CN101578453A - 精确定位和紧固系统 - Google Patents

Abstract

定位器/紧固件具有第一外部构件、固位头以及多直径的通孔，所述第一外部构件具有精密加工的外部主体部分，所述固位头从第一端突出。紧固件，其采用有头螺钉形式，在定位器的通孔中浮动，并且带螺纹的部分从定位器的第二端突出。接纳装置具有精密加工的内表面和带螺纹的孔，所述内表面接触定位器的精密加工的主体部分，所述带螺纹的孔接纳突出的紧固件。通过将定位和紧固功能分离，产生了一种不卡滞或磨损的快速连接分离的设备。吊挂系统允许使用于此所公开的定位器－紧固件将副基板连接至基部。

Description

精确定位和紧固系统

本申请要求于2004年8月27日提交的临时专利申请60/605,057的权益。

发明背景和发明内容

本发明涉及精确紧固领域。更具体地说，本发明涉及一种精确定位和紧固系统，其在将工件固定至工件夹持器以用于加工操作时特别有用。

当前，用于定位和锚定物件的设备包括例如定位销(dowel pin)、包括肩部螺栓(shoulder bolt)的各种紧固件、包括T形键和T形螺栓的键槽(key way)。定位销和其他紧固件适于一些应用，但并不是没有其限制。首先，在期望快速连接/分离时，定位销和带螺纹的紧固件通常是不合需要的。例如，定位销要求施加轴向力，而且卸下销可能会耗费时间。通常，定位销用于定位物件，而其他形式的紧固件用于固定该物件。这种对两种不同的系统的使用减缓了快速连接/分离。

肩部螺栓可以用于定位和紧固。肩部螺栓被要求来既实现所连接的物件的对准又实现这些物件的紧固/固定。因此，当所连接的物件和底座之间没有对准时，肩部螺栓的螺纹可能会卡滞在孔里。如果强制螺纹前进，那么可能会发生孔的磨损和螺纹的断裂。可替换地或者另外地，当螺栓的肩部被推动并被旋转进未对准的开口中时，可能会发生对螺栓肩部的损坏。

键和键槽也用于将物件定位和连接至基础构件。但是，这种定位/连接装置要加工到两个物体上，因此可能是昂贵的，而且当然不能提供快速连接/分离的形式。

一种普遍的定位和紧固系统是杰根斯球锁(Jergen’s Ball Lock)安装系统。球锁被插到安装孔中，直到其肩部啮合住配件等，并且接着一带有成角的表面的螺钉被操纵来驱使三个球抵住配套配件中的互补的角。该系统所具有的主要问题中的一个在于，所产生的结合可能使得难以插入和去除该系统，使其使用起来麻烦并且耗时。

本发明的定位器/紧固件系统克服了这些问题和困难。定位和紧固功能通过设备的分离构件实现，其中紧固件以使其能够浮动的方式被捕获在定位器中，使得紧固件自由地啮合接纳装置中的螺纹而不卡滞或磨损。

本发明的第一方面包括一种用于使物件精确地定位和紧固至基部的系统，该系统包括定位器，定位器具有固位头(retention head)和圆柱形主体部分，固位头位于尾端部分，圆柱形主体部分具有前端部分和适合于装配在待精确定位的物件的开口内的精密加工的外表面，定位器具有内部轴向通孔。紧固装置被接纳在轴向通孔内，使得连接部分超过定位器的前端轴向地延伸。固位装置将紧固装置固定在内部轴向通孔内；从而所述定位器的圆柱形主体部分的一部分延伸通过待精确定位的物件，并被接纳在基部的精密加工的内开口中，并且所述连接部分被牢固地啮合在基部中，以将物件相对于基部固位在合适的位置中。

固位装置以允许紧固装置相对于定位器浮动的方式将紧固装置固定在内部轴向通孔内。优选地，紧固装置是有头螺钉，并且内部轴向通孔具有多个直径，第一个较大直径接纳有头螺钉的头部，而第二个接纳有头螺钉的带螺纹的主体部分。有头螺钉的一个优选的传动结构是内六角凹槽。一种形式的固位装置包括弹簧夹，所述弹簧夹啮合在形成于所述定位器的固位头中的槽中。应该理解，可以使用其他固位装置，而不影响设备的操作，并且固位装置可以啮合紧固装置的其他部分，例如紧固件的突出部分。

