CN108747483A - 一种用于正n棱柱零件的定角分度与定位夹具 - Google Patents

Abstract

本发明属于精密加工与测试技术领域，提供了一种用于正N棱柱零件的定角分度与定位夹具，无需额外的分度装置，利用正N棱柱自身的分度特性和定位挡板的结构特征，配合挡块的翻转运动，实现了360°/N整数倍及360°/N整数倍加某一定角α的分度与定位。本发明提供的一种用于正N棱柱零件的定角分度与定位夹具具有结构简单、分度范围大、分度精度高、定位可靠、分度操作方便等优点，广泛应用于正N棱柱加工与测量中的分度与定位操作，具有良好的市场应用前景。

Description

一种用于正N棱柱零件的定角分度与定位夹具

技术领域

本发明属于精密加工与测试技术领域，涉及一种用于正N棱柱零件的定角分度与定位夹具。

背景技术

正N棱柱零件是指底面为正多边形，且侧面都垂直于底面的一类常见零件。由于正N棱柱底面边数各异，对该类零件的定位一般需要制作专用的定位夹具，而这类夹具中，一般都含有精密转台，以满足正N棱柱零件的分度需求。由于正N棱柱零件本身就是一个分度元件，无需分度转台，通过自身的旋转与定位便可以实现特定角度的分度。尤其对于用作角度基准的正N棱柱，其自身的分度误差在几角秒量级，比一般高精度分度转台的精度要高，因此，通过正N棱柱自身旋转也可以获得较高的定角分度精度。对于底面为N边形的正N棱柱，通过自身旋转与定位可实现360°/N的定角分度。但对于360°/N之外的角度，通过正N棱柱自身的分度已不能实现。要实现360°/N之外的角度的分度，需要增加其他的分度装置，从而增加了装置的成本。另外，为保证正N棱柱的回转精度，额外增加的分度装置的回转轴线必须与正N棱柱自身的轴线重合。然而正N棱柱一般没有可直接使用的回转轴线，通过正N棱柱的侧面来确定正N棱柱轴线的精度也难以保证，从而造成正N棱柱分度精度的损失。

定角分度是正N棱柱最常用的分度方式。在不使用额外分度装置的条件下，无法实现相差360°/N之外的定角分度。现有文献记载中，也没有查阅到不使用额外分度装置就能实现正N棱柱高精度定角分度与定位的方法与工装夹具。

发明内容

为扩大正N棱柱的分度范围并提高正N棱柱的定角分度与定位精度，本发明提出了一种能够实现正N棱柱零件定角分度与定位的夹具，在无额外高精度分度装置及回转中心的条件下，利用正N棱柱自身的分度特性和定位挡板的结构特征，配合挡块的翻转，实现360°/N整数倍及360°/N整数倍加某一定角α的分度与定位。

具体技术方案如下：

一种用于正N棱柱零件的定角旋转与定位夹具，包括底板、定位挡板、挡块、正N棱柱、连接螺钉和紧定螺钉；

底板上设有挡板安装定位面、底板安装定位面、沉头孔、螺纹孔A；挡板安装定位面也是正N棱柱的安装基准面，与底板安装定位面平行；

定位挡板通过螺钉连接固定到底板上；定位挡板的结构为拉伸体，截面的尺寸由待定位的正N棱柱底面的边数N、底面外接圆的半径R和定角旋转角度α确定；定位挡板的四周侧面由基准平面A、基准平面B、基准平面C、基准平面D和两个同心的内圆柱面和外圆柱面组成；内圆柱面的半径等于正N棱柱底面外接圆的半径R，内圆柱面中间径向位置设有螺纹孔B，用于连接固定挡块用的紧定螺钉；定位挡板上设有2个以上的螺钉连接孔，螺钉连接孔的位置与底板上螺纹孔A的位置相对应，用于定位挡板在底板上的固定安装；基准平面A和基准平面C共面且与基准平面D之间的夹角为360°/N；基准平面B和基准平面A之间的夹角为正N棱柱定角旋转角度α；基准平面B和基准平面C的设计长度l为定位挡板互相平行的上下两面与其四周侧面垂直；

挡块的结构为拉伸体，侧面由基准平面E和基准平面F和挡块外圆柱面组成；挡块外圆柱面的半径等于正N棱柱底面外接圆的半径R，基准平面E和基准平面F之间的夹角等于正N棱柱定角旋转角度α；挡块的厚度与定位挡板的厚度相同，挡块上下两面平行，且与挡块的侧面垂直；挡块的尺寸刚好配合嵌入定位挡板和正N棱柱之间的凹槽中。

进一步，上述定位挡板和挡块的数量为正N棱柱底面边数N的非1约数的1～2倍，且不大于N。

进一步，底板上挡板安装定位面、定位挡块的基准平面A、基准平面B、基准平面C，挡块上的基准平面E和基准平面F的平面度误差不大于1μm；定位挡板底面与基准平面B和基准平面C之间的垂直误差不大于2μm。

