CN107825377A - 一种高精度180°翻转定位装置及装调方法 - Google Patents

Abstract

本发明依据某直线绕其上任意一点旋转180°后与原直线重合的原理，提供了一种高精度180°翻转定位装置及装调方法。该装置包括：底座、翻转芯轴、压簧、圆环挡板、定位盘、密珠轴套、定位柱、定位销、紧定螺钉。该装置结构简单，无需专用的分装装置，调整方便、定位精度高，结构刚度高。一次调整后无需后续调整即可保持较高的翻转与定位精度。而且在使用过程中，随着定位柱与定位盘的磨合，定位柱与定位盘的双线接触逐渐变成有一定微小宽度的双面接触，因此，该装置的定位刚度和定位精度会进一步提高。该装置的翻转分度误差可达10″以下，分度精度优于一般高精度数控分度台的分度精度，制造成本远低于后者。在特定工况下，该装置具有突出的优越性。

Description

一种高精度180°翻转定位装置及装调方法

技术领域

本发明属于精密加工与测试技术领域，涉及一种高精度180°翻转定位装置及装调方法。

背景技术

在加工与测量领域中，经常会遇到需将被加工或测量零件及其它装置精确翻转180°的工况。若增加一回转工作台，采用手动或数控分度的方式可实现零件或装置的翻转运动，但该方案除了占用较大工作空间外，翻转和定位精度的提高也难以保证。对于仅实现180°翻转这一操作，高精度的回转工作台有大材小用之嫌，且成本太高。另外，在某些工况下(环境恶劣、操作空间有限、操作对象有毒等)，也不允许用手触碰及二次装夹的情况，因此，用手直接动翻转零件是被禁止的。

发明内容

为解决上述问题，本发明依据某直线绕其上任意一点旋转180°后与原直线重合的原理，提供了一种高精度180°翻转定位装置。

具体技术方案为，该装置包括底座、翻转芯轴、压簧、圆环挡板、定位盘、密珠轴套、定位柱、定位销、紧定螺钉。

所述底座为整体式结构，其由一底板和两个与底板上侧垂直的U型柱结构组成；两个U型柱平行设置，上端分别开设通孔，其内孔直径相等且轴线一致，翻转芯轴穿过两内孔，内孔的圆柱度不大于2μm；前U型柱内孔中间开设内径尺寸大于内孔直径2mm的环槽，用于储存润滑该轴段的润滑脂；环槽上方设有通到前U型柱顶部的螺纹孔，螺纹连接柱塞螺母，用于锁紧螺母锁紧翻转芯轴；后U型柱外端面设有4个均布的螺纹孔，通过定位盘连接螺钉连接定位盘；

所述翻转芯轴是由四个轴段组成的回转体，从前往后依次为轴段A、轴段B、轴段C和轴段D，且轴径依次减小；轴段A与轴段B间的轴台为压簧一端的定位端面，轴段B与轴段C间的轴台为翻转芯轴轴向运动的限位面，通过圆环挡板限定翻转芯轴的轴向移动距离；圆环挡板的一侧端面是压簧另一端的定位面；轴段B的直径小于压簧的内径；轴段A和轴段C为精加工面，同轴度不大于2μm，圆度不大于1μm；轴段D垂直于轴线方向设有轴线正交的定位销孔和定位柱孔，定位柱穿过定位柱孔，定位柱孔的直径大于定位柱直径0.5～1mm，定位销穿过定位销孔，定位销孔直径小于定位销直径0～3μm，以实现定位销与翻转芯轴的间微小过盈配合，从而确保在翻转芯轴的转动方向，定位柱和翻转芯轴之间应具有较好的刚度；翻转芯轴大端端面设有B型中心孔，同时均布设置与其它夹具连接的螺纹孔，小端面设有带螺纹孔的C型中心孔，通过螺纹连接手动操作的拉环或电动驱动装置；所述前U型柱内孔与翻转芯轴A轴段之间为间隙配合，配合间隙2～4μm；后U型柱内孔与翻转芯轴的C轴段配合，中间设有密珠轴套，所用滚动体为同一批次的且与芯轴和内孔的单边过盈量为1～3μm的高精度球形滚动体；

