摘要：铝合金带减速箱端盖是小微型低速电机的重要零件，压铸工艺解除了加工中心无法加工到位的困惑并可大幅提高生产效率，展示了一种结构简单、工作可靠、铸件分型面美观的模具结构，采用侧浇口进料方式既有利于成型又方便去除浇口废料；针对该端盖铸件外形不规则且内含二空间正交轴承孔，必须经切削精加工方法可满足止口与机座、轴承室与轴承的高精度配合要求，展现一套定位准确、夹紧可靠无变形、翻转精度高、结构简捷合理、操作方便快捷的铣夹具。

交流驱动电机的转速可在 960 转/分左右，而当转速需要在几十转/分时，最简单的方法就是在电机出轴处安装一减速箱，电机出轴端车成蜗杆并伸入减速箱，与箱中的涡轮啮合运行，涡轮轴输出所需要的最终低转速。但这样的结构需要需要将减速箱和端盖用螺钉进行联接，其缺点是 1.长久工作后易发生松动而导致工作故障；2.需要花费两套压铸模具分别获得减速箱和端盖铸件。一种优化的结构是将减速箱和端盖两件合一形成图 1 所示的带减速箱端盖，因而端盖压铸模及所获端盖压铸件后其止口和二处轴承室的切削加工所必须依托的铣夹具是该技术流程的关键，这是满足端盖止口和轴承高精度的需要。

图1：带减速箱端盖零件图

1、压铸模结构、工作原理和特点分析

1.1.模具结构

如图 7 所示是两者合为一体的铸铝合金带减速箱端盖压铸件，因箱盖合一使强度、刚度和装配精度得到极大提高[1]，且节约了铝材和紧固件。通过压铸生产工艺可获得最高的生产效率和最低的生产成本，满足大批量生产要求。如图 2 所示为该端盖压铸模具总装图。

图2：带减速箱端盖压铸模

1.定模板 2.紧固螺钉 3、41.楔紧块 4.减速箱滑块座 5、42.斜导柱 6.减速箱滑块 7.减速箱滑块轴承室型芯 8.安装孔型芯 9.定模型芯 10.端盖轴承室型芯 11.动模型腔 12.分流锥 13.浇口套 14.导套 15.导柱 16.动模板 17.紧固螺钉 18.动模盖板 19.浇口废料推杆 20.推杆固定板 21.垫块 22.动模底板 23.推板 24.紧固螺钉 25.推板导套 26.推板导套 27.铸件推杆 28.固定销 29.复位杆 30、33.紧固螺钉 31.限位板 32.压簧 34.垫片 35、36、37.紧固螺钉、压簧、垫片 38.限位板 39、40.紧固螺钉 43.外缘滑块

鉴于机壳结构的特殊性增加了浇口废料去除的难度，本模具采用了既有利于充型又方便浇口切除的侧浇口进料方式。图 1 所示，A（减速箱体与端盖结合部）、B（减速箱内腔）二处设置了抽芯机构，以确保顺利推出铸件；如图 2 所示，为分解铸件端盖部和减速箱两处最强大的包紧力，将端盖部型芯 9 设置在定模，将减速箱抽芯机构设置在动模。图 1 中的三个弧形窗口用于为电动机散热，在定模型芯（图 3 所示）的端面设置三个弧形凸台，避免了复杂的镶拼。

1.2 模具工作原理

如图 2 所示，熔融的铝合金从浇口套 13 注入，随着压射冲头在与之相连的冷压室中推进，熔融的铝合金被压入动模型腔 11（如图 4 所示），经增压、冷却后开模。位于动模的二滑块 6、43（如图 5、6 所示）分别身处端 盖铸件的减速箱内和端盖外缘处从而形成强大的脱模阻力，基于斜导柱与滑块斜孔之间设有 2mm 间隙，在开模的最初瞬间定、动模水平开模运动在先，二滑块的抽芯运动在后，端盖铸件得以顺利脱离定模型芯 9（如图 3 所示）；随着开模的继续，二滑块沿斜导柱作抽芯运动直至脱离斜导柱 5、42；当开模结束，端盖内的所有型芯已全部脱离，仅剩铸件外形留在型腔内，启动推出机构，5 根推杆（其中一根为冷压室废料推杆）即可轻松推出铸件。

