CN105014442A - 一种空气干燥器阀座斜孔加工智能夹具及装夹方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空气干燥器阀座斜孔加工智能夹具及装夹方法。现有工件斜面钻孔夹具难以实现待加工孔位置斜度的精确化调整，不易保证孔的位置精度。本发明的工件夹紧台底部设有旋转块，旋转块与经向旋转轴键连接；经向旋转轴的两端均通过轴承支承在带轴承座侧板上；经向旋转驱动伺服电机的输出轴与经向旋转轴固定；带轴承座侧板的两侧对称固定有两根纬向旋转轴；两根纬向旋转轴均通过轴承支承在纬向轴承座上；纬向伺服电机的输出轴与一根纬向旋转轴键连接；第二水平轴向移动平台驱动底板；第一水平轴向移动平台驱动第二水平轴向移动平台。本发明实现两个旋转自由度和两个平移自由度的联动，且可自动识别阀座位置坐标。

Description

一种空气干燥器阀座斜孔加工智能夹具及装夹方法
技术领域
本发明属于机械加工领域，涉及一种夹具，特别是涉及一种具有智能定位功能的空气干燥器阀座斜孔加工夹具及装夹方法。
背景技术
空气干燥器主要用于汽车领域，是汽车动力控制系统的重要组成部分。在空气干燥器阀座的加工中，需要加工一系列斜度不一的深孔。通常在斜面上钻孔需要专门设计一套夹具来辅助钻孔加工。行业中最为常用的方法是制作一个由有斜度的工装件、压板和几个螺栓组成的专用夹具。但是，对于这种夹具，工装件的斜度在制作时就已经固定，如果工件斜面的斜度不同，就需要重新设计加工一套专用夹具，所以这类夹具只能针对一类斜度的斜面工件，制作成本高、通用性差，只适用于批量较大的加工件。
为了解决小批量工件斜面钻孔的钻孔加工难题，则需要设计适用范围比较广的通用斜面钻孔夹具。如授权公告号为CN202877925U的专利，就包括了一种斜面通用钻孔夹具；该专利使用定位板和压紧头夹紧待加工工件，通过更换不同端口的定位板与夹紧头实现不同斜面的钻孔加工。又如公布号为CN102528491A的专利，也包括了一种能够实现不同斜度钻孔加工的夹具。该专利能够根据工件的形状和待钻孔斜面的斜度，通过调节固定板和工装体顶面的夹角，使得待工件的斜面处于水平状态，从而实现不同斜面的钻孔加工。但是以上专利难以实现待加工孔位置斜度的精确化调整，不易保证孔的位置精度，故斜孔加工夹具实现智能化愈加重要。
发明内容
本发明的目的是针对现有车用空气干燥器阀座斜孔存在不同系列，导致其位置不同、加工定位困难、无专用夹具和加工自动化实现困难的不足，提供一种具有智能定位功能的空气干燥器阀座斜孔加工夹具及装夹方法。本发明是一种具有两个旋转自由度和两个平移自由度的四轴联动夹具及装夹方法；是一种具有机器视觉识别阀座位置坐标功能的夹具及装夹方法；是一种具有加工斜孔位置坐标自动搜寻算法的智能夹具及装夹方法。
本发明的空气干燥器阀座斜孔加工智能夹具，包括纬向旋转驱动伺服电机、纬向旋转轴、工件夹紧台、摄像仪、气动式锁紧压头、锁紧气缸、气缸支座、带轴承座侧板、第一水平轴向移动平台、经向旋转轴、经向旋转驱动伺服电机、底板、纬向轴承座和第二水平轴向移动平台。所述的摄像仪安装于钻床上，摄像仪的镜头中心轴线与钻头的中心轴线同轴；两个锁紧气缸对称设置，其底座均固定在气缸支座上，气缸支座与工件夹紧台固定；两个气动式锁紧压头分别固定在对应锁紧气缸的活塞杆上；所述的工件夹紧台底部设有旋转块，旋转块开设有与经向旋转轴键连接的键槽孔；所述经向旋转轴的两端均通过轴承支承在带轴承座侧板上；所述经向旋转驱动伺服电机的底座固定在带轴承座侧板上，其输出轴与经向旋转轴固定；所述带轴承座侧板的两侧对称固定有两根纬向旋转轴，纬向旋转轴与经向旋转轴垂直设置；两根纬向旋转轴均通过轴承支承在纬向轴承座上；所述的纬向轴承座固定在底板顶部；一根纬向旋转轴的端部开设有键槽孔，纬向伺服电机的输出轴与纬向旋转轴的键槽孔通过键连接；所述纬向伺服电机的底座固定在纬向轴承座上；第二水平轴向移动平台和第一水平轴向移动平台依次设置在底板底部；所述第二水平轴向移动平台的第二滑块与底板固定，驱动底板；所述第一水平轴向移动平台的第一滑块与第二水平轴向移动平台固定，驱动第二水平轴向移动平台。