所述定位盘为圆环截面柱形结构，一侧端面为平面，为定位盘的安装定位面，另一侧端面设有中线平行于安装定位面的V型槽，V型槽的两侧面分别共面，V型槽的中线与翻转芯轴的轴线正交。通过研磨定位盘的定位面和V型槽的两侧面来调整V型槽中线的姿态误差。

进一步，上述的定位柱、定位盘和定位销采用GCr15材料，硬度不低于HRC58；定位柱的圆柱度不低于2μm，中间垂直于其轴线方向开孔，与定位销之间为过盈配合；圆环挡板采用黄铜材料。在外力作用下，定位柱装配后可绕翻转芯轴D轴段上的定位销孔的轴线微动转动或沿定位销轴线方向小范围内移动，以实现与定位盘的良好配合。

上述一种高精度180°翻转定位装置的装调方法，包括如下步骤：

步骤1，按照该装置中各零配件位置初步安装，对定位盘的固定螺钉施加10％～20％的预紧力；

步骤2，判断并调整定位盘V型槽的中线与翻转芯轴轴线的垂直度误差；

1)若定位柱有一端与定位盘V型槽的一侧面点接触，翻转180°后，定位柱的另一端仍与定位盘V型槽的该侧面点接触，则判断定位盘V型槽的中线与翻转芯轴的轴线不正交，存在垂直度误差；通过研磨定位盘的定位面、底座后U型柱的外端面或定位盘V型槽的两侧面调整定位盘V型槽的中线相对于翻转芯轴轴线的垂直度误差，直至定位柱的整条母线与定位盘的V型槽的侧面线接触；

2)若定位柱只有一端与定位盘V型槽的一侧面点接触，定位柱翻转180°后，定位柱的该端与定位盘V型槽的另一端侧面仍点接触，则判断定位柱轴线与翻转芯轴的轴线不正交；由于定位销和翻转芯轴之间存在微小过盈量，在外力作用下可使定位柱和定位销绕定位销轴线方向微小转动，因此，在压簧或轴向外力的作用下，定位柱压于定位盘的冲击力自动修正定位柱轴线的偏摆误差；

3)若定位柱只有一侧母线与定位盘V型槽的一侧面接触，定位柱翻转180°后，定位柱该母线与定位盘V型槽的另一侧面接触，则判断定位柱存在中线偏心；轴向轻敲定位销调整定位柱相对于翻转芯轴的偏心误差，直至定位柱翻转前后两母线同时与定位盘V型槽的两侧面接触；

4)若定位柱只有一侧母线与定位盘V型槽的一侧面接触，定位柱翻转180°后，定位柱的另一侧母线与定位盘V型槽的该侧面接触，则判断定位盘存在中线偏心；径向轻敲定位盘，直至定位柱翻转前后两母线同时与定位盘V型槽量两侧面接触；

步骤3，通过光隙法判断翻转前后定位柱的两条母线同时与定位盘V型槽的两侧面均匀接触，光隙法的调整精度达1μm，调整完毕后将定位盘的固定螺钉按对角打逐步拧紧；

步骤4，对定位盘的固定螺钉逐步施加50％、80％到100％的预紧力，每施加一次预紧力分别重复步骤2的调整步骤，若定位盘V型槽存在微小的偏摆误差，通过对称研磨V型槽的两侧面进行修正，直到翻转前后，定位柱的两条母线同时与定位盘V型槽的两侧面均匀接触为止。

本发明的有益效果在于，利用直线绕其上任意一点旋转180°后与原直线重合的原理，提供了一种高精度180°翻转定位装置及其装调方法。该装置结构简单，无需专用的分装装置，调整方便、定位精度高，结构刚度高。一次调整后无需后续调整即可保持较高的翻转与定位精度。而且在使用过程中，随着定位柱与定位盘的磨合，定位柱与定位盘的双线接触逐渐变成有一定微小宽度的双面接触，因此，该装置的定位刚度和定位精度会进一步提高。该装置的翻转分度误差可达10″以下，分度精度优于一般高精度数控分度台的分度精度，制造成本远低于后者。在特定工况下，该装置具有突出的优越性。

