CN105583423A

CN105583423A - 一种快速精确定位工件的装置

Info

Publication number: CN105583423A
Application number: CN201610047738.2A
Authority: CN
Inventors: 刘燕
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-01-26
Filing date: 2016-01-26
Publication date: 2016-05-18

Abstract

本发明涉及一种快速精确定位工件的装置，包括：将夹具板上的两个孔对准基础底座的两个自定心膨胀芯轴，让该夹具板与夹具基础板的配合表面贴合，其中夹具基础板与夹具板的配合表面确定了空间坐标系的一个坐标平面，两个膨胀芯轴中心连线确定了该坐标平面上的一个坐标轴的方向，以其中一个膨胀芯轴作为空间坐标系的预设坐标点将夹具板定心，另一个膨胀芯轴将夹具板以定心点为圆心进行定向；然后先使位于预设坐标位置的定心膨胀芯轴涨开，使该膨胀芯轴周向贴合与其相配合的夹具板上的定心孔；再涨开另一个定向膨胀芯轴，使这个膨胀芯轴与其配合的夹具板上的定向孔相内切。本发明不仅能够达到夹具板相对于夹具基础板非常高的定位重复性，而且能够实现夹具板在预设坐标系中的快速精确定位。

Description

一种快速精确定位工件的装置

技术领域

本发明涉及一种快速精确定位工件在预设坐标的装置，特别是在机械加工行业精确定位工件的装置。

背景技术

在机械加工行业，当切换工序时，一般要对工件或夹具打千分表或用寻边器来建立工件坐标系，这个过程既耗费时间，又存在测量误差和计算及输入坐标错误的风险。

为了减少夹具定位的时间进行快速工装切换，通常采用在夹具基础板上设置两个定位销的定位方式，或采用球锁机构的零点定位系统。

一面两销定位夹具的方式，夹具的定位误差包含了基础板两个定位销与夹具定位孔的间隙、基础板两个定位销的间距制造误差和夹具板两个定位孔间距的制造误差，为了达到夹具的精确定位以实现工序快速切换必然要提高夹具基础板和夹具板的制造精度和制造成本。

而零点定位系统采用比较复杂的球锁机构，以其中一个球锁机构配合夹具上的拉杆对夹具进行定心，另外一个球锁机构是浮动的，起到定向的作用。根据美国杰根斯网站公布的数据，他们这种产品的重复定位精度是0.005mm，通常定位精度比重复定位精度要差很多。

另外，在精密航空零部件的制造过程中，由于零件的热处理和表面处理要求，零件往往需要进行二次装夹；在二次定位时，如果采用传统的一面两销的方式，由于重复定位误差累积往往难以保证航空零部件精密的位置度要求；而航空零部件的结构比较复杂，在四轴或五轴加工中心上靠人工找正建立工件的空间坐标系难度非常大。

发明内容

现代化生产要求系统能够快速响应市场变化，高效地进行多品种小批量的柔性生产对企业的竞争力越来越重要。高精度的一面两销基础板或球锁机构组成的零点定位系统虽然能够起到快速定位的作用，但是其夹具成本非常高昂，当零件生命周期内批量不大的情况下，增加了零件单件分摊成本。而在航空零部件制造业由于制造工艺的复杂性，二次装夹精确重复定位的要求也必然增加了工装夹具的成本或增加了找正工件坐标系的难度。

为了克服现有技术的不足，本发明针对这些问题，提出了一种低成本实现快速精确定位工件的装置。

本发明的技术方案，提供了一种能快速精确地将工件定位在预设机床坐标位置上的装置，包括：作为通用定位底座的夹具基础板，一个夹具板用来装夹工件；夹具基础板上有两个自定心膨胀芯轴，其中一个膨胀芯轴作为预设坐标点，夹具板上有一个定心孔与涨紧的定心膨胀芯轴会周向贴合，夹具板可以绕以定心孔偏转；夹具基础板上另一个膨胀芯轴是定向芯轴，该膨胀芯轴涨开后会与夹具板上的定向孔相内切或重合，从而固定夹具板的角向位置。该装置工作的顺序是：先使两个膨胀芯轴处于未涨紧状态，使它们的直径最小；将夹具板的两个孔对准夹具基础板的两个自定心膨胀芯轴，让该夹具板与夹具基础板的配合表面贴合。然后先将位于预设坐标位置的定心膨胀芯轴涨开，使该膨胀芯轴周向贴合与其相配合的孔；再涨开另一个膨胀芯轴，使这个膨胀芯轴与其配合的孔相内切。

