CN104400475A - 一种定位装夹工具及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于数控加工中心的定位装夹工具及方法，该装夹工具包括定位体、第一支撑体、第二支撑体、定位插销、以及紧固件。定位体具有固定端和定位端，数控加工中心的卡盘将定位体的固定端固定于其上；第一支撑体、待加工零件、以及第二支撑体顺序地套装在定位体的定位端上，并通过紧固件进行固定；定位插销的一端插设在定位体的定位端上，另一端插设在待加工零件上，实现待加工零件相对于定位体的径向固定。本发明还公开了一种定位装夹方法。本发明可使零件的加工过程更加简单快捷，杜绝了因为装夹零件承受径向力所产生的转动，能更好的保证零件在精密加工中的尺寸及形位公差。

Description

一种定位装夹工具及方法

技术领域

本发明属于机械加工领域，具体地涉及一种用于在数控加工中心上加工回转体零件的定位装夹工具及方法。

背景技术

在数控铣床上加工叶片时，传统的装夹方法存在缺陷，如加工方法一:把零件的左端用车床先加工出来，右端留一段工艺夹头，把夹头夹紧在数控铣床上铣削出叶片，再把右端车削到尺寸，此方法的缺点是刀具从左端直接切入零件，由于切削力的突然增加从而影响了叶片的加工表面光洁度，同时也造成了叶片的变形量增大，叶片铣削成型后再车削右端尺寸也增加了车削的装夹找正难度；加工方法二首先加工出零件左右两端，把零件直接穿插在心轴中用螺母紧固再进行铣削，此方法的缺点是由于数控机床主轴转速高、零件受切削力影响大，易产生轴向转动，使得零件的加工难度大，废品率高、难以达到设计图纸要求的精度等，传统的方法不仅降低了工作效率，同时还增加了生产成本。尤其对于提高产品一致性，保证产品可靠性有较大影响。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对现有技术的不足，提供一种定位装夹工具及方法，使零件的装夹过程更加简单快捷，提高装夹的可靠度，装夹时采用定位插销，防止零件轴向转动，能更好的保证零件在精密加工中的尺寸及形位公差。

本发明的技术解决方案是：

根据本发明的一个方面，其提供了一种定位装夹工具，用于在数控加工中心上加工回转体零件，包括定位体、第一支撑体、第二支撑体、定位插销、以及紧固件，其中，所述定位体的固定端由数控加工中心的卡盘夹持，所述第一支撑体、待加工零件、以及第二支撑体顺序地套装在所述定位体的定位端上，并通过所述紧固件固定；所述定位插销的一端插设在所述定位体的定位端上，另一端插设在待加工零件上，实现待加工零件相对于所述定位体的径向固定。

优选地，所述定位体包括所述固定端、所述定位端、连接在所述固定端与所述定位端之间的凸台部、以及连接在所述定位端的远离所述凸台部的第一端的螺纹段，其中，所述定位端直径小于所述凸台部的直径，并且所述定位端上沿其径向设置有定位孔；待加工零件具有环形预留凸台，该预留凸台沿待加工零件的轴向位于待加工零件的待加工段的一侧，并且预留凸台的外径小于待加工段的外径，预留凸台上预加工有插销通孔，插销通孔沿预留凸台的径向贯穿其侧壁；并且当安装到位时，所述第一支撑体的第一侧面和所述第二支撑体的第一侧面分别与待加工零件的两个侧面面接触；所述第二支撑体的第二侧面抵靠所述定位体的凸台部，所述紧固件螺接在所述定位体的螺纹段上并抵靠所述第一支撑体的第二侧面；并且所述定位插销穿过待加工零件上的插销通孔插设在所述定位孔中。

优选地，所述第一支撑体的第一侧面和所述第二支撑体的第一侧面分别与待加工零件的两个侧面的形状相匹配。

根据本发明的另一方面，其提供了一种采用上述定位装夹工具的定位装夹方法，通过以下步骤完成对待加工零件的定位夹装：

S1、根据待加工的回转体零件的两个侧面的形状准备第一支撑体和第二支撑体，使得第一支撑体的第一侧面和第二支撑体的第一侧面分别与待加工零件的两个侧面的形状相匹配；同时，在待加工零件的预留凸台预加工出插销通孔；

S2、将定位体的固定端固定在数控加工中心的卡盘上；然后，将第二支撑体和待加工零件顺序地套装在定位体的定位端上，使得第二支撑体贴靠定位体的凸台部，第二支撑体的第一侧面与待加工零件的一个侧面贴合，并且待加工零件上的插销通孔与定位体上的定位孔对应；

S3、将定位插销通过待加工零件上的插销通孔插设到定位体上的定位孔中；然后，将第一支撑体套装到定位体的定位端上，并使得第一支撑体的第一侧面与待加工零件的另一个侧面贴合；

