CN107378553B - 一种工件装夹装置及装夹方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种工件装夹装置，涉及工件定位、夹固技术领域。该工件装夹装置用于机床与工件的装夹，工件的底面设置有凹坑结构和工件螺纹孔；其特征在于，工件装夹装置包括：工作台，工作台上固设有若干个装夹座，装夹座贯穿工作台的底面和顶面，装夹座的顶面设置有能与凹坑结构相对应的凸起结构和装夹座通孔，底面设置有装夹座螺纹孔；连接机构，包括垫板、及穿设在垫板上的长螺栓和短螺栓，垫板抵靠在装夹座的底面，长螺栓能穿过装夹座通孔与工件上的工件螺纹孔连接，短螺栓能与装夹座连接。本发明还公开一种工件装夹方法。本发明解决了工件装夹精度低，转换工件操作繁琐，对工人操作经验依赖程度高的问题，提高了工作效率。

Description

一种工件装夹装置及装夹方法

技术领域

本发明涉及工件定位、夹固技术领域，尤其涉及一种工件装夹装置及装夹方法。

背景技术

工件去除材料的加工方法有刨、铣、拉、磨等，刨削和铣削常用作工件的粗加工和半精加工，而磨削则用作工件的精加工。首先，工件在机床上进行定位，接着以机床的X，Y，Z方向为基准完成校准，并对其进行夹紧，工件在装夹完后，还需要碰边分中，对刀等基本工序，确定工件的三维坐标相对机床的三维坐标位置，以保证操作机床加工的准确性。

目前常见的工件加工的装夹装置多为单个工件在机床上进行加工，或多个工件装夹在机床上，但每个工件的位置还需要分别再分中确定工件的三维坐标相对机床的三维坐标位置，待工件加工完毕后，需要对工件进行拆卸，再对下一个工件进行装夹。并且根据操作工人的经验不同，装夹效果也有所差异，且易出错，同时不同的工件每次的装夹和拆卸过程也会带来冗繁和重复的机械劳动，延长加工时间，影响装夹精度和重复定位精度。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种工件装夹装置及装夹方法，以解决现有技术中工件定位精度低，转换工件操作繁琐，速度慢，对工人操作经验依赖程度高，机床使用效率低的问题，本发明可以一次性装夹多个工件，且工件转换不需要再次进行位置校准，大大加快了工作效率。

为实现上述发明目的，本发明提供一种工件装夹装置，用于机床工作台与工件的装夹，工件的底面设置有凹坑结构和工件螺纹孔，工件装夹装置包括：

工作台，工作台上固设有若干个装夹座，装夹座贯穿工作台的底面和顶面，装夹座的顶面设置有能与凹坑结构相对应的凸起结构和装夹座通孔，底面设置有装夹座螺纹孔；

连接机构，包括垫板、及穿设在垫板上的长螺栓和短螺栓，垫板抵靠在装夹座的底面，长螺栓能穿过装夹座通孔与工件上的工件螺纹孔连接，短螺栓能与装夹座连接。

作为优选，装夹座通孔包括一个第一装夹座通孔和多个第二装夹座通孔，第一装夹座通孔设置在装夹座的中心位置，多个第二装夹座通孔以第一装夹座通孔处为圆心，均匀设置在第一装夹座通孔的外侧，装夹座螺纹孔为多个，且以第一装夹座通孔为圆心，均匀设置在第二装夹座通孔的外侧。上述第一装夹座通孔和第二装夹座通孔结构的设置，使装夹座的装夹形式更灵活，同时螺纹孔的布置形式更加合理有效，不阻碍装夹座上的凸起结构和工件凹坑结构的配合。

作为优选，工作台与装夹座为一体式结构，若干个装夹座在工作台内以线性阵列形式均匀间隔排布。上述结构的设置，确保以线性阵列形式均匀间隔排布的装夹座组合形成的装夹座阵列形式，在工作台顶面上的位置可以由机床进行校准而精确确定，操作工人只需编程装夹座阵列形式位置坐标系程序，就可以确定与装夹座装夹的工件在工作台顶面的位置，从而实现一次装夹，无需对每个工件进行校准，中途不需要拆卸，就可以连续对多个工件进行加工，从而大大提高了加工效率。