进一步，定位挡板内圆柱面与基准平面B之间设有退刀槽，便于基准平面B的精加工；所述基准平面B和基准平面C的设计长度l值不考虑退刀槽和两面之间倒角的影响。

进一步，挡块上平面设有螺纹通孔C，便于挡块从定位挡板和正N棱柱之间的空隙中取出。挡块的尺寸略小于定位挡板由内圆柱面及基准平面B与基准平面A或基准平面C形成的槽的尺寸，其毛坯的下料可采用线切割工艺从定位挡板上直接割下，然后再精加工两定位基准平面。

进一步，多个定位挡板和挡块采用统一精加工的方法，以确保定位挡块的基准平面A、基准平面B、基准平面C和挡块上的基准平面E和基准平面F的平面加工精度，并确保各定位挡板上的基准平面A与基准平面B夹角及各挡块上的基准平面E和基准平面F之间夹角偏差一致。

进一步，为提高紧定螺钉和连接螺钉的防松能力，底板上的螺纹孔A，定位挡板上的螺纹孔B采用细牙螺纹。

进一步，定位挡板、挡块、和底板的材料选择为轴承钢GCr15，热处理硬度不低于HRC60。

本发明的有益效果在于，本发明提供了一种用于正N棱柱零件的定角分度与定位夹具，无需额外的分度装置，利用正N棱柱自身的分度特性和定位挡板的结构特征，配合挡块的翻转运动，实现了360°/N整数倍及360°/N整数倍加某一定角α的分度与定位。本发明提供的一种用于正N棱柱零件的定角分度与定位夹具具有结构简单、分度范围大、分度精度高、定位可靠、分度操作方便等优点，广泛应用于正N棱柱加工与测量中的分度与定位操作，具有良好的市场应用前景。

附图说明

图1正四棱柱夹具装配图。

图2底板顶面。

图3底板底面。

图4定位挡板。

图5挡块。

图中：1底板；1-1正N棱柱定位面；1-2沉头孔；1-3螺纹孔A；1-4底板定位面；2定位挡板；2-1基准平面A；2-2内圆柱面；2-3螺纹孔B；2-4退刀槽；2-5基准平面B；2-6基准平面C；2-7基准平面D；2-8螺钉连接孔；2-9挡板外圆柱面；3挡块；3-1基准平面E；3-2挡块外圆柱面；3-3基准平面F；3-4螺纹孔C；4正N棱柱；5连接螺钉；6紧定螺钉。

具体实施方式

以边长为60mm正六面体定角分度45°为例，阐述该发明的具体实施方式。

正六面体是正四棱柱中的一个特例，为实现加速度计多方位的测试要求，常用正六面体作为加速度计的安装基准，并要求正六面体能够实现45±0.001°的精密分度与定位要求，并且要求正六面体相邻两面的垂直度误差、三组平行面的平行度误差、三组平行面中心的距离误差均不大于1μm。首先加工出正六面体，满足上述精度要求，然后进行底板1、定位挡板2、挡块3的精加工。

根据正六面体的边长计算出底面正方形外接圆的半径R为42.4264mm，设定位挡板外圆柱面2-9半径为60mm，则定位挡板基准平面B2-5和基准平面C2-6的长度l根据公式计算为17.5736mm，基准平面C2-6与基准平面D2-7之间的夹角为90°，基准平面B2-5与基准平面A2-1之间的夹角为45±0.001°；定位挡板2和挡块3的厚度约为10mm，个数为4块。定位挡板2和挡块3的加工工艺如下：

(1)下料：定位挡板2和挡块3通过对一底面半径为60mm，高为11mm的圆板材料，通过线切割加工得到；

(2)首先均布打12个的螺钉连接孔2-8，定位圆半径为51mm；进行热处理到硬度要求，磨削圆板的上下两面至厚度为10mm，控制其平行度误差不大于5μm，按照上述计算出来的数值，通过线切割割下四块定位挡板2和挡块3的组合体，并考虑磨削和研磨余量；然后研磨定位挡板2和挡块3组合体的上下两平面，控制平行度误差不大于2μm，平面度误差不大于1μm；将四块定位挡板2和挡块3组合体以基准平面A和基准平面D为定位基准，利用其上的连接螺钉孔2-8组装到一起，统一磨削四块定位挡板2和挡块3组合体的基准平面A2-1和基准平面D2-7，并研磨基准平面D2-7；

(3)接着通过线切割按照挡块3的设计尺寸从定位挡板2上割下来，在统一磨削和研磨加工定位挡板2的基准平面B2-5，通过研磨定位挡板的基准平面A2-1和基准平面C2-6，调整基准平面A2-1与基准平面B2-6之间的夹角为45°±0.001°，在定位挡板2精度达到设计要求后方可拆卸定位挡板2的连接螺钉5；

(4)最后研磨挡块3的基准平面E3-1、基准平面F3-2及上下两平面，使其达到精度要求。

底板1厚度约为16mm，螺纹孔A1-3的个数为12个均布排列，定位圆的半径为51mm；顶平面1-1的平面度误差小于1μm，与底面1-4的平行度误差小于2μm。

为了提高螺钉的防松能力，底板1和定位挡板2上的螺纹孔采用细牙螺纹。

Claims (9)