其中，夹具基础板与夹具板的配合表面确定了一个坐标平面，为了方便理解，假设这个平面是Z＝0平面。两个膨胀芯轴中心连线确定了一条轴的方向，假设该轴是X轴；以其中一个膨胀芯轴在机床坐标系的预设坐标点(X₁，Y₁)，该膨胀芯轴的作用是将夹具板的定心孔中心与坐标(X₁，Y₁)重合；另一个膨胀芯轴的作用是当夹具板的孔间距与基础板的膨胀芯轴间距不等的时候，定向膨胀芯轴直径足够小，使得其与夹具定向孔的间隙足够使夹具板的两孔能够很方便地套在夹具基础板上的定心膨胀芯轴上，而且该定向膨胀芯轴在涨紧时能够与夹具板的定向孔内切从而固定夹具板的角向。

本发明的装置的特征还包括：膨胀芯轴外径在不受约束的情况下涨开后的最大直径不能小于与其相配合的孔的直径；膨胀芯轴上均布等宽的小槽；膨胀芯轴具有弹性，受胀紧力能够发生变形，撤消外力后能够恢复到原来的直径；膨胀芯轴的内锥面与外径同轴。

另外，膨胀芯轴的圆度和与其配合的孔的圆度之和会远远大于待定位夹具的空间位置误差值。例如铰制的定向孔圆度是0.005mm，膨胀芯轴磨削后的圆度是0.002mm，那么该夹具在定向孔处的最大定位误差是0.007mm。但是只有当两个膨胀芯轴中心的间距等于夹具上两个孔距，且定向孔的距圆心最近点和膨胀芯轴距圆心最远点重合，并且该重合点与圆心的连线垂直于两个膨胀芯轴中心连线时，夹具在定向孔处的最大偏移量等于定向孔和与其配合膨胀芯轴的不圆度之和才会发生。因此最大定位误差发生的概率极小。

其次，当定心膨胀芯轴与夹具上定心孔周向贴合，定向膨胀芯轴与夹具定向孔相内切时，两个膨胀芯轴的间距与待定位夹具相配合的两孔间距之差，等于定向孔半径与相配合的膨胀芯轴此时的半径之差。因此，膨胀芯轴的自由状态时最小半径应不大于定向孔半径减膨胀芯轴间距与夹具上两孔间距之差值。膨胀芯轴的膨胀范围，即其胀开到定向孔直径和自由状态最小直径之差越大，夹具基础板上的膨胀芯轴间距和夹具上的定心孔与定向孔间距允许的公差就越大，而它们的加工和装配成本就越低。膨胀芯轴的膨胀范围大于0.15mm时，底座和夹具上两个孔的制造要求就不高，普通的铣床加工基本上能够满足要求。另外，两个膨胀芯轴起的分别是定心和定向的作用，根据短销定位的原理，膨胀芯轴露出基础底座的部分应该短一些，只要能够确保膨胀芯轴和与它们相配合的孔壁接触就可以了。

涨开膨胀芯轴的方法，包括：通过顶杆或头部直径大于杆部直径的拉杆产生的轴向运动，使膨胀芯轴内锥面被楔开；或通过拉杆或顶杆将中间部件压在膨胀芯轴的内锥面上；拉杆或顶杆可以通过螺纹与膨胀芯轴或基础底座的螺纹孔连接，拉杆或顶杆也可以与外接动力相连。

本发明的工作原理是：底座的定位面与膨胀芯轴形成了一面两销六点定位的结构，而膨胀芯轴有较大的膨胀范围又能够消除该结构中两销及与其配合孔间距差值调整所需的配合间隙；而且由于膨胀芯轴与定向孔相内切，在胀紧力的作用下只有当相切点在两个膨胀芯轴连线上时，胀紧力指向或背离定心点，没有其它方向的分力使夹具绕定心点旋转，该结构达到最稳定状态，定向孔的方向被固定在唯一的角度方向上。该方法固定的夹具相对于预设的空间坐标系定位精度主要受到定向孔和与之配合的膨胀芯轴圆度的影响。当偏离真圆的凸点在X轴，即两个膨胀芯轴中心连线上时，夹具在Y轴方向的位置不会受到影响。只有定向膨胀芯轴和定向孔偏离真圆的凸点在Y轴的分量能够使夹具角向位置发生偏转。只有当底座的两个膨胀芯轴中心间距等于夹具上定心孔与定向孔间距，且定向膨胀芯轴和定向孔上的凸点重合时，定向孔偏离X轴最大，等于定向芯轴和夹具上定向孔不圆度之和，这个概率非常小。因此夹具的定位精度很高，而重复定位精度更是非常高。

本发明的有益效果是：采用本发明来精密定位夹具进而定位工件，只要普通精度制造的膨胀芯轴、芯轴间距、孔距和孔的圆度，就能够对夹具和零件快速定位，而且能够达到很高的定位精度和更高的重复定位精度。相对传统的人工建工件坐标系本发明的方法更精确、稳定和高效。另一方面，该方法涉及的元件结构简单，相对于精密定位销和孔或复杂的零点定位系统成本低很多；采用本发明方法的夹具通用基础板，能够以低成本实现工序夹具的快速切换。

