋板螺釘，保證軸端面到鉆模板孔中心距離。該定位方式適用于鉆*無夾角孔。
（2）工件槽向水平定位（見圖8）
圖8 工件槽向水平定位
移動v形塊保證工件槽（或孔）到鉆模板孔中心距離后，推動定位塊使定位銷與工件槽（或孔）緊密接觸，實現(xiàn)鉆孔相應(yīng)角度。含工件槽上定位、下定位、角度定位及孔定位4種定位方式。
（3）工件槽向垂直定位（見圖9）
圖9 工件槽向垂直定位
方法同上，含工件槽右側(cè)定位、左側(cè)定位、角度定位、垂直孔定位及角度孔定位6種定位方式。
6.夾具安裝與調(diào)整流程
夾具安裝與調(diào)整流程見圖10。
圖10 夾具安裝與調(diào)整流程
夾具精度分析
1.以205d變速器一二檔撥叉軸鉆2-φ5＋0.08孔為例，工序指導圖見圖11。
圖11 工序指導圖
2.夾具誤差分析
以下以鉆孔2為例，分析孔距、垂直度、對稱度、夾角誤差。
（1）夾具制造誤差（制造）
鉆套中心對v形塊中心的制造偏差為φ0.02mm，v形塊的理論軸線與本體定位基準面平行度0.02mm；10°角度板角度制造誤差為±2′。即：鉆套中心在工件軸的徑向方向：制造=0.01mm；鉆套中心在工件軸的垂直方向； 制造=16.3×0.02÷271=0.0012mm（軸截面）；鉆套中心對工件軸的軸槽夾角 ：制造=2′。
（2）夾具安裝誤差（安裝）
夾具安裝時，校準銷由鉆床夾套引入夾具鉆套對正工件，校準銷中心與鉆套中心的zui大偏移量為夾具的安裝誤差，校準銷直徑制造偏差為φ4.995～4.988mm，鉆套選用廠標，內(nèi)孔制造偏差為φ5.01～5.027mm ；復合式調(diào)整元件軸向安裝*.02 mm；10°角度板安裝綜合誤差約±2′，即：鉆套中心在工件軸的徑向方向： 安裝=0.0195mm；鉆套中心在工件軸的軸向方向 ：安裝=0.02mm；鉆套中心對工件軸的軸槽夾角：安裝=2′。
（3）工件定位誤差（定位）
v形塊定位基準與工序基準重合；工件直線度造成的定位誤差極小；定位銷與工件槽無間隙定位，因此定位誤差為零，即：定位=0。
（4）導向誤差（導向）
鉆套與鉆頭間隙形成的誤差，鉆頭d5選用gb1436-85標準如圖12所示，直徑制造偏差為φ4.982 mm~φ5.0mm，鉆套與鉆頭zui大間隙0.045mm，即：鉆頭中心在工件軸的徑向方向： 導向=0.045×（15+5+16.6÷2）÷（15×2）=0.0422mm；鉆頭中心在工件軸的垂直方向：導向=16.3×0.045/15=0.049mm（軸截面內(nèi)）；鉆頭中心在工件軸的軸槽夾角：導向=tg-1 （0.045/15）=10.3′（軸截面內(nèi)）。
圖12 導向誤差圖示
（5）加工誤差加工
被加工孔本身尺寸精度為孔徑偏差，其軸線位置精度受夾具有關(guān)精度影響，加工=0。
由上分析得總偏差：孔對程度誤差 （制造+定位+導向+加工）×2=（0.01+0.0422）×2=0.1044mm；孔垂直度誤差：制造+定位+導向+加工=0.0012+0.049=0.0502 mm ；孔距誤差：制造+定位+導向+加工+安裝=0.02+0.0422=0.0622 mm；孔角度誤差：制造+定位+導向+加工=2′+10.3′=12.3′。
上述分析中夾具上的中心距偏差取雙向制?？偲钣嬎阒袑蛘`差低于夾具安裝誤差，取導向誤差，故工件極限尺寸為：孔距162±0.062mm、對稱度0.104mm、垂直度φ0.05mm、孔對軸槽夾角80°±12.3′。上述由夾具造成的誤差基本在工件允許公差范圍內(nèi)，對稱度雖略有超差，但經(jīng)生產(chǎn)使用證明，出現(xiàn)的可能性極小，完滿足工藝精度要求。
通用可調(diào)夾具的技術(shù)經(jīng)濟效果。
結(jié)束語
通用可調(diào)夾具作為現(xiàn)代機床夾具之一，興起于20世紀末，目前，通用可調(diào)夾具在汽車零部件制造行業(yè)的應(yīng)用愈來愈得到重視和推廣應(yīng)用。
汽車變速器箱體類、雜件類零件形狀各異，某一個零件往往需要配備幾十套的夾具、檢驗夾具。在當前激烈的市場競爭環(huán)境中，制造企業(yè)面對多品種、中小批量生產(chǎn)中出現(xiàn)的大量工裝設(shè)計、制造等待、快速淘汰等被動局面時，通用可調(diào)夾具就體現(xiàn)出了較好的市場應(yīng)對能力。
實踐證明，我們設(shè)計的該套夾具與同期設(shè)計的銑槽通用可調(diào)夾具一并投入使用后，大大提高了車間現(xiàn)場的應(yīng)變能力，改善了生產(chǎn)現(xiàn)場的混亂狀態(tài)，深受操作者和車間管理者的歡迎，實現(xiàn)了夾具柔性化、通用化的設(shè)計目標，是一種值得廣泛推廣應(yīng)用的夾具設(shè)計方案。