S4、将紧固件螺接在定位体的螺纹段上，使得紧固件抵靠第一支撑体的第二侧面，从而将第一支撑体、待加工零件、以及第二支撑体顺序地固定在定位体的定位端上。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明采用定位体和支撑体、定位插销组成的夹具，结构简单，容易制作，调整迅速并且装卸方便，第一支撑体的第一侧面和第二支撑体的第一侧面分别与待加工零件的两个侧面的形状相匹配，其优点是支撑体具有切削力导向作用，使得切入切出的切削力平稳，保证零件加工表面的光洁度要求。支撑体还有对叶片的夹紧作用，在切削过程中叶片的两个端面被两个支撑体的接触面牢牢夹紧，叶片就不会在切削力的作用下产生振动，同时也减小了叶片的变形量。通过定位插销对待加工零件在定位端上进行防转定位，待加工零件不会受到径向力的影响发生转动，从而提高切削用量，加工后零件各尺寸精度可控制在很小的范围内，能够满足设计的精度要求。

附图说明

图1为装夹在数控加工中心的卡盘上的本发明的定位装夹工具的剖视图；

图2为已加工完成的零件示意图；

图3为装夹在数控加工中心的卡盘上的定位体、支撑体、定位插销的局部立体示意图；

图4为利用本发明的定位装夹工具加工零件后尚未拆卸零件的示意图；

图5为根据本发明的定位体的结构示意图；

图6为根据本发明的方法的流程简图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对根据本发明的定位装夹工具及定位装夹方法做进一步详细的说明。

本发明的定位装夹工具主要用于在数控铣床上加工回转体零件时进行定位和夹紧。如图1所示，根据本发明的定位装夹工具包括定位体1、第一支撑体2、第二支撑体3、定位插销6、以及紧固件7。

定位体1的固定端101由数控加工中心的卡盘(如图1中的标号5所示)夹持，第一支撑体2、待加工零件4、以及第二支撑体3顺序地套装在定位体1的定位端102上(如在图1所示的平面中，第一支撑体2、待加工零件4、以及第二支撑体3按照自左向右的顺序套装在定位体的定位端上)，并通过紧固件7沿定位体的轴向将待加工零件4固定在紧固件7的定位端102上。定位插销6的一端插设在定位体1的定位端102的外壁上，另一端插设在待加工零件上，实现待加工零件相对于定位体1的径向固定。

如图5所示，定位体1包括上述的固定端101和定位端102、连接在所述固定端101与定位端102之间的凸台部103、以及连接在定位端102的远离凸台部103的第一端的螺纹段104。其中，定位端102直径小于凸台部103的直径，并且定位端102上沿其径向设置有定位孔105。

在如图1和图2所示的具体实施例中，待加工零件4具有环形预留凸台，该预留凸台沿待加工零件4的轴向位于待加工零件4的待加工段的一侧，并且预留凸台的外径小于待加工段的外径，预留凸台上预加工有插销通孔41，插销通孔沿预留凸台的径向贯穿其侧壁。

实践中，为了在加工完成后能容易地将定位插销6取出，从而卸下加工完成的零件，可以将定位端102上的定位孔设置为通孔，当加工完成后，将定位插销从待加工零件4上的插销通孔和定位孔中推出即可。当然，也可以采用其它可行的方式，只要能保证在加工完成后能卸下加工完成的零件即可。

当安装到位时，第一支撑体2的第一侧面和第二支撑体3的第一侧面分别与待加工零件的两个侧面面接触；第二支撑体3的第二侧面抵靠定位体1的凸台部103，固件7螺接在定位体1的螺纹段104上并抵靠第一支撑体2的第二侧面；并且定位插销6穿过待加工零件4上的插销通孔41插设在定位孔105中。

通过定位体1与第一支撑体2、第二支撑体3和紧固件7可实现对待加工的回转体零件的快速装夹和定位。

进一步参考图1，定位体1的固定端101与数控铣床通过卡盘5相连，定位体1的另一端(即定位端102)与第一支撑体2、第二支撑体3相连，第一支撑体2、第二支撑体3与待加工零件4沿轴向固定相连，并通过定位插销6和紧固件7将待加工零件固定在定位体1上。通过此连接方式，有效防止了待加工零件在切削力影响下沿轴线方向的转动和移动。

在本发明实施例中，第一支撑体2、第二支撑体3与定位体1的定位端102相接触的一种方式为面接触，利用面接触，第一支撑体2、第二支撑体3可以在接触面的平行度实现待加工零件4的同轴度。

定位孔在定位体1的轴心线的径向方向打孔，其位置是固定的。定位插销与定位孔之间的间隙控制在0.01～0.02mm。为了方便装卸定位插销，可以把定位孔在定位体上钻通，给待加工零件留出加长端，加长端加工工艺通槽，通槽的宽度与定位插销配合，配合间隙在0.02mm以内。

