本文介绍了如何根据测量结果分析可能造成工件精度超差的原因，制定相应对策并利用现有加工条件调整加工工艺，在数控加工中心上采用人工拼装夹具完成变速器壳体的试制任务，并重点探讨了如何避免工件装夹变形对加工精度的影响。

我公司研发的某款汽车变速器的壳体部分属于铸铝、薄壁箱体类零件，有较高的形位公差要求。试制的零件包括变速器的前壳体、中壳体和后壳体，材质为ZL104。该零件的特点是刚性差，装夹易引起变形，销孔位置精度、轴安装孔同轴度精度等要求高，需根据产品特点合理规划试制工艺方案，并指导实际加工。

试制工艺规划

试制选用的夹具为手工夹具组件。这种夹具的优点是可根据需要自由拼接组装，可重复使用，满足不同产品的加工；缺点是相比专用夹具刚性较差，组装难度大，依靠手工装夹，每次装夹都有随机性。图1所示为部分夹具组件。

试制选用的加工设备为德国DMG公司的DMU100P五轴联动加工中心（见图2）。该加工中心具备主轴立卧转换功能，可在一次装夹中实现多工序、多工位加工，从而降低手工多次装夹可能引入的质量风险。

试制刀具根据产品加工内容定制，对位置精度及孔径要求高的销孔采用先钻后铰的加工方式，如各壳体装配销孔；对孔径较大且有较高位置度、圆柱度、表面粗糙度及同轴度要求的孔系选用成形镗刀加工，如各输入、输出轴安装孔；对表面质量要求较高的安装面选用面铣刀盘一刀铣削完成，防止出现接刀痕，如前、中及后壳体结合面；对直径尺寸及表面粗糙度要求较高的外圆面选用套车刀加工，如后壳体外圆面。

前壳体试制

前壳体主要加工内容及孔位编号如图3所示，加工要求如表1所示。

根据加工精度要求，1001-1002、2001-2002四个销孔采用先钻后铰的加工方法；1101孔选用阶梯镗刀加工，保证尺寸精度要求及大孔与小孔的同轴度要求；1102孔选用镗刀加工，其相对1101孔有较高的位置度及平行度要求；1101与1102孔的加工在一次装夹中完成，避免重复装夹可能引起的误差。

本次前壳体试制过程中，如何保证销孔的位置度要求成为攻克的难点。4个销孔中，1002孔相对1001孔、2001孔相对1101孔以及2002孔相对2001孔，都有较高的位置度要求。加工初期，我们基本按照以精度基准作为加工基准的原则编排工艺：1000面开粗；1000面划线，粗加工1001、1002孔；2000面开粗；精加工1000面及1000面孔系，加工周边凸台及孔系；精加工2000面及2000面孔系。

按此工艺加工，前四道工序加工后的三坐标测量结果均合格。工序e采用夹爪装夹的方式，装夹点如图4所示。加工完毕后，三坐标测量结果显示2001孔和2002孔位置度超差。经分析，由于2000面为敞开式的结构，且试制毛坯未铸造装夹点，采用该装夹方式夹紧工件时可能使工件产生变形，造成销孔位置度超差。

为避免2000面夹紧受力产生变形，需调整工艺流程及加工2000面时的装夹方式。最终，我们选用了四爪卡盘装夹工件，如图5所示，利用四爪卡盘夹紧工件小口端，由于小口端结构相对厚实，刚性较好，装夹不易引起工件变形；而2000面不承受任何向下的夹紧力，这样最大程度地消除了因装夹引起的工件变形。

工艺流程进行相应调整，先加工2000面及其孔系，再以2000面及2001、2002孔为基准加工1000面内容及周边，此时工件为倒扣喇叭状，装夹不易引起变形。调整后的工艺如下：1000面开粗；2000面开粗；精加工2000面及2000面孔系；精加工1000面及1000面孔系；加工周边凸台及孔系。