附图说明

图1翻转装置整体图

图2翻转芯轴轴系。

图3.底座。

图4翻转芯轴。

图5定位盘。

图中：1底座；1-1紧定螺钉孔；1-2环槽；1-3前U型柱内孔；1-4后U型柱内孔；1-5定位盘连接螺纹孔；1-6沉头孔；2柱塞螺母；3压簧；4定位盘；4-1定位盘连接沉头孔；4-2V型槽；4-3定位盘定位面；5定位柱；6翻转芯轴；6-1翻转芯轴连接螺纹孔；6-2B型中心孔；6-3翻转芯轴A轴段；6-4翻转芯轴B轴段；6-5翻转芯轴C轴段；6-6定位销孔；6-7翻转芯轴D轴段；6-8定位柱孔；6-9C型中心孔；7拉环；8定位销；9定位盘连接螺钉；10圆环挡板；11密珠轴套。

具体实施方式

(1)装配

整个翻转装置的装配分为调整装配和最终装配两个步骤。

调整装配主要是为了实现定位盘V型槽中线与底座两U型柱内孔轴线垂直且相交，调整装配的过程可不加润滑油，也不装压簧和圆环挡板。首先将定位盘的连接螺钉施加10％左右的预紧力将定位盘连接到底座上；然后以两U型柱内孔的轴线为基准将底座固定；接着将翻转芯轴，从小头开始穿过底座前U型柱的内孔，将依次将压板和密珠轴套装入至工作位置；最后将定位柱通过定位销连接到翻转芯轴上。

用手将定位柱压上定位盘，如果定位柱只有一端与定位盘V型槽的某侧面点接触，翻转180°后，定位柱的另一端仍与定位盘V型槽的该侧面点接触，则说明定位盘V型槽的中线与翻转芯轴的轴线不正交，存在垂直度误差；通过研磨定位盘的定位面、底座后U型柱的外端面或定位盘V型槽的两侧面可调整定位盘V型槽的中线相对于翻转芯轴轴线的垂直度误差，直至定位柱的整条母线与定位盘的V型槽的侧面良好接触。

如果定位柱只有一端与定位盘V型槽的某侧面点接触，定位柱翻转180°后，定位柱的该端与定位盘V型槽的另一端侧面点接触，则说明定位柱轴线与翻转芯轴的轴线不正交。由于定位销和翻转芯轴之间存在微小过盈量，在外力作用下可使定位柱和定位销绕定位销轴线方向微小转动，因此，在压簧或轴向外力的作用下，定位柱压上定位盘的冲击力可自动修正定位柱的偏摆误差。

如果定位柱只有一侧母线与定位盘V型槽的一侧面接触，定位柱翻转180°后，定位柱的该母线与定位盘V型槽的另一侧面接触，则说明定位柱存在中线偏心；轴向轻敲定位销可调整定位柱相对于翻转芯轴的偏心误差，直至定位柱翻转前后两母线同时与定位盘V型槽的两侧面接触；

如果定位柱只有一侧母线与定位盘V型槽的一侧面接触，定位柱翻转180°后，定位柱的另一侧母线仍与定位盘V型槽的该侧面接触，则说明定位盘存在中线偏心。径向轻敲定位盘，直至定位柱翻转前后两母线同时与定位盘V型槽量两侧面接触；

上述两种调整操作可交错进行，并通过光隙法判断定位柱与定位盘V型槽的接触情况，光隙法的调整精度可达1μm，调整完毕后将定位盘的固定螺钉按对角打逐步拧紧；

然后定位盘的固定螺钉施加50％、80％到100％的预紧力，分别重复上述的调整步骤，如果定位盘V型槽存在微小的偏摆误差，通过对称研磨V型槽的两侧面进行修正，直到翻转前后，定位柱的两条母线同时与定位盘V型槽的两侧面均匀接触为止。经过调整装配后，定位盘的中线已基本与底座的量U型柱中心孔的轴线垂直且相交。