所述气动式锁紧压头的底部为平行于工件夹紧台顶面的平面。
所述的工件夹紧台顶部固定有挡边和四个圆柱形的限位突起。
所述纬向伺服电机的底座固定在纬向轴承座开设的四个螺纹孔内。
所述的经向旋转轴为阶梯轴，其中间轴段开设有与工件夹紧台的键槽孔键连接的键槽。
所述的带轴承座侧板为环状板；带轴承座侧板开设有四个螺纹孔，用于固定经向旋转驱动伺服电机。
所述的第一水平轴向移动平台包括第一丝杆、第一光杆、第一滑块和第一移动平台；所述的第一丝杆通过轴承支承在第一移动平台上，且通过伺服电机驱动；所述的第一滑块与第一丝杆构成螺旋副，且套置在与第一移动平台固定的两根第一光杆上。
所述的第二水平轴向移动平台包括第二丝杆、第二光杆、第二滑块和第二移动平台；所述的第二丝杆通过轴承支承在第二移动平台上，且通过伺服电机驱动；所述的第二滑块与第二丝杆构成螺旋副，且套置在与第二移动平台固定的两根第二光杆上。
所述的纬向旋转驱动伺服电机、经向旋转驱动伺服电机、锁紧气缸、摄像仪以及驱动第一水平轴向移动平台和第二水平轴向移动平台的伺服电机均与控制器连接；控制器与PC端连接。
本发明的空气干燥器阀座斜孔加工智能夹具装夹方法，具体步骤如下：
步骤1、往PC端输入待加工空气干燥器阀座的实体造型信息作为参照，工件夹紧台复位至坐标系原点，工人将待加工空气干燥器阀座安装到工件夹紧台后，气动式锁紧压头压紧待加工空气干燥器阀座，至此待加工空气干燥器阀座的六个自由度被完全限制。
步骤2、摄像仪开始采集图像，并将采集到的图像经控制器传给PC端和第一个待加工孔位置进行比对，控制器将空间位置的姿态角换算成各个伺服电机输出轴的转动角度，从而实现纬向旋转轴、经向旋转轴、第二水平轴向移动平台和第一水平轴向移动平台的联动，先后对工件夹紧台位置进行粗调和微调。
步骤3、第一个待加工孔位置初次调整后，摄像仪再次采集图像，比对PC端的实体造型信息，若不符合继续重复调整工件夹紧台位置，直至钻头对准第一个待加工孔的中心轴线，钻床开始工作，钻完第一个待加工孔。
步骤4、重复步骤2和3，完成同一个空气干燥器阀座的所有斜孔加工。
本发明具有的有益效果：
1、本发明是一种具有两个旋转自由度和两个平移自由度的四轴联动夹具及装夹方法，使得加工空气干燥器阀座任意倾斜角度的深孔不再需要专属的夹具，也适用于其它工件斜孔的加工，实现了同一工件仅需一次夹持便可完成所有孔的加工；
2、本发明具有自动识别阀座位置坐标的功能，实现了智能化精确调整，改进了普通斜孔加工夹具在钻孔时存在的人工调整等误差因素。
附图说明
图1为本发明的整体结构立体图；
图2为本发明的侧视图；
图3为本发明的俯视图；
图4为本发明的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
如图1、2和3所示，一种空气干燥器阀座斜孔加工智能夹具，包括纬向旋转驱动伺服电机1、纬向旋转轴2、工件夹紧台3、摄像仪4、气动式锁紧压头5、锁紧气缸、气缸支座6、纬向滚动轴承7、带轴承座侧板8、第一水平轴向移动平台9、经向旋转轴10、经向旋转驱动伺服电机11、经向滚动轴承12、底板13、纬向轴承座14和第二水平轴向移动平台15。