作为优选，凸起结构在装夹座上以矩形阵列形式均匀间隔排布，或以第一装夹座通孔为圆心以辐射状均匀间隔排布，或以平行于装夹座边长的平行线形式均匀间隔分布。上述结构的设置，能够使得工件在压制工序中，受力分布更均匀，在装夹过程中，装夹座与工件的配合更方便、准确。

作为优选，工件的结构形式可以设置为，工件螺纹孔设有一个，位于工件的底面中心处，还可以设置为，工件螺纹孔设有三个，包括位于工件底面中心处的第一工件螺纹孔，和两个分别位于第一工件螺纹孔两侧的第二工件螺纹孔。上述结构的设置，可以使得工件尺寸不论大小，都可以保证较高的夹紧刚度；同时，如果中心位置处第一工件螺纹孔位置打偏的情况下，还可以打第二工件螺纹孔对其进行弥补；以及当工件需要在中心处设置透气孔等不允许在工件中心处打孔的情况下，可以打第二工件螺纹孔进行紧固，使得工件的装夹形式多样化。

作为优选，垫板的结构形式可以设置为，垫板中间设置有凸台，用于抵靠在装夹座底面上，垫板上设置有两个关于垫板中心对称分布的垫板通孔，长螺栓穿过垫板通孔、第一装夹座通孔后与工件螺纹孔连接，短螺栓穿过垫板通孔后与装夹座螺纹孔连接。上述凸台结构的设置，能够使得垫板的受力状态更加合理，凸台结构的设置使得螺栓紧固时产生的力成杠杆分布，可以保证螺栓在拧紧过程中不产生对装夹座的旋转力矩，从而使装夹座在空间中的位置保持不变，同时工件与装夹座的定位更加牢固。

作为优选，垫板的结构形式还可以设置为，垫板上设置有两个关于垫板中心对称分布的垫板通孔和两个关于垫板中心对称分布的垫板螺纹孔，两个长螺栓穿过垫板通孔和第二装夹座通孔后，与第二工件螺纹孔连接，短螺栓穿过垫板螺纹孔后，抵紧在装夹座的底面上。上述结构的设置，提供了另一种紧固的方法，使得工件能够承受更大的轴向、径向力，装夹工件的结构形式和尺寸范围更大，同时提高了装夹方式的纠错性和可操作性。

作为优选，凸起结构的形状为三棱锥形、四棱锥形、半球形、四棱柱形、圆锥形或半圆柱形。此处的改进使得凸起结构和凹坑结构卡接形式多样化，满足装夹座材料和工件材料的硬度、刚度不同的情况下，对凸起结构选择的不同要求。

作为优选，工件为电极，电极的优选材料为红铜，机床为数控铣床。该装夹装置更适合铣床对电极的加工，大大提高了电极的装夹效率。

本发明的另一个目的在于提供一种工件装夹方法，以实现工件与工作台的高精度、快速装夹。

为实现上述发明目的，本发明提供一种工件的装夹方法，包括以下步骤：

工件的准备：工件的准备过程需要使用装夹座单体结构，装夹座单体与工作台上的装夹座结构完全相同，利用压机将装夹座单体上的凸起结构，压在工件底面上，形成与凸起结构一一对应的凹坑结构，并在工件底面开设工件螺纹孔；

工件的装夹：通过工作台上装夹座的凸起结构和工件底面上的凹坑结构进行卡接配合，对工作台和工件进行定位，利用连接机构将工件与工作台紧固。

本发明的有益效果为：

本发明所提供的工件装夹装置，以及一种工件装夹的方法，通过凸起结构和凹坑结构实现工件与机床工作台之间的定位，通过连接机构实现夹紧，工作台上的装夹座阵列结构可以实现同时一次性装夹多个工件，且不需要多次校准；同时通过对工件进行前处理加工，使得不同结构形式的工件均具有标准的定位结构，可以实现转换工件不需要重复进行位置校准，大大加快了工作效率。因此，本发明解决了工件定位精度低，转换工件操作繁琐，速度慢，对工人操作经验依赖程度高，使用效率低的问题。