定位器的固位头优选地形成有底切部(undercut)，从而将定位器固定至物件能提供通常相当于由锁紧垫圈所提供的弹性压力。优选地，所述系统还包括接纳装置，所述接纳装置具有用于啮合基板中带内螺纹的凹槽的外螺纹，并且具有作为阶梯状的轴向通孔的第一部分的精密加工的内开口，所述第一部分接纳定位器的精密加工的外表面，所述阶梯状轴向通孔的第二部分接纳紧固装置的连接部分。接纳装置优选地包括径向延伸的头部部分，所述径向延伸的头部部分围绕所述阶梯状凹进部分的第一部分的大部分轴向长度，所述径向延伸的头部部分协同定位器的固位头而相对于基部精确地夹紧物件。优选地，接纳装置由已经经过处理而使其变硬的材料制成。

在本发明的第二方面中，用于将物件精确地定位和紧固至基部的系统，所述物件具有带第一中心线的至少一个第一通孔，并且所述基板具有带第二中心线的至少一个第二通孔，其中所述系统包括定位器；紧固装置；硬化的接纳装置，所述定位器具有圆柱形主体部分，所述圆柱形主体部分具有前端部分和精密加工的外表面，所述精密加工的外表面适合于装配在待精确定位的物件的开口内，所述定位器具有内部轴向通孔，所述硬化的接纳装置具有外部带螺纹的圆柱形主体和径向延伸的头部部分，并具有作为阶梯状轴向通孔的第一部分的精密加工的内开口，所述精密加工的内开口接纳定位器的精密加工的外表面的至少一部分，并且所述阶梯状轴向通孔的第二部分接纳并固定紧固装置的一部分。定位器的前端部分的外周边缘具有形成于其上的第一斜面，且第二互补的斜面形成在接纳装置的前部内表面中，第一和第二斜面的径向长度决定第一中心线和第二中心线之间可以被校正的未对准的量。

在本发明的第三方面中，用于将至少一个物件精确地定位和紧固至基板的系统包括副基板，其可拆卸地连接至基板，所述副基板具有：i)具有第一中心线的至少一个通孔；以及ii)装置，所述至少一个物件通过所述装置被连接至其；b)至少一个对接螺柱(docking stud)，其连接至副基板，所述副基板通过所述对接螺柱而相对于基板近似地被定位并被固定至基板；V形对接螺柱槽口，其用于接纳至少一个对接螺柱并支撑副基板；d)紧固装置，其用于将副基板连接至基板。优选地，紧固装置包括至少一个定位器/紧固装置，所述至少一个定位器/紧固装置具有用于啮合在副基板的通孔中的精密加工的外表面，所述通孔是精密加工的通孔。

优选地，每个定位器/紧固装置包括定位器，定位器具有固位头和圆柱形主体部分，固位头位于尾端部分，圆柱形主体部分具有前端部分和精密加工的外表面，所述精密加工的外表面适于装配在副基板的精密加工的通孔中，定位器具有内部轴向通孔。紧固装置接纳在轴向通孔中，使得连接部分超过定位器的前端轴向地延伸，且固位装置将紧固装置固定在内部轴向通孔内。期望第一斜面形成在定位器的前端部分的外周边缘上，并且第二互补地形成的斜面形成在接纳装置的前部内表面内，所述第一斜面和所述第二斜面的径向长度决定第一中心线和第二中心线之间可以被校正的未对准的量。对接螺柱槽口可优选地由硬化材料制成，与基板分开，并且通过带螺纹的紧固件固定至基板。