附图说明

图1本发明实施例轴测图。

图2本发明实施例主视图。

图3本发明实施例A-A剖视图。

图4所述膨胀芯轴的主视图。

图5所述膨胀芯轴的B-B剖视图。

具体实施方式

下面以快速精确定位夹具为例，说明实施本发明的一种方法。该实施例的装置包括；直径255毫米的夹具基础板1的中心一个直径14毫米的膨胀芯轴2，距基础板1中心60毫米处有一个直径14毫米的膨胀芯轴2，膨胀芯轴2的材料是弹簧钢，涨开后的最大直径是14.30mm。膨胀芯轴2在夹具基础板1的沉孔中，膨胀芯轴2的法兰边与夹具基础板1之间采用螺钉6连接。一个衬套4过盈地压入夹具基础板1的孔中并压在膨胀芯轴2的法兰边上，衬套4内孔直径14.30mm。螺钉3旋入膨胀芯轴2中心的螺纹孔中，膨胀芯轴2的中间孔有一个锥面和螺钉3头部的锥面相贴合。螺钉3向下旋转的过程中膨胀芯轴2会向外涨开。与基础板1配套的夹具板5有两个相距60毫米直径为14.25毫米的孔。将夹具基础板1固定在机床上，其中心的坐标即为夹具板5的预设坐标。其中，夹具基础板1的外形可以是圆的，也可以是其它形状；膨胀芯轴2间距的公差为0.1mm，夹具板5两个孔间距公差0.1mm。膨胀芯轴的圆度是0.002mm，夹具板5孔的圆度0.005mm。实施该技术方案时，基础板1上的膨胀芯轴间距越大越利于提高定向精度，但是夹具板5的直径也就不能做小，否则不利于做小零件时节约夹具的材料成本和夹具制造费用。

本实施例定位夹具的过程是：将夹具板5的两个孔对准基础板上的两个膨胀芯轴2，将夹具板5放在基础板1上，确保两者表面贴合。先通过拧紧螺钉3使得基础板1中心的膨胀芯轴2膨胀并贴合夹具板5的中心孔；然后拧紧另外一个膨胀芯轴2，使其与夹具板5的定向孔内切。这个过程就能够使夹具板5精确定位在基础板1上，即夹具板5的定心孔与基础板1的中心重合，夹具板5的定心孔和定向孔中心连线与基础板两个膨胀芯轴2中心连线重合。

本实施例只是给出了一个具体实施的例子来解释其原理，并非对实施装置的具体限制，例如夹具的定心孔和定向孔也可以设计成不同直径。

Claims

1.一种快速精确定位工件在预设坐标上的装置，包括：作为通用定位底座的夹具基础板，一个夹具板用于装夹工件；夹具基础板上有两个自定心膨胀芯轴，其中一个膨胀芯轴作为预设坐标点，夹具板上有一个定心孔与涨紧的定心膨胀芯轴会周向贴合，夹具板可以绕以定心孔偏转；夹具基础板上另一个膨胀芯轴是定向芯轴，该膨胀芯轴涨开后会与夹具板上的定向孔相内切或重合，从而固定夹具板的角向位置。

2.权利要求1中所述的膨胀芯轴的涨紧顺序是，在未涨紧状态下使夹具板的两孔和夹具基础板上两膨胀芯轴相配合，夹具板与夹具基础板表面贴合；然后再涨开定心膨胀芯轴与夹具板上的定心孔周向贴合；然后再涨开定向膨胀芯轴使其与夹具板上的定向孔内切。

3.权利要求1中所述的膨胀芯轴，其特征在于：外径不受约束的情况下涨开后的最大直径不小于与其相配合的孔的直径；膨胀芯轴上均布等宽的小槽；膨胀芯轴具有弹性，受胀紧力能够发生变形，撤消外力后能够恢复到原来的直径；膨胀芯轴的内锥面与外径同轴。

4.采用权利要求1所述的膨胀芯轴，其特征在于：待定位夹具的空间位置度误差值远小于定向膨胀芯轴的圆度和与其配合的孔的圆度之和。

5.权利要求1中所述的夹具基础板，其特征在于：定向膨胀芯轴没有胀紧时的最小半径不大于定向孔半径减去膨胀芯轴中心的间距与夹具板上相配合的两孔间距之差值。

6.权利要求1中所述的涨开膨胀芯轴的方法，包括：通过顶杆或头部直径大于杆部直径的拉杆产生的轴向运动，使膨胀芯轴内锥面被楔开；或通过拉杆或顶杆将一个中间部件压在膨胀芯轴的内锥面上；拉杆或顶杆可以通过螺纹与膨胀芯轴或夹具基础板的螺纹孔连接，拉杆或顶杆也可以与外接动力相连。