附图说明

图1是本发明提供的工件与工作台装夹的结构示意图。

图2是本发明所涉及的压机的工作状态图。

图3是本发明所涉及的第一种工件结构示意图。

图4是本发明所涉及的第二种工件结构示意图。

图5是本发明所涉及的第一种垫板的结构示意图。

图6是本发明所涉及的第二种垫板的结构示意图。

图7是本发明所涉及的工件装夹装置的局部剖视图。

图8a-图8h是本发明所涉及的工作台上装夹座的结构示意图。

图9是本发明所涉及的一种装夹座单体结构示意图。

图中：1、工件；11、工件底面；12、凹坑结构；13、工件螺纹孔；131、第一工件螺纹孔；132、第二工件螺纹孔；

2、工作台组件；21、底座；22、支腿；23、工作台；231、工作台顶面；232、工作台底面；24、装夹座；241、凸起结构；242、装夹座通孔；2421、第一装夹座通孔；2422、第二装夹座通孔；243、装夹座螺纹孔；24'、装夹座单体；241'、凸起结构；242'、装夹座通孔；2421'、第一装夹座通孔；2422'、第二装夹座通孔；

3、连接机构；31、垫板；311、凸台；312、垫板通孔；313、垫板螺纹孔；32、长螺栓；33、短螺栓；

4、压机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本发明的技术方案的目的，是为了实现工件1在加工机床上的精确装夹，为此，设计了工作台组件2和连接机构3，作为实现工件1在加工机床上的精确装夹的装置，工件1与工作台组件2装夹的结构示意图如图1和图7所示，多个工件1与工作台组件2通过凸起结构和凹坑结构分别进行定位操作，连接机构3由工作台底面232向上，分别对多个工件1与工作台组件2进行夹紧操作，实现多个工件1与工作台组件2的装夹。

一、工作台组件2的结构形式

工作台组件2的结构形式如图8a所示，支腿22安装在底座21上，并支撑工作台23，工作台顶面231设置有装夹座24，装夹座24设置有凸起结构241、装夹座通孔242和装夹座螺纹孔243。

凸起结构241的形状可以设置为：

(1)三棱锥形，如图8e所示；

(2)四棱锥形，如图8a所示；

(3)半球形，如图8c所示；

(4)四棱柱形，如图8b、图8d和图8h所示；

(5)圆锥形，如图8g所示；

(6)半圆柱形等，如图8f所示；

(7)以及不同形状之间的排列组合形式，如图8a所示；

不同的凸起结构241可以使凸起结构241和凹坑结构12的配合多样化，满足装夹座材料和工件材料的硬度、刚度不同的情况下，对凸起结构241选择的不同要求，其中优选的凸起结构形状为三棱锥形、四棱锥形，如图8a所示。

凸起结构241在装夹座24上的排布方式可以设置为：

(1)以矩形阵列形式均匀间隔排布，如图8a、图8c、图8f和图8g所示

(2)或以第一装夹座通孔为圆心以辐射状均匀间隔排布，如图8e和图8h所示

(3)以平行于装夹座边长的平行线形式均匀间隔分布，如图8b和图8d所示

其中优选为以3×3矩形阵列形式均匀间隔排布，如图8a、图8c、图8f和图8g所示。

如图7所示，装夹座通孔242包括一个第一装夹座通孔2421和多个第二装夹座通孔2422，其中第一装夹座通孔2421是装夹座24的中心位置，多个第二装夹座通孔2422以第一装夹座通孔2421为圆心，均匀设置在第一装夹座通孔2421的外侧，优选第二装夹座通孔2422的数量为4个，且不与设置的凸起结构相干涉；多个装夹座螺纹孔243以第一装夹座通孔2421为圆心，均匀设置在第二装夹座通孔2422的外侧，优选装夹座螺纹孔243的数量为4个。装夹座通孔242和装夹座螺纹孔243的优选数量和排布方式如图7所示。

装夹座24在工作台顶面231以线性阵列形式均匀间隔排布，优选为3×3的结构形式。工作台顶面231即为平面加工机床的基准平面，装夹座24在工作台顶面231的位置可以由第一装夹座通孔2421的位置进行确定，具体通过加工机床编程的装夹座阵列位置唯一确定。工作台23与装夹座24的优选结构形式为一体式结构，即装夹座的顶面与工作台顶面231重合，装夹座的底面与工作台底面232重合。