调整后的工艺流程将加工基准关系调换，以2001-2002孔为基准孔加工1000面孔系。

按此工艺流程加工，经三坐标测量的销孔位置度均合格。

中壳体试制

中壳体主要加工内容及孔位编号如图6所示，加工要求如表2所示。

试制阶段毛坯未铸造粗基准，可以利用划线确定（见图7），首先2000面开粗，2000面贴紧分度卡盘盘面，分度卡盘卡爪涨开并卡紧工件，使用分度卡盘及高度尺找正工件。具体找正方法为：以铸造质量较好的直壁为基准，用高度尺将该直壁在水平方向找平；通过调整分度卡盘角度找正工件；找正工件后，即可利用壳体上相互垂直的两个直壁和基准孔的位置关系划出基准孔位置。

这里需要注意的是，由于作为基准的直壁为临时选取，并非真正意义上的毛坯基准，以它作为基准划线可能存在偏差。为此，在划出基准孔后，可继续划出1000面上其余孔的位置，目视观察基准孔和其他各孔的位置相对工件的整体布置是否存在偏差。如果出现偏差，可微调分度卡盘角度重新找正工件，再次划线，直到目视观察各孔布置无明显偏差即可。

中壳体试制重点是保证各销孔相对各自基准孔的位置度要求。初期的工艺编排如下：2000面开粗；1000面划线，加工基准孔；1000面精加工；2000、3000面加工。按此工艺加工工件，经三坐标测量的2001、3001孔相对1001孔位置度超差。分析原因：2001、3001孔的加工以1001孔作为加工基准，首先怀疑1000面销孔定位不准造成位置度超差。重新确认1000面定位夹紧无误后再加工，问题未解决。排查时同时发现，以1000面及1001-1002孔定位单独加工2000面，三坐标测量2001孔位置度合格；但同时加工2000面及3000面，2001、3001孔位置度超差。据此推测，加工3000面时，去除工件上面积较大的材料，产生较大的内应力释放，对于铝质薄壳零件会造成工件变形，最终导致2000、3000面上的销孔位置度超差。为解决该问题，需调整工艺流程：1000面加工完成后，首先以1000面定位加工3000面，将工件从工装上拆除，静置一段时间，使加工3000面产生的内应力得到充分释放；之后重新装夹工件，再加工2000面及3000面孔系。按照此工艺流程加工，三坐标测量2001孔、3001孔位置度合格，试制成功。

后壳体试制

后壳体主要加工内容及孔位编号如图8所示，加工要求如表3所示。

1101孔选用阶梯镗刀加工，保证阶梯孔之间0.03mm的同轴度要求。2201为外圆面，选用套车刀加工，保证其圆柱度及表面粗糙度要求。

后壳体加工的难点在于保证2101孔相对1101孔的同轴度要求。初期的工艺编排为：1000面加工，粗、精镗1101孔及其他孔系；套车2201面；粗、精镗2101孔；加工壳体周边孔系。加工后测量发现，2101孔相对1101孔同轴度超差。分析原因：1101孔与2101孔分别在不同工序加工，且2101孔的加工基准为销孔1001-1002，而同轴度的基准为1101孔。两次装夹定位及加工基准转换产生的误差造成2101孔同轴度超差。为此，需要设法通过一次装夹定位加工1101、2101孔，并以1101孔作为2101孔的加工基准。最终，选择利用夹具组件组装龙门夹具（见图9），实现加工。

利用该工装通过一次装夹定位，在加工出1101孔后，以1101孔作为基准加工2101孔，消除了因重复装夹及基准不统一引起的误差，加工后测量2101孔精度合格。

结语

对于刚性较差的薄壁类零件，在新品试制过程中，需要充分考虑装夹变形及加工变形对工件加工精度的影响。在本次试制过程中，这一点体现得较为突出。如何根据测量结果分析可能造成工件精度超差的原因，制定相应对策并利用现有加工条件（工具、夹具及刀具）调整加工工艺，改良夹具结构，成功完成试制任务，本文摘取加工要点进行了简要概述。该工件的试制经验对同类零件的加工具有一定参考价值。