(2)最终装配

将定位销和定位柱拆下，然后用润滑脂将前U型柱内孔中的环槽和密珠轴套填满，将翻转芯轴的A轴段和C轴端涂一层润滑脂，从小头开始穿过底座前U型柱的内孔，然后将依次将压簧、圆环挡板(与后U型柱内端面接触的一面涂润滑脂)和密珠轴套从底座两U型柱中间装入。用力推动翻转芯轴的大轴段压缩压簧，将翻转芯轴的定位柱孔露出，以便通过定位销将定位柱装入翻转芯轴中。在装密珠轴套时要注意其安装位置，使其在工作过程中不与圆环挡板和定位盘发生碰撞。

装配完毕后在工作状态下重新检查定位柱与定位盘的接触状态。如果定位柱只有一端与定位盘V型槽的某侧面点接触，翻转180°后，定位柱的另一端仍与定位盘V型槽的该侧面点接触，则说明定位盘V型槽的中线与翻转芯轴的轴线不正交，存在垂直度误差；通过用精密油石研磨定位盘V型槽的两侧面可调整定位盘V型槽的中线相对于翻转芯轴轴线的垂直度误差，直至定位柱的整条母线与定位盘的V型槽的侧面良好接触。

如果定位柱只有一端与定位盘V型槽的某侧面点接触，定位柱翻转180°后，定位柱的该端与定位盘V型槽的另一端侧面点接触，则说明定位柱轴线与翻转芯轴的轴线不正交。由于定位销和翻转芯轴之间存在微小过盈量，在外力作用下可使定位柱和定位销绕定位销轴线方向微小转动，因此，在压簧或轴向外力的作用下，定位柱压上定位盘的冲击力可自动修正定位柱的偏摆误差。

如果定位柱只有一侧母线与定位盘V型槽的一侧面接触，定位柱翻转180°后，定位柱的该母线与定位盘V型槽的另一侧面接触，则说明定位柱存在中线偏心；轻敲定位销可调整定位柱相对于翻转芯轴的偏心误差，直至定位柱翻转前后两母线同时与定位盘V型槽的两侧面接触；

如果定位柱只有一侧母线与定位盘V型槽的一侧面接触，定位柱翻转180°后，定位柱的另一侧母线与定位盘V型槽的该侧面接触，则说明定位盘存在中线偏心。通过用精密油石同时修整定位盘V型槽的某一侧面，直至定位柱翻转前后两母线同时与定位盘V型槽量两侧面接触。

(3)操作步骤

本装置的功能是实现180°高精度翻转与定位。翻转芯轴的大端面连接其它工装夹具，小端面根据需要连接手动操作的拉环或其它类型的数控驱动装置。不过采用何种驱动，本装置的运动过程是一样的。

翻转时，首先将锁紧螺母松开，手动或电动将翻转芯轴向后拉动，当翻转芯轴的B轴段和C轴端之间的轴台接触到圆环挡板时，定位柱完全退出定位盘的V型槽，手动或电动旋转翻转芯轴大约180°，然后轻轻放松翻转芯轴，在压簧弹力的作用下，定位柱再次卡入定位盘，实现高精度定位。最后用锁紧螺母将翻转芯轴锁死。

Claims (3)

1.一种高精度180°翻转定位装置，其特征在于，包括底座(1)、翻转芯轴(6)、压簧(3)、圆环挡板(10)、定位盘(4)、密珠轴套(11)、定位柱(5)、定位销(8)；

所述底座(1)为整体式结构，其由一底板和两个与底板上侧垂直的U型柱结构组成；两个U型柱平行设置，上端分别开设通孔，其内孔直径相等且轴线一致，翻转芯轴穿过两内孔，内孔的圆柱度不大于2μm；前U型柱内孔(1-3)中间开设内径尺寸大于内孔直径2mm的环槽(1-2)；环槽上方设有通到前U型柱顶部的螺纹孔，螺纹连接柱塞螺母(2)；后U型柱外端面设有4个均布的螺纹孔，通过定位盘连接螺钉(9)连接定位盘(4)；