摄像仪4安装于钻床上，用于捕捉和校准工件位置；摄像仪4的镜头中心轴线与钻头的中心轴线同轴，使智能夹具位于预设位置时钻头的中心轴线恰好能对准工件夹紧台的中心位置。两个锁紧气缸对称设置，其底座均固定在气缸支座6上，气缸支座6与工件夹紧台3固定；两个气动式锁紧压头5分别固定在对应锁紧气缸的活塞杆上；气动式锁紧压头5的底部为平行于工件夹紧台3顶面的平面，用于限定工件垂直方向的自由度。工件夹紧台3顶部固定有挡边和四个圆柱形的限位突起，用于限定工件水平方向的自由度。工件夹紧台3底部设有旋转块，旋转块开设有与经向旋转轴10键连接的键槽孔；经向旋转轴10的两端均通过经向滚动轴承12支承在带轴承座侧板8上；经向旋转驱动伺服电机11的底座固定在带轴承座侧板8上，其输出轴与经向旋转轴10固定，驱动经向旋转轴10实现工件夹紧台3的第一个旋转自由度。带轴承座侧板8的两侧对称固定有两根纬向旋转轴2（纬向旋转轴2也可与带轴承座侧板8铸为一体），纬向旋转轴2与经向旋转轴10垂直设置。两根纬向旋转轴2均通过纬向滚动轴承7支承在纬向轴承座14上；纬向轴承座14固定在底板13顶部；一根纬向旋转轴2的端部开设有键槽孔，纬向伺服电机1的输出轴与纬向旋转轴2的键槽孔通过键连接；纬向伺服电机1的底座固定在纬向轴承座14开设的四个螺纹孔内，其输出轴输出扭矩依次带动纬向旋转轴2以及工件夹紧台3实现纬向转动。第二水平轴向移动平台15和第一水平轴向移动平台9依次设置在底板13底部；第二水平轴向移动平台15的第二滑块与底板13固定，驱动底板13；第一水平轴向移动平台9的第一滑块与第二水平轴向移动平台15固定，驱动第二水平轴向移动平台15；第一水平轴向移动平台9可作为X向移动平台，也可作为Y向移动平台。
经向旋转轴10为阶梯轴，并在中间轴段上设有键槽，与工件夹紧台3的键槽孔通过键连接传递经向旋转驱动伺服电机11的扭矩。
带轴承座侧板8为环状板，带轴承座侧板8开设的四个螺纹孔用于固定经向旋转驱动伺服电机11。
第一水平轴向移动平台9采用滚珠丝杆传动原理传动，包括第一丝杆、第一光杆、第一滑块和第一移动平台；第一丝杆通过轴承支承在第一移动平台上；第一滑块与第一丝杆构成螺旋副，且套置在与第一移动平台固定的两根第一光杆上。
第二水平轴向移动平台15采用滚珠丝杆传动原理传动，包括第二丝杆、第二光杆、第二滑块和第二移动平台；第二丝杆通过轴承支承在第二移动平台上；第二滑块与第二丝杆构成螺旋副，且套置在与第二移动平台固定的两根第二光杆上。
第一丝杆和第二丝杆均配有伺服电机驱动，最终通过底板13实现整个工件夹紧台3的两个自由度平移。
纬向旋转驱动伺服电机1、经向旋转驱动伺服电机11、锁紧气缸、摄像仪4以及驱动第一丝杆和第二丝杆的伺服电机均与控制器连接；控制器与PC端连接。
如图4所示，空气干燥器阀座斜孔加工智能夹具装夹方法，具体步骤如下：
步骤1、往PC端输入待加工空气干燥器阀座的实体造型信息（含多个斜孔）作为参照，工件夹紧台复位至坐标系原点，在工人将待加工空气干燥器阀座安装到工件夹紧台后，气动式锁紧压头压紧待加工空气干燥器阀座，至此待加工空气干燥器阀座的六个自由度被完全限制。
步骤2、摄像仪开始采集图像，并将采集到的图像经控制器传给PC端和第一个待加工孔位置进行比对，控制器将空间位置的姿态角换算成各个伺服电机输出轴的转动角度，从而实现纬向旋转轴2、经向旋转轴10、第一丝杆和第二丝杆的联动，先后对工件夹紧台位置进行粗调和微调。
步骤3、第一个待加工孔位置初次调整后，摄像仪再次采集图像，比对PC端的实体造型信息，若不符合继续重复调整工件夹紧台位置，直至钻头对准第一个待加工孔的中心轴线，钻床开始工作，钻完第一个待加工孔。
步骤4、重复步骤2和3，完成同一个空气干燥器阀座的所有斜孔加工。

Claims (10)

1. 一种空气干燥器阀座斜孔加工智能夹具，包括纬向旋转驱动伺服电机、纬向旋转轴、工件夹紧台、摄像仪、气动式锁紧压头、锁紧气缸、气缸支座、带轴承座侧板、第一水平轴向移动平台、经向旋转轴、经向旋转驱动伺服电机、底板、纬向轴承座和第二水平轴向移动平台，其特征在于：