1.一种用于正N棱柱零件的定角旋转与定位夹具，其特征在于，包括底板(1)、定位挡板(2)、挡块(3)、正N棱柱(4)、连接螺钉(5)和紧定螺钉(6)；

底板(1)上设有挡板安装定位面(1-1)、底板安装定位面(1-4)、沉头孔(1-2)、螺纹孔A(1-3)；挡板安装定位面(1-1)也是正N棱柱(4)的安装基准面，与底板安装定位面平行(1-4)；

定位挡板(2)通过螺钉连接固定到底板(1)上；定位挡板(2)的结构为拉伸体，截面的尺寸由待定位的正N棱柱(4)底面的边数N、底面外接圆的半径R和定角旋转角度α确定；定位挡板(2)的四周侧面由基准平面A(2-1)、基准平面B(2-5)、基准平面C(2-6)、基准平面D(2-7)和两个同心的内圆柱面(2-2)和外圆柱面(2-9)组成；内圆柱面(2-2)的半径等于正N棱柱(4)底面外接圆的半径R，内圆柱面中间径向位置设有螺纹孔B(2-3)，用于连接固定挡块(3)用的紧定螺钉(6)；定位挡板(2)上设有2个以上的螺钉连接孔(2-8)，螺钉连接孔(2-8)的位置与底板上螺纹孔A(1-3)的位置相对应，用于定位挡板(2)在底板(1)上的固定安装；基准平面A(2-1)和基准平面C(2-6)共面且与基准平面D(2-7)之间的夹角为360°/N；基准平面B(2-5)和基准平面A(2-1)之间的夹角为正N棱柱定角旋转角度α；基准平面B(2-5)和基准平面C(2-6)的设计长度l为定位挡板互相平行的上下两面与其四周侧面垂直；

挡块(3)的结构为拉伸体，侧面由基准平面E(3-1)和基准平面F(3-3)和挡块外圆柱面(3-2)组成；挡块外圆柱面的半径等于正N棱柱底面外接圆的半径R，基准平面E(3-2)和基准平面F(3-3)之间的夹角等于正N棱柱定角旋转角度α；挡块(3)的厚度与定位挡板(2)的厚度相同，挡块(3)上下两面平行，且与挡块的侧面垂直；挡块(3)的尺寸刚好配合嵌入定位挡板(2)和正N棱柱(4)之间的凹槽中。

2.根据权利要求1所述的一种用于正N棱柱零件的定角旋转与定位夹具，其特征在于，定位挡板(2)和挡块(3)的数量为正N棱柱底面边数N的非1约数的1～2倍，且不大于N。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于正N棱柱零件的定角旋转与定位夹具，其特征在于，底板上挡板安装定位面(1-1)、定位挡块的基准平面A(2-1)、基准平面B(2-5)、基准平面C(2-6)，挡块上的基准平面E(3-1)和基准平面F(3-2)的平面度误差不大于1μm；定位挡板(3)底面与基准平面B(2-5)和基准平面C(2-6)之间的垂直误差不大于2μm。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于正N棱柱零件的定角旋转与定位夹具，其特征在于，定位挡板内圆柱面(2-2)与基准平面B(2-5)之间设有退刀槽(2-4)，便于基准平面B(2-5)的精加工；所述基准平面B(2-5)和基准平面C(2-6)的设计长度l值不考虑退刀槽和两面之间倒角的影响。

5.根据权利要求3所述的一种用于正N棱柱零件的定角旋转与定位夹具，其特征在于，定位挡板内圆柱面(2-2)与基准平面B(2-5)之间设有退刀槽(2-4)，便于基准平面B(2-5)的精加工；所述基准平面B(2-5)和基准平面C(2-6)的设计长度l值不考虑退刀槽和两面之间倒角的影响。

6.根据权利要求1或2或5所述的一种用于正N棱柱零件的定角旋转与定位夹具，其特征在于，挡块上平面设有螺纹通孔C(3-4)，便于挡块(3)从定位挡板(2)和正N棱柱(4)之间的空隙中取出。

7.根据权利要求1或2或5所述的一种用于正N棱柱零件的定角旋转与定位夹具，其特征在于，多个定位挡板(2)和挡块(3)采用统一精加工的方法，以确保定位挡块的基准平面A(2-1)、基准平面B(2-5)、基准平面C(2-6)和挡块上的基准平面E(3-1)和基准平面F(3-3)的平面加工精度，并确保各定位挡板上的基准平面A(2-1)与基准平面B(2-5)夹角及各挡块上的基准平面E(3-1)和基准平面F(3-3)之间夹角偏差一致。

8.根据权利要求1或2或5所述的一种用于正N棱柱零件的定角旋转与定位夹具，其特征在于，底板上的螺纹孔A和定位挡板上的螺纹孔B采用细牙螺纹。

9.根据权利要求1或2或5所述的一种用于正N棱柱零件的定角旋转与定位夹具，其特征在于，底板(1)、定位挡板(2)和挡块(3)的材料选择为轴承钢GCr15，热处理硬度不低于HRC60。