所述翻转芯轴是由四个轴段组成的回转体，从前往后依次为轴段A(6-3)、轴段B(6-4)、轴段C(6-5)和轴段D(6-7)，且轴径依次减小；轴段A与轴段B间的轴台为压簧一端的定位端面，轴段B与轴段C间的轴台为翻转芯轴轴向运动的限位面，通过圆环挡板(10)限定翻转芯轴的轴向移动距离；圆环挡板的一侧端面是压簧另一端的定位面；轴段B的直径小于压簧的内径；轴段A和轴段C为精加工面，同轴度不大于2μm，圆度不大于1μm；轴段D垂直于轴线方向设有轴线正交的定位销孔(6-6)和定位柱孔(6-8)，定位柱穿过定位柱孔，定位柱孔的直径大于定位柱直径0.5～1mm，定位销穿过定位销孔，定位销孔直径小于定位销直径0～3μm；翻转芯轴大端端面设有B型中心孔(6-2)，同时均布设置与其它夹具连接的螺纹孔(6-1)，小端面设有带螺纹孔的C型中心孔(6-9)，通过螺纹连接手动操作的拉环(7)或电动驱动装置；所述前U型柱内孔与翻转芯轴A轴段之间为间隙配合，配合间隙2～4μm；后U型柱内孔(1-4)与翻转芯轴的C轴段配合，中间设有密珠轴套(11)，所用滚动体为同一批次的且与芯轴和内孔的单边过盈量为1～3μm的高精度球形滚动体；

所述定位盘为圆环截面柱形结构，一侧端面为平面，为定位盘的定位面(4-3)，另一侧端面设有中线平行于安装定位面的V型槽(4-2)，V型槽的两侧面分别共面，V型槽的中线与翻转芯轴的轴线正交。

2.根据权利要求1所述的一种高精度180°翻转定位装置，其特征在于，上述的定位柱、定位盘和定位销采用GCr15材料，硬度不低于HRC58；定位柱的圆柱度不低于2μm，中间垂直于其轴线方向开孔，与定位销之间为过盈配合；圆环挡板采用黄铜材料。

3.权利要求1或2所述的高精度180°翻转定位装置的装调方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，按照该装置中各零配件位置初步安装，对定位盘的固定螺钉施加10％～20％的预紧力；

步骤2，判断并调整定位盘V型槽的中线与翻转芯轴轴线的垂直度误差；

1)若定位柱有一端与定位盘V型槽的一侧面点接触，翻转180°后，定位柱的另一端仍与定位盘V型槽的该侧面点接触，则判断定位盘V型槽的中线与翻转芯轴的轴线不正交，存在垂直度误差；通过研磨定位盘的定位面、底座后U型柱的外端面或定位盘V型槽的两侧面调整定位盘V型槽的中线相对于翻转芯轴轴线的垂直度误差，直至定位柱的整条母线与定位盘的V型槽的侧面线接触；

2)若定位柱只有一端与定位盘V型槽的一侧面点接触，定位柱翻转180°后，定位柱的该端与定位盘V型槽的另一端侧面仍点接触，则判断定位柱轴线与翻转芯轴的轴线不正交；在压簧或轴向外力的作用下，定位柱压于定位盘的冲击力自动修正定位柱轴线的偏摆误差；

3)若定位柱只有一侧母线与定位盘V型槽的一侧面接触，定位柱翻转180°后，定位柱该母线与定位盘V型槽的另一侧面接触，则判断定位柱存在中线偏心；轴向轻敲定位销调整定位柱相对于翻转芯轴的偏心误差，直至定位柱翻转前后两母线同时与定位盘V型槽的两侧面接触；

4)若定位柱只有一侧母线与定位盘V型槽的一侧面接触，定位柱翻转180°后，定位柱的另一侧母线与定位盘V型槽的该侧面接触，则判断定位盘存在中线偏心；径向轻敲定位盘，直至定位柱翻转前后两母线同时与定位盘V型槽量两侧面接触；

步骤3，通过光隙法判断翻转前后定位柱的两条母线同时与定位盘V型槽的两侧面均匀接触，光隙法的调整精度达1μm，调整完毕后将定位盘的固定螺钉按对角打逐步拧紧；

步骤4，对定位盘的固定螺钉逐步施加50％、80％到100％的预紧力，每施加一次预紧力分别重复步骤2的调整步骤，若定位盘V型槽存在微小的偏摆误差，通过对称研磨V型槽的两侧面进行修正，直到翻转前后，定位柱的两条母线同时与定位盘V型槽的两侧面均匀接触为止。