工件1的优选为电火花加工的电极，电极的优选材料为红铜，机床的优选为数控铣床，在这种情况下，本发明的装夹方式最合理，装夹效果最优。

二、连接机构3的结构形式

连接机构3的结构形式为：垫板31、及穿设在垫板上的长螺栓32和短螺栓33，垫板31可以设置为两种结构形式：

第一种：垫板31中间设置有凸台311，用于抵靠在工作台底面232上，垫板31上设置有两个关于垫板中心对称分布的垫板通孔312，第一种垫板的结构形式如图5所示；

第二种：垫板31上设置有两个关于垫板中心对称分布的垫板通孔312和两个关于垫板中心对称分布的垫板螺纹孔313，两个垫板通孔312连线与两个垫板螺纹孔313连线成平行四边形对角线形式分布，第二种垫板的结构形式如图6所示。

两种结构形式的垫板可以针对不同结构形式的工件进行自由选择而实现装夹，大大提高了系统的通用性和可操作性。

三、工件1的结构形式

工件1在装夹之前，还需要对工件1进行前处理加工，包括以下步骤：

压制：压机的工作状态图如图2所示，压机将工件1的底面11朝上固定在压机4的操作平面上，通过与装夹座24的结构形式完全相同的装夹座单体24'进行压制。即，将装夹座单体24'具有凸起结构241'的一面朝下固定在压机4的压头上，压机4通过施加合适的压力，由于装夹座单体24'的材料比工件1材料的硬度要高，故可以将装夹座单体24'上的凸起结构241'压在工件底面11上，形成凹坑结构12，此时装夹座单体24'上的凸起结构241'与工件底面11上的凹坑结构12之间唯一精确配合，以此配合可以实现装夹座24和工件1的精准定位操作。

打螺纹孔：将工件1从压机4上取下，对工件底面11进行打螺纹孔操作。当工件尺寸较小时，可以将螺纹孔位置设置在工件底面11的中心位置处，形成工件螺纹孔13，此为第一种工件，其结构示意图如图3所示；当工件尺寸较大时，或中心位置处第一工件螺纹孔131位置打偏的情况下，或工件需要在中心处设置透气孔等不允许在工件中心处打孔的情况下，可以在第一工件螺纹孔131两侧打两个第二工件螺纹孔132，此为第二种工件，其结构示意图如图4所示。针对第一种工件，优选采用第一种垫板进行装夹；针对第二种工件，优选采用第二种垫板进行装夹。

经过上述工件加工步骤，虽然工件的顶面可以加工出不同的结构形式，但每个工件底面11都具有标准的定位结构，即与装夹座24唯一精确配合的凹坑结构12。工件螺纹孔13与装夹座通孔242、装夹座螺纹孔243，以及垫板通孔312和垫板螺纹孔313，三者之间的位置关系实现相互对应。因此，即使工件的结构形式不同，均可以和装夹座24精确配合，实现两者之间的定位，并通过连接机构3实现夹紧，通用性强。

四、工件1与工作台23的装夹过程

优选装夹过程一：

针对第一种工件，工件1与工作台23的装夹过程为：

将装夹座24上的凸起结构241和工件底面11上的凹坑结构12进行卡接配合，由于凸起结构241和凹坑结构12唯一精确配合，故可以实现装夹座24与工件1之间的定位操作；将垫板31中间设置的凸台311抵靠在工作台底面232上，将长螺栓32从工作台底面232向上，穿过垫板通孔312、装夹座通孔242后与工件螺纹孔13连接，短螺栓33穿过垫板通孔312后与装夹座螺纹孔13连接。此时，连接机构3将工作台23和工件1进行夹紧，从而实现了工作台23和工件1的装夹过程，即工件1在工作台23上的空间位置与机床的空间位置唯一确定。优选装夹过程一所采用的第一种垫板，对第一种工件和工作台进行装夹的结构示意图，如图7的局部剖视图所示。

优选装夹过程二：

针对第二种工件，工件1与工作台23的装夹过程为：

装夹座与工件之间的定位操作与优选装夹过程1中的方法相同，此处不再赘述。

将两个长螺栓32从工作台底面232向上，穿过垫板通孔312、装夹座通孔242后与工件螺纹孔13连接，短螺栓33穿过垫板通孔312后抵紧在装夹座24底面上。此时，连接机构3将工作台23和工件1进行夹紧，从而实现了工作台23和工件1的装夹过程，即工件1在工作台23上的空间位置与机床的空间位置唯一确定。优选装夹过程二所采用的第二种垫板，对第二种工件和工作台进行装夹的结构示意图，如图7的局部剖视图所示。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种工件装夹装置，用于机床与工件的装夹，所述工件的底面设置有凹坑结构(12)和工件螺纹孔(13)；