1.3 特点分析

（1）箱盖合一的优点 若减速箱和端盖采用螺钉连接势必要加大端盖体积以容纳螺钉头且长时间工作后易松动，现采用整体式不仅克服了上述弊端更增加了整体强度并减少了一套压铸模具；

（2）采用销联接[1]分体式减速箱滑块（图 2 所示）有效降低了模具总装时的修配工作量和制造难度；

（3）采用倒装结构，突破了型芯放置在动模，型腔放置在定模的传统结构布局，而是将大包紧力的端盖型芯设置在定模，将型腔和二抽芯滑块设置在动模，借助动模滑块插在压铸件内的强大阻力迫使端盖铸件脱离定模型芯并保持在动模型腔内；

（4）开模后端盖铸件虽然停留在动模型腔内，但两个滑块已抽芯完毕，端盖铸件的所有包紧力几乎全部解除，故只需在 4-Φ 5 用户安装孔处设置四个Φ 6 推杆即可，在此处设置推杆的优点是①接近端盖外缘，推出力平稳均 匀；②推杆直径比安装孔稍大既隐秘又美观；

（5）溢流槽设置在定模（图 3 所示），开模时可随铸件一并带出，省略了溢流槽开设在动模必须设置溢流槽推杆的繁琐。

2、带减速箱端盖铣夹具结构、工作原理和特点分析

为满足与轴承和定子的装配要求，需将所获压铸件（图 7 所示）进行必要的后续加工处理，以便两处轴承室和止口尺寸车削或铣削至图 1 所示的精度和形位公差要求，但由于端盖形状的特殊性致使车削加工时即使有车夹具支持也无法实现一次装夹完成两个空间正交轴承孔的加工，换言之，只有利用如图 8 所示的铣夹具才能较好地完成上述任务。

2.1 带减速箱端盖铣夹具结构分析

（1）端盖零件分析

本零件是电动机的前端盖（铸铝合金），背负一内置涡轮蜗杆的变速箱体，起到将电动机蜗杆出轴（960 转/分）经与之空间正交的涡轮啮合传动（此处涡轮可简化为直齿斜齿轮）获得 60 转/分的大扭矩低转速。

图8：带减速箱端盖铣床夹具

1.手柄 2.定位圆销 3.夹具体锁紧螺钉 4.开口垫片 5.夹具体 6.底座 7.转轴 8.压块螺钉 9.压簧 10.转位压块 11.菱形销

由于压铸件的精度一般在 IT10 以下，而由图 1 可知，二处轴承室和Φ 99 止口的精度要求为 IT6，唯有在端盖铸件的上述位置留 0.5mm 的加工余量，通过机械切削加工（车或铣）的方式达到该精度，但因端盖的二轴承室轴线处空间正交，无法在一套车夹具完成车削（二次装夹会严重影响垂直度误差），因而在立式加工中心上借助铣夹具[7]完成上述加工是理想的选择。

（2）铣夹具结构分析

如图 8 所示，夹具体 5（图 9）置于底座 6（图 10）之上，绕转轴 7 在 0°～90°之间翻转，并且 0°和 90°是两个工作位置，手柄与夹具体插孔采用间隙配合以便完成插入翻转后立即拔出（否则会妨碍铣削加工），在此同时夹具体 5 的一个固定槽刚好穿过底座上的夹具体锁紧螺钉 3，在固定槽和夹具体锁紧螺钉 3 的头部之间插入开口垫片 4，再拧紧螺钉 3 即限制了夹具体最后一个转动自由度。基于压铸件尺寸一致性程度高的优点，端盖铸件在夹具体采用一面两销定位，即利用端盖 4-Φ 5 安装孔中的 2 个对角孔分别套入一个定位圆销 2 和一个菱形销 11（图 11），如图 8 所示。当转位压块 10（图 12）转至图 8 所示位置时只需旋紧压块螺钉 8 即可锁紧端盖零件。