所述的摄像仪安装于钻床上，摄像仪的镜头中心轴线与钻头的中心轴线同轴；两个锁紧气缸对称设置，其底座均固定在气缸支座上，气缸支座与工件夹紧台固定；两个气动式锁紧压头分别固定在对应锁紧气缸的活塞杆上；所述的工件夹紧台底部设有旋转块，旋转块开设有与经向旋转轴键连接的键槽孔；所述经向旋转轴的两端均通过轴承支承在带轴承座侧板上；所述经向旋转驱动伺服电机的底座固定在带轴承座侧板上，其输出轴与经向旋转轴固定；所述带轴承座侧板的两侧对称固定有两根纬向旋转轴，纬向旋转轴与经向旋转轴垂直设置；两根纬向旋转轴均通过轴承支承在纬向轴承座上；所述的纬向轴承座固定在底板顶部；一根纬向旋转轴的端部开设有键槽孔，纬向伺服电机的输出轴与纬向旋转轴的键槽孔通过键连接；所述纬向伺服电机的底座固定在纬向轴承座上；第二水平轴向移动平台和第一水平轴向移动平台依次设置在底板底部；所述第二水平轴向移动平台的第二滑块与底板固定，驱动底板；所述第一水平轴向移动平台的第一滑块与第二水平轴向移动平台固定，驱动第二水平轴向移动平台。
2.根据权利要求1所述的一种空气干燥器阀座斜孔加工智能夹具，其特征在于：所述气动式锁紧压头的底部为平行于工件夹紧台顶面的平面。
3.根据权利要求1所述的一种空气干燥器阀座斜孔加工智能夹具，其特征在于：所述的工件夹紧台顶部固定有挡边和四个圆柱形的限位突起。
4.根据权利要求1所述的一种空气干燥器阀座斜孔加工智能夹具，其特征在于：机的底座固定在纬向轴承座开设的四个螺纹孔内。
5.根据权利要求1所述的一种空气干燥器阀座斜孔加工智能夹具，其特征在于：所述的经向旋转轴为阶梯轴，其中间轴段开设有与工件夹紧台的键槽孔键连接的键槽。
6.根据权利要求1所述的一种空气干燥器阀座斜孔加工智能夹具，其特征在于：所述的带轴承座侧板为环状板；带轴承座侧板开设有四个螺纹孔，用于固定经向旋转驱动伺服电机。
7.根据权利要求1所述的一种空气干燥器阀座斜孔加工智能夹具，其特征在于：所述的第一水平轴向移动平台包括第一丝杆、第一光杆、第一滑块和第一移动平台；所述的第一丝杆通过轴承支承在第一移动平台上，且通过伺服电机驱动；所述的第一滑块与第一丝杆构成螺旋副，且套置在与第一移动平台固定的两根第一光杆上。
8.根据权利要求1所述的一种空气干燥器阀座斜孔加工智能夹具，其特征在于：所述的第二水平轴向移动平台包括第二丝杆、第二光杆、第二滑块和第二移动平台；所述的第二丝杆通过轴承支承在第二移动平台上，且通过伺服电机驱动；所述的第二滑块与第二丝杆构成螺旋副，且套置在与第二移动平台固定的两根第二光杆上。
9.根据权利要求1所述的一种空气干燥器阀座斜孔加工智能夹具，其特征在于：所述的纬向旋转驱动伺服电机、经向旋转驱动伺服电机、锁紧气缸、摄像仪以及驱动第一水平轴向移动平台和第二水平轴向移动平台的伺服电机均与控制器连接；控制器与PC端连接。
10.权利要求9所述的一种空气干燥器阀座斜孔加工智能夹具的装夹方法，其特征在于：该方法的具体步骤如下：
步骤1、往PC端输入待加工空气干燥器阀座的实体造型信息作为参照，工件夹紧台复位至坐标系原点，工人将待加工空气干燥器阀座安装到工件夹紧台后，气动式锁紧压头压紧待加工空气干燥器阀座，至此待加工空气干燥器阀座的六个自由度被完全限制；
步骤2、摄像仪开始采集图像，并将采集到的图像经控制器传给PC端和第一个待加工孔位置进行比对，控制器将空间位置的姿态角换算成各个伺服电机输出轴的转动角度，从而实现纬向旋转轴、经向旋转轴、第二水平轴向移动平台和第一水平轴向移动平台的联动，先后对工件夹紧台位置进行粗调和微调；
步骤3、第一个待加工孔位置初次调整后，摄像仪再次采集图像，比对PC端的实体造型信息，若不符合继续重复调整工件夹紧台位置，直至钻头对准第一个待加工孔的中心轴线，钻床开始工作，钻完第一个待加工孔；
步骤4、重复步骤2和3，完成同一个空气干燥器阀座的所有斜孔加工。
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