在阅读下列说明书之后，对于本领域的普通技术人员而言，本发明的各种其他特征、优势和特点将变得显而易见。

附图说明

结合相关附图描述了本发明的优选实施方案，其中相同的零件以相同的参考号标示，并且其中：

图1是使用本发明的精确定位和紧固系统的第一实施方案的工件夹持墓碑形装置(work holding tombstone)的透视侧视图；

图2是图1的墓碑形装置的分解透视侧视图；

图3A是图1中所示的墓碑形装置的正视图；

图3B是图3A中所显示的墓碑形装置沿线3B-3B的截面侧视图，其中一个副基板被移开；

图3C是如在图3B的圆圈3C中所示的详细的截面侧视图；

图4A是如沿图3A中的线4A-4A所示的截面侧视图，其中一个副基板被移开；

图4B是如在图4A的圆圈4B中所示的详细的截面侧视图；

图5A是如在圆圈4B中所示的详细的截面侧视图，显示了接纳装置的第二实施方案；

图5B是详细的截面侧视图，其中构件部分地被拆开；

图6是如在圆圈4B中所示的详细的截面视图，显示了接纳装置的第三实施方案；

图7是如在圆圈4B中所示的详细的截面视图，显示了接纳装置的第四实施方案；

图8A是描绘在本发明的第一实施方案中所使用的定位器/紧固件的第一实施方案的分解透视图；

图8B是定位器/紧固件的第一实施方案的正视图；

图8C是如沿图8B中的线8C-8C所示的横截面侧视图；

图8D是如在图8C的圆圈8D中所示的放大的截面侧视图；

图9是在本发明的第一实施方案的系统中使用的定位器/紧固件的第二实施方案的放大的透视侧视图；

图10A是本发明的定位器/紧固件的工业应用的透视图；以及

图10B是图10A中所示的工业应用的分解透视图。

具体实施方式

在图1和2中描绘了本发明的一般以20表示的定位和紧固系统的第一实施方案。本发明的定位和紧固系统20包括定位器/紧固件30和吊挂系统50。如图1和2中所绘，定位和紧固系统20和工件夹持底板或者墓碑形装置11一起使用，多个工件13固定至工件夹持底板或者墓碑形装置11，用于在工件上进行机械加工。墓碑形装置11包括基部15和两个副基板17，工件13悬挂在副基板17上。每个副基板17具有带有第一组中心线的多个通孔17A。基部11具有从两侧延伸的法兰19，法兰19连接到安装板12。法兰19可以形成为独立构件并连接至基部11，或者可以与基部整体地形成。环14被设置成使副基板17能够被提升并放置在基部11上。定位器/紧固件30可以用于将基部11的法兰19固定至安装板12。

定位器/紧固件30的细节显示在图8A中。定位器32包括具有前端35的圆柱形主体34，圆柱形主体34具有精密加工的外表面。固位头(retention head)36形成在定位器32的尾端部分上。轴向通孔38延伸通过定位器。如在图8C中最佳所示的，通孔38优选地具有阶梯状构型，第一小直径37接纳紧固件40的杆42。尽管紧固件40在这里被描绘成具有内六角传动结构44的有头螺钉，但应认识到，紧固件40可以采用其他形式而不背离本发明的范围。第二较大直径39接纳紧固件40的头部46。

垫圈47和弹簧夹48包括用来将紧固件40固定在定位器32内的固位装置。在固位头36中形成的槽33接纳弹簧夹48，以将紧固件40固定在轴向通孔38中。将紧固件40固位在定位器32中的这种方式使紧固件40能够在通孔38中浮动，使得突出端49能够自由地寻找其将要啮合的有螺纹的凹进部分，而不卡滞或磨损螺纹。应该理解，可以使用其他形式的固位装置，包括但不限于在定位器32的前端35之下啮合紧固件40的突出端49的簧环。如图8D中最佳所示的，定位器32上的固位头36在36′处形成有底切角(undercut angle)，其近似为5°。当紧固件40被拧紧到带螺纹的接纳孔中时，固位头36弯曲，起内藏的锁紧垫圈(included lockwasher)的作用。

如图2和3A-3C所示，吊挂系统50包括至少一个对接螺柱52，其通过紧固件54连接至副基板17。更优选地，对于大部分应用，吊挂系统50将包括至少两个对接螺柱52。对接螺柱52具有扩大的头部(enlarged head)56和肩部58。基部15已在其上形成至少一个大致V形的对接螺柱槽口60。尽管螺柱槽口60可以被机械加工到基部15中，但优选地，使用带螺纹的紧固件64将于其中形成槽口60的分离零件62连接到在基部15中机械加工出的凹槽16中。以这种方式，螺柱槽口60可以由硬化材料制成。如图3C中所示，副基板17的重量悬挂在肩部58上，肩部58以阻止扩大的头部56与凹槽16接触的方式接触螺柱槽口60，消除了基部15的较软材料磨损的可能性。

现参考图4A-4B，定位器/紧固件30将会啮合在接纳装置70中。接纳装置70可以采用几种形式中的任何一种。如图4A-4B中所示，接纳装置70具有包括外螺纹74的圆柱形主体部分72。径向延伸的头部76具有作为阶梯状轴向通孔的第一部分的精密加工的内开口78，开口78适于接纳定位器32的主体34的精密加工的外表面的至少一部分。第二个较小的内螺纹直径80接纳紧固件40的螺纹。不考虑接纳装置70的实施方案，一旦安装在基部15中，开口78就具有第二组的中心线。通过将接纳装置70与基部15分开形成，接纳装置可以由较硬的材料制成，举例而言，由钢而不是铝制成，并且可以承受诸如表面硬化等热处理以使其更加耐磨。一组传动开口82可以形成在头部76中，使接纳装置70能够被拧紧到基部15的开口18中。对于预期定位器/紧固件30会频繁拆卸和安装的应用，可以将任选的防磨衬套90嵌入到副基板17的开口17A中。