其特征在于，所述工件装夹装置包括：

工作台(23)，工作台(23)上固设有若干个装夹座(24)，所述装夹座(24)贯穿工作台(23)的底面和顶面，所述装夹座(24)的顶面设置有能与所述凹坑结构(12)相对应的凸起结构(241)和装夹座通孔(242)，所述装夹座(24)的底面设置有装夹座螺纹孔(243)；

连接机构(3)，包括垫板(31)、及穿设在垫板(31)上的长螺栓(32)和短螺栓(33)，所述垫板(31)抵靠在装夹座(24)的底面，所述长螺栓(32)能穿过所述装夹座通孔(242)与所述工件上的工件螺纹孔(13)连接，所述短螺栓(33)能与所述装夹座(24)连接；

所述装夹座通孔(242)包括一个第一装夹座通孔(2421)和四个第二装夹座通孔(2422)，所述第一装夹座通孔(2421)设置在所述装夹座(24)的中心位置，所述四个第二装夹座通孔(2422)以第一装夹座通孔(2421)为圆心，均匀设置在第一装夹座通孔(2421)的外侧；所述装夹座螺纹孔(243)为多个，且以第一装夹座通孔(2421)为圆心，均匀设置在第一装夹座通孔(2421)的外侧；

所述凸起结构(241)在所述装夹座(24)上以矩形阵列形式均匀间隔排布，或以所述第一装夹座通孔(2421)为圆心呈辐射状均匀间隔排布。

2.根据权利要求1所述的工件装夹装置，其特征在于，所述工作台(23)与装夹座(24)为一体式结构，所述若干个装夹座(24)在工作台(23)内以线性阵列形式均匀间隔排布。

3.根据权利要求1所述的工件装夹装置，其特征在于，所述工件螺纹孔(13)设有一个，位于所述工件的底面中心处，或所述工件螺纹孔(13)设有三个，包括位于工件的底面中心处的第一工件螺纹孔(131)，和两个分别设置在第一工件螺纹孔(131)两侧的第二工件螺纹孔(132)。

4.根据权利要求3所述的工件装夹装置，其特征在于，所述垫板(31)中间设置有凸台(311)，所述垫板(31)上设置有两个关于垫板中心对称分布的垫板通孔(312)，所述长螺栓(32)穿过所述垫板通孔(312)、第一装夹座通孔(2421)后与所述工件螺纹孔(13)连接，所述短螺栓(33)穿过所述垫板通孔(312)后与所述装夹座螺纹孔(243)连接。

5.根据权利要求3所述的工件装夹装置，其特征在于，所述垫板上设置有两个关于垫板中心对称分布的垫板通孔(312)和两个关于垫板中心对称分布的垫板螺纹孔(313)，两个所述长螺栓(32)穿过所述垫板通孔(312)和所述第二装夹座通孔(2422)后，与所述第二工件螺纹孔(132)连接，两个所述短螺栓(33)穿过所述垫板螺纹孔(313)后，抵紧在装夹座(24)的底面上。

6.根据权利要求1-5任一项所述的工件装夹装置，其特征在于，所述凸起结构(241)的形状为三棱锥形、四棱锥形、半球形、四棱柱形、圆锥形或半圆柱形。

7.根据权利要求6所述的工件装夹装置，其特征在于，所述工件为电极，电极的材料为红铜，所述机床为铣床。

8.一种工件装夹方法，采用如权利要求1-7任一项所述的工件装夹装置对工件进行装夹，其特征在于，包括以下步骤：

工件的准备：准备装夹座单体，所述装夹座单体与所述工作台(23)上的装夹座(24)结构完全相同，利用压机(4)将装夹座单体上的凸起结构压在工件的底面上，形成与装夹座单体上的凸起结构一一对应的凹坑结构(12)，并在工件的底面开设工件螺纹孔(13)；

工件的装夹：通过工作台(23)上所述装夹座(24)的凸起结构(241)和所述工件的底面上的凹坑结构(12)进行卡接配合，对工作台(23)和工件进行定位，所述连接机构(3)将所述工件与所述工作台(23)紧固。