如图 12 所示，转位压块的Φ 8 孔内放置一压簧，当稍旋松压块螺钉 8 ，由于压簧的回复作用，转位压块 10受顶松动，转动转位压块 180°至端盖散热槽位置即可轻松取下端盖。

铣削加工时夹具体 5 的二底平面与底座 6 的接触平面必须紧密贴合，这是保证端盖二轴承孔垂直度的根本保证，从加工工艺上保证夹具体Φ 6₀^+0.012 转轴孔的两处定位尺寸 80-0.05 至关重要，采取以下措施予以保障：①夹具体 5 的两个最重要的工作面由精密平口钳夹持后在成型磨床上一次装夹磨出，以保证图 9 所示的垂直度要求；②首先在夹具体 5 和底座 6 转轴孔位置分别钻出Φ 4 线切割底孔，随后平行夹按图 13 位置上下施压夹紧夹具体和底座，前后两面在距转轴孔 50mm 处分别配钻并铰出Φ 5₀^+0.012孔并配入两个Φ 5 圆柱销（图 13 所示），最后将图 13 所示装配件在线切割机上经Φ 4 孔穿丝后割出Φ 6₀^+0.012 转轴孔。

2.2 工作原理

（1）夹具体的固定 按图 8 所示位置，拔出手柄 1 并在夹具体锁紧螺钉 3 和夹具体锁紧端插入开口垫片 4 并旋紧夹具体锁紧螺钉 3，夹具体 5 被完全固定；

（2）工件的装夹 如图 8 所示，将所需加工的端盖零件的两个Φ 5 对角安装孔套入夹具体 5 的定位圆销 2 和菱形销 11（其定位圆柱面对称线需垂直于销 2 与 11 的轴心连线，如图 14 所示），分别转动两处转位压块 10 至端盖面实体位置，旋紧压块螺钉 8；

（3）铣削端盖部分 完成编程对刀后启动加工中心，利用立铣刀分别将止口的Φ 98.5 和 4.5 铣至Φ 990+0.025 和 4，将轴承室的Φ 29.5 深 8.5 铣至Φ 300+0.025深 9；

（4）铣削减速箱轴承室 旋松夹具体锁紧螺钉 3 并取出开口垫片 4，在夹具体相应位置插入手柄 1 并翻转 90°至减速箱朝上位置，随即拔出手柄，同理插入开口垫片 4，旋紧压相应夹具体锁紧螺钉，夹具体 5 在新的位置上被完全固定，完成编程对刀后启动加工中心，利用立铣刀分别将轴承室的Φ 29.5 深 8.5 铣至Φ 300+0.025深 9；

（5）取件 旋松压块螺钉 8 并转动转位压块至端盖散热槽位置即可从定位圆销 2 和菱形销 11 上拔出已完成铣削的端盖零件。重复上述操作可进入下一个端盖零件的加工。

2.3 特点分析

（1）本零件为压铸毛坯件且形状及其不规则，本夹具所采用的一面两销定位和端盖散热槽转位压块夹紧装置是最理想的选择，巧妙地利用了压铸件尺寸一致性好的优良特点使低精度的 IT10 孔距安装孔作为定位孔，防止了薄壁端盖零件若强行采用三爪或平口钳等通用夹紧方式所带来的零件变形；

（2）将夹具体 5 设计成可 90°翻转的活动母体，轻松完成一次装夹铣削相互空间正交的两个轴承孔；为保证翻转精度，底座和夹具体转轴中心定位尺寸的一致性至关重要，采用了前面针对图 13 所述的配作工艺；

（3）选择开口垫片作为重要的夹紧原件，避免了必须将压块螺钉全部旋出的困扰；

（4）取夹具体 5（图 9）俯视图转轴孔右、下两面交汇处的圆角值为 8，若小于其定位尺寸 8，则夹具体翻转时将会出现卡死现象；

3、结语

值得关注的是所述端盖零件难以在加工中心上用铝块毛坯完成铣削，压铸工艺几乎是唯一合理的选择。压铸虽属精密铸造，但其精度仅为 IT10 左右，为了将某些关键部位的尺寸精度提升一个数量级，机床夹具的应用及其设计的合理简捷成为最终成功的根本保证。