在图5A、5B中示出了一般以701表示的接纳装置的第二实施方案。在该实施方案中，不是在圆柱形主体部分721上具有整体的螺纹，而是以单独的带螺纹的紧固件211啮合头部761中的通孔75′，以将其紧固在基部111的开口中。图5B描绘了这些接纳装置和定位器紧固件中每个的重要特征。如这里所示，定位器32的前端35形成斜面821。该斜面821可以采用倒角或圆角表面(radiused surface)的形式。互补形状的表面79′形成在头部76′的精密加工的开口781中。这些互补的表面使得定位器32能够调整基部11和副基板17之间的未对准，而该未对准导致接纳装置701和定位器/紧固件30之间的未对准。这些配合的斜面791和821的组合以及通孔38中的紧固件40的浮动使这些未对准困难能够被克服。

图6还示出了一般以70″表示的接纳装置的第三实施方案。通过使用压配合，接纳装置7011被安装在基部1511的相对侧上。明显地，主体7211可以车有螺纹，或者可以使用单独的紧固件；然而，因为紧固件40将会顶着副基板1711的后部拉接纳装置7211，所以这些额外的紧固装置是不必要的。

图7示出了第四实施方案，其中，基部15的材料足够硬以允许紧固件40直接拧进有内螺纹的开口(tapped opening)15B中。因为该应用使用较硬的材料，所以副基板17中任选的防磨衬套也可以被省略。

图9描绘了定位器/紧固件30的第二实施方案。在该实施方案中，定位器321的外表面被形成为截头圆锥体构件。这种构型将比第一优选实施方案适应更加大量的未对准。

图10A和10B描绘了用于本发明的定位器/紧固件系统的可选的工业应用。例如，这里描绘的设备96是用于在立式铣床上机械加工操作的第四轴耳轴固定设备(fourth-axis trunnion fixture)。副基板97在其中具有多个接纳装置70。固定板98通过使用定位器/紧固件30固定。其他的定位器/紧固件30将副基板97连接至托架99，并将托架99连接至面板100。精确定位和紧固系统20的使用使固定板98能够被快速并方便地卸除，并能够快速并方便地在副基板97的中心线高度上进行调整。

在利用本发明的精确紧固和定位系统20时，吊挂装置50通常以使得通孔17A的第一组中心线将位于接纳装置70中的通孔78的第二中心线下大约0.015英寸的位置处的方式连接至基部11和副基板17。定位器32中的紧固件40的浮动使突出端49能够寻找接纳装置70中的螺纹80而不会卡滞或磨损。当斜面821啮合互补的表面791时，主体35的精密加工的外表面进入精密加工的内表面781并使副基板17升高0.015英寸，以将17A的第一中心线与通孔78的第二中心线对准，同时紧固件40使固位头36和头部761之间的间隙变小，最终抓紧其间的副基板17。

根据对前述说明书的阅读，对于本领域的普通技术人员而言，各种变化、选择和修改将变得显而易见。例如，虽然定位器/紧固件系统被公开用于，并特别适合用于与工件固定装置一起使用，但是所述系统可以被使用在两个物体待被紧固在一起的任何地方。其旨在，落入所附权利要求的范围中的任何变化、选择和修改应被认为是本发明的部分。

Claims (17)

1.一种用于将物件精确地定位和紧固至基部的系统，所述系统包括：

a)定位器，其具有固位头和圆柱形主体部分，所述固位头位于尾端部分，所述圆柱形主体部分具有前端部分和精密加工的外表面，所述精密加工的外表面适合于装配在待精确定位的所述物件的开口内，所述定位器具有内部轴向通孔；

b)紧固装置，其被接纳在所述轴向通孔中，使得一连接部分超过所述定位器的所述前端部分轴向地延伸；

c)固位装置，其将所述紧固装置固定在所述内部轴向通孔内；

从而所述定位器的所述圆柱形主体部分的一部分延伸通过待精确定位的所述物件，并被接纳在所述基部的精密加工的内开口中，并且所述连接部分被牢固地啮合在所述基部中，以将所述物件相对于所述基部固位在合适的位置中。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述固位装置以允许所述紧固装置相对于所述定位器浮动的方式将所述紧固装置固定在所述内部轴向通孔内。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述内部轴向通孔具有多个直径。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述紧固装置包括有头螺钉，所述有头螺钉具有在其头部部分中形成的内六角传动凹槽。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述固位装置包括弹簧夹，所述弹簧夹啮合在形成于所述定位器的所述固位头中的槽中。