为了实现对待加工零件4同轴位置更加快速的定位，待加工零件4的轴心孔要与定位体的轴直径配合间隙在0.02mm以内，第一支撑体2、第二支撑体3的端面平行度保证在0.01mm,，这样就可以在定位插销插入定位孔后，待加工零件4的同轴度和位置度就已经固定了，从而快速准确的实现对基准精加工表面的找正装夹。

如图3，本发明实施例中，定位体1的形状为旋转体结构，第一支撑体2的形状为盘状。该定位体1的定位端与第二支撑体3面接触，第一支撑体2、第二支撑体3与待加工零件4连接，定位插销相配合与固定体连接，定位插销与待加工零件连接，可完成待加工零件4与定位体的相对固定。

定位孔与定位插销之间为间隙配合，并且间隙为0.01～0.02mm。

如图6所示，利用前述的定位装夹工具对回转体零件进行定位装夹的方法包括以下步骤：

S1、根据待加工的回转体零件的两个侧面的形状准备第一支撑体和第二支撑体，使得第一支撑体的第一侧面和第二支撑体的第一侧面分别与待加工零件的两个侧面的形状相匹配；同时，在待加工零件的预留凸台预加工出插销通孔；

S2、将定位体的固定端固定在数控加工中心的卡盘上；然后，将第二支撑体和待加工零件顺序地套装在定位体的定位端上，使得第二支撑体贴靠定位体的凸台部，第二支撑体的第一侧面与待加工零件的一个侧面贴合，并且待加工零件上的插销通孔与定位体上的定位孔对应；

在上述定位装夹过程中，卡盘通过径向力夹持固定端，完成定位体在机床上的固定。并且定位体的凸台部与第二支撑体之间为面接触。

S3、将定位插销通过待加工零件上的插销通孔插设到定位体上的定位孔中；然后，将第一支撑体套装到定位体的定位端上，并使得第一支撑体的第一侧面与待加工零件的另一个侧面贴合；

通过定位插销将待加工零件固定在定位体上，可以防止待加工零件在切削力影响下转动。

S4、将紧固件螺接在定位体的螺纹段上，使得紧固件抵靠第一支撑体的第二侧面，从而将第一支撑体、待加工零件、以及第二支撑体顺序地固定在定位体的定位端上。

具体地，如图4，在根据本发明的一个实施例中，通过下述步骤完成对叶轮毛坯件的装夹和同轴位置的调整：

(1)根据待加工的零件的两个侧面的形状准备第一支撑体和第二支撑体，使得第一支撑体的第一侧面和第二支撑体的第一侧面分别与待加工零件的两个侧面的形状相匹配；同时，在待加工零件的预留凸台预加工出插销通孔。

(2)将定位体1固定于机床第四轴上，然后，将第二支撑体和待加工零件顺序地套装在定位体的定位端上，使得第二支撑体贴靠定位体的凸台部，第二支撑体的第一侧面与待加工零件的一个侧面贴合，并且待加工零件上的插销通孔与定位体上的定位孔对应。其中，机床可通过卡盘5夹持定位体1的固定端9，实现定位体1的固定。

(3)将定位插销通过待加工零件上的插销通孔插设到定位体上的定位孔中；然后，将第一支撑体套装到定位体的定位端上，并使得第一支撑体的第一侧面与待加工零件的另一个侧面贴合。

将第一支撑体2和第二支撑体3与待加工零件4的端面相连接，由于接触面是平行的，因此待加工零件4与固定体1同轴。本发明实施例中，第一支撑体2、第二支撑体3与待加工零件4的端面采用上述的面接触的连接方式，通过该面接触连接方式可加强待加工零件4的叶片轴向强度。由于本发明的待加工零件的两个侧面为基本上平行的平面，为了更好的实现上述面接触，固定体1的凸台部103的端面要垂直于轴线，第二支撑体3的两个面平行度要达到0.01mm。

(4)将紧固件螺接在定位体的螺纹段上，使得紧固件抵靠第一支撑体的第二侧面，从而将第一支撑体、待加工零件、以及第二支撑体顺序地固定在定位体的定位端上。

待加工零件4通过第一支撑体2、第二支撑体3相固定。待加工零件4通过定位插销实现固定，再用紧固件紧固。该连接方式使得待加工零件4仅承受轴向夹紧力，无任何径向夹紧力，规避了径向力对待加工零件4造成的装夹变形，避免了待加工零件4变形对产品造成的损坏，同时也避免了待加工零件4沿轴向的转动。