6.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括位于所述定位器的所述固位头上的底切部，从而将所述定位器固定到所述物件上能提供通常相当于由锁紧垫圈所提供的弹性压力。

7.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括接纳装置，所述接纳装置具有用于啮合在所述基部中带内螺纹的凹槽中的外螺纹，并且具有作为阶梯状轴向通孔的第一部分的所述精密加工的内开口，所述第一部分接纳所述定位器的所述精密加工的外表面，所述阶梯状轴向通孔的第二部分接纳所述紧固装置的所述连接部分。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述接纳装置进一步包括径向延伸的头部部分，所述径向延伸的头部部分围绕所述阶梯状凹进部分的所述第一部分的大部分轴向长度，所述径向延伸的头部部分协同所述定位器的所述固位头而相对于所述基部精确地夹紧所述物件。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述接纳装置由已经经过处理而使其变硬的材料制成。

10.一种用于将物件精确地定位和紧固至基部的系统，所述物件具有带第一中心线的至少一个第一通孔，且所述基部具有带第二中心线的至少一个第二通孔，所述系统包括：

a)定位器，其具有圆柱形主体部分，所述圆柱形主体部分具有前端部分和精密加工的外表面，所述精密加工的外表面适合于装配在待精确定位的所述物件的开口内，所述定位器具有内部轴向通孔；

b)紧固装置，其与所述定位器相关联；

c)硬化的接纳装置，其具有外部带螺纹的圆柱形主体、径向延伸的头部部分，并且具有作为阶梯状轴向通孔的第一部分的精密加工的内开口，所述精密加工的内开口接纳所述定位器的所述精密加工的外表面的至少一部分，并且所述阶梯状轴向通孔的第二部分接纳并紧固所述紧固装置的一部分。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，第一斜面形成在所述定位器的所述前端部分的外周边缘上，并且第二互补地形成的斜面形成在所述接纳装置的前部内表面中，所述第一斜面和所述第二斜面的径向长度决定所述第一中心线和所述第二中心线之间可以被校正的未对准的量。

12.一种用于将至少一个物件精确地定位和紧固至基板的系统，所述系统包括：

a)副基板，其可拆卸地连接至所述基板，所述副基板具有：

i)至少一个通孔，其具有第一中心线，以及

ii)装置，所述至少一个物件通过所述装置被连接至其；

b)至少一个对接螺柱，其连接至所述副基板，所述副基板通过所述对接螺柱相对于所述基板近似地定位并被固定至所述基板；

c)至少一个大致V形的对接螺柱槽口，其用于接纳所述至少一个对接螺柱并支撑所述副基板；

d)紧固装置，其用于将所述副基板啮合连接至所述基板。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述至少一个对接螺柱包括至少两个对接螺柱，并且所述至少一个V形对接螺柱槽口包括至少两个所述对接螺柱槽口，一个V形对接螺柱槽口用于所述对接螺柱中的一个。

14.根据权利要求12所述的系统，其中，所述紧固装置包括至少一个定位器/紧固装置，所述至少一个定位器/紧固装置具有精密加工的外表面，所述精密加工的外表面用于啮合在所述副基板中的所述通孔中，所述副基板中的所述通孔是精密加工的通孔。

15.根据权利要求14所述的系统，其中每个定位器/紧固装置包括：

a)定位器，其具有固位头和圆柱形主体部分，所述固位头位于尾端部分，所述圆柱形主体部分具有前端部分和精密加工的外表面，所述精密加工的外表面适于装配在所述副基板的所述精密加工的通孔中，所述定位器具有内部轴向通孔；

b)紧固装置，其被接纳在所述定位器的所述轴向通孔中，使得一连接部分超过所述定位器的所述前端部分轴向地延伸；

c)固位装置，其将所述紧固装置固定在所述定位器的所述内部轴向通孔内。

16.根据权利要求15所述的系统，其中第一斜面形成在所述定位器的所述前端部分的外周边缘上，并且第二互补地形成的斜面形成在所述接纳装置的前部内表面中，所述第一斜面和所述第二斜面的径向长度决定所述第一中心线和所述第二中心线之间可以被纠正的未对准的量。

17.根据权利要求12所述的系统，其中所述至少一个对接螺柱槽口由硬化材料制成，与所述基板分开，并通过带螺纹的紧固件连接至所述基板。

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