在定位装夹过程中要注意：利用卡盘5夹持定位体时，需要对定位体的上母线和侧母线找正，可以利用车到加工定位体上的凸台部，使其待与第二支撑体接触的端面与机床的回转轴线垂直。定位体1的圆跳动在0.02mm之内，然后在其轴心线的径向方向钻定位孔；之后依次在定位体1上装入第二支撑体3、待加工零件4、定位插销6、第一支撑体2，最后用螺母紧固。由于配合间隙紧密，待加工零件4的同轴度在装夹完成后可保证在0.02mm之内，从而快速准确的实现了装夹找正的过程。

完成上述装夹与同轴定位后，便可利用数控加工机床对待加工零件4进行切削。

在本实施案例中，零件所受的夹紧力只有轴向力，且由于利用了定位插销的作用，避免了零件在轴向的转动和移动，故此轴向的加紧还可以降到很低，这样一方面克服了传统加工径向受力导致工件变形的不良影响，另一方面也避免了零件因为在切削力的作用下发生转动造成的废品，在使用第一和第二支撑体夹紧时，首先保证其与零件端面的贴合度，从而能保证零件的平面度和同轴度。采用两个支撑体和一个定位插销销的装夹方式，在找正定位过程中操作方便，调节速度快，大大减少了找正装夹时间，提高了生产效率。

上面结合附图对本发明的使用进行了示例性描述，本发明的具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围之内。

在此，需要说明的是，本说明书中未详细描述的内容，是本领域技术人员通过本说明书中的描述以及现有技术能够实现的，因此，不做赘述。

Claims (4)

1.一种定位装夹工具，用于在数控加工中心上加工回转体零件，其特征在于，包括定位体(1)、第一支撑体(2)、第二支撑体(3)、定位插销(6)、以及紧固件(7)，其中，

所述定位体(1)的固定端(101)由数控加工中心的卡盘夹持，所述第一支撑体(2)、待加工零件(4)、以及第二支撑体(3)顺序地套装在所述定位体(1)的定位端(102)上，并通过所述紧固件(7)固定；所述定位插销(6)的一端插设在所述定位体(1)的定位端(102)上，另一端插设在待加工零件上，实现待加工零件相对于所述定位体(1)的径向固定。

2.根据权利要求1所述的定位装夹工具，其特征在于，

所述定位体(1)包括所述固定端(101)、所述定位端(102)、连接在所述固定端(101)与所述定位端(102)之间的凸台部(103)、以及连接在所述定位端(102)的远离所述凸台部(103)的第一端的螺纹段(104)，其中，所述定位端(102)直径小于所述凸台部(103)的直径，并且所述定位端(102)上沿其径向设置有定位孔(105)；

待加工零件(4)具有环形预留凸台，该预留凸台沿待加工零件(4)的轴向位于待加工零件(4)的待加工段的一侧，并且预留凸台的外径小于待加工段的外径，预留凸台上预加工有插销通孔(41)，插销通孔沿预留凸台的径向贯穿其侧壁；并且

当安装到位时，所述第一支撑体(2)的第一侧面和所述第二支撑体(3)的第一侧面分别与待加工零件的两个侧面面接触；所述第二支撑体(3)的第二侧面抵靠所述定位体(1)的凸台部(103)，所述紧固件(7)螺接在所述定位体(1)的螺纹段(104)上并抵靠所述第一支撑体(2)的第二侧面；并且所述定位插销(6)穿过待加工零件(4)上的插销通孔(41)插设在所述定位孔(105)中。

3.根据权利要求2所述的定位装夹工具，其特征在于，所述第一支撑体(2)的第一侧面和所述第二支撑体(3)的第一侧面分别与待加工零件的两个侧面的形状相匹配。

4.一种利用如权利要求3所述的定位装夹工具对回转体零件进行定位装夹的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、根据待加工的回转体零件的两个侧面的形状准备第一支撑体和第二支撑体，使得第一支撑体的第一侧面和第二支撑体的第一侧面分别与待加工零件的两个侧面的形状相匹配；同时，在待加工零件的预留凸台预加工出插销通孔；

S2、将定位体的固定端固定在数控加工中心的卡盘上；然后，将第二支撑体和待加工零件顺序地套装在定位体的定位端上，使得第二支撑体贴靠定位体的凸台部，第二支撑体的第一侧面与待加工零件的一个侧面贴合，并且待加工零件上的插销通孔与定位体上的定位孔对应；

S3、将定位插销通过待加工零件上的插销通孔插设到定位体上的定位孔中；然后，将第一支撑体套装到定位体的定位端上，并使得第一支撑体的第一侧面与待加工零件的另一个侧面贴合；

S4、将紧固件螺接在定位体的螺纹段上，使得紧固件抵靠第一支撑体的第二侧面，从而将第一支撑体、待加工零件、以及第二支撑体顺序地固定在定位体的定位端上。