CN109084933B - 一种超高精度夹持装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械加工技术领域，涉及一种超高精度夹持装置，包括夹头、套筒和球头锁紧件，夹头由夹头本体和夹头夹持端部组成；夹头本体中心位置设有第二增强环形槽，第二增强环形槽位于夹头本体一端的中空结构内，在第二增强环形槽的外侧，夹头本体外壁上设有夹头本体肩端面；夹头夹持端部由夹头夹持端部斜端和夹头夹持端部肩端组成，夹头夹持端部斜端中心位置设有第一增强环形槽；夹头本体一端、夹头夹持端部肩端以及斜端外壁上形成多个贯穿外壁的连续切割槽；球头锁紧件包括球状端部及螺纹连接部。根据本发明的夹持装置具有优异的动平衡性能，可显著提高夹具对于所夹持零件的夹持力，且可以实现对异形非标零件的超高精度夹持。

Description

一种超高精度夹持装置

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，尤其涉及一种超高精度夹持装置。

背景技术

当扇叶结构围绕其旋转轴线运行时，由于结构相对于轴线的质量不均匀分布而产生离心力，离心力使扇叶在运行时发生不平衡，并使扇叶轴承产生振动形成噪音。对于常规扇叶产品，长期的不平衡转动导致轴承加速磨损，严重降低产品性能和服役寿命；对于精密度高的高精仪器和设备，扇叶的不平衡运行严重降低仪器设备的精密度。

在实际生产和应用中，采用动平衡测试仪对具有扇叶结构的产品进行性能检测和监控，其将采集的不平衡量通过机械结构转化为振动量，并最终转换至计算机处理系统进行分析。动平衡测试仪自身夹持装置的平衡性和结构稳定性是影响其性能和精度的最关键因素。因此如何采用合适的机械加工方法不断提高动平衡测试仪夹持装置的的尺寸精度和形位精度是领域内研究的重点。

目前动平衡检测用超高精度夹持装置，主要存在以下不足：1)夹具对于零部件的夹持力不够，夹具本身动平衡性能较差，造成对零部件检测时出现误差；2)现有夹具在夹持非标异形件(如带有槽或齿轮齿形的工件)时，夹具夹片会夹持在槽内或齿形间隙导致偏心，无法完成高精度的非标零部件加工；3)如风扇等零件在应用时每一个均需进行动平衡检测，且通常需要对每一个试样进行多组检测，夹持装置在使用时需要极其频繁地进行装夹弹开，现有夹持装置在撞击时严重影响测试试样的测试精度，且使用寿命很短。因此，提高在动平衡检测所应用的工装夹具的性能和精度具有重要意义。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明旨在提供一种超高精度夹持装置。

根据本发明实施例的超高精度夹持装置，包括夹头、套筒和球头锁紧件，所述夹头由夹头本体和夹头夹持端部组成；夹头本体两端均为中空结构，夹头本体一端与夹头夹持端部连接，夹头本体另一端外侧具有夹头本体端部螺纹，夹头本体另一端内侧具有夹头本体端部锁紧孔，夹头本体中心位置设有第二增强环形槽，所述第二增强环形槽位于夹头本体一端的中空结构内，在第二增强环形槽的外侧，夹头本体外壁上设有夹头本体肩端面；所述夹头夹持端部为中空结构，夹头夹持端部由夹头夹持端部斜端和夹头夹持端部肩端组成，夹头夹持端部斜端中心位置设有第一增强环形槽；其中，夹头本体一端、夹头夹持端部肩端以及夹头夹持端部斜端外壁上形成多个贯穿外壁的连续切割槽；所述套筒为中空结构，套筒包括套筒斜端、套筒第一平行端以及套筒第二平行端，套筒第一平行端两端分别端接套筒斜端以及套筒第二平行端，所述套筒第一平行端外壁上设有圆环轴肩，套筒第一平行端的内径大于套筒第二平行端的内径，套筒第二平行端外侧设有套筒螺纹；所述球头锁紧件包括球状端部及与球状端部连接的螺纹连接部。

根据本发明的示例性实施例，所述夹头本体一端形成有第一切割槽，所述第一切割槽与夹头中心轴线平行；所述第一切割槽一端形成有椭圆型切割槽，所述第一切割槽延另一端伸至夹头夹持端部肩端，夹头夹持端部肩端形成有第二切割槽和第三切割槽；第三切割槽延伸至夹头夹持端部斜端，夹头夹持端部斜端形成有第四切割槽和第五切割槽；其中，在其法向投影面上，第一切割槽与第二切割槽的夹角为90°-125°，第二切割槽与第三切割槽的夹角为65°-85°，第三切割槽和第四切割槽的夹角为120°-155°；第五切割槽为曲线，其一端与第四切割槽连接，一端与夹头夹持端部的外端面连接，其弦长(即曲线在法向投影面上两端点的连线)与第四切割槽的夹角为50°-65°。

根据本发明的示例性实施例，所述夹头夹持端部斜端的两端四周设有斜面。

根据本发明的示例性实施例，所述套筒第二平行端外侧设有不通孔。

根据本发明的示例性实施例，所述圆环轴肩在朝向套筒斜端的一侧设有凹槽。

根据本发明的示例性实施例，夹头夹持端部内设有第一夹持孔和第二夹持孔，夹头夹持端部与夹头本体相连一端内侧以及夹头本体内侧形成有第一本体内孔，第一本体内孔的直径大于第一夹持孔和第二夹持孔的直径D。

根据本发明的示例性实施例，所述夹头的第一夹持孔与第二夹持孔的直径D为Φ2mm-Φ8mm，所述第一本体内孔的直径为D+2.0mm-2.8mm。

根据本发明的示例性实施例，所述夹头夹持端部内孔倒圆弧的半径为1/6D-D，圆弧两端点的横向距离a为3/100D-1/5D，圆弧两端点的纵向距离b为6/100D-1/10D。

根据本发明的示例性实施例，所述第一增强环形槽的槽宽为1/6D-1/2D，其中，第一增强环形槽的中间槽直径d1为D+1mm。

根据本发明的示例性实施例，所述第二增强环形槽的槽宽为1/8D-1/2D，其中，第二增强环形槽的中间槽直径为D+1mm。

根据本发明的示例性实施例，所述夹头夹持端部外端面至第二夹持孔与第一本体内孔连接处的距离(L)为3D-5D。

根据本发明的示例性实施例，锁紧孔包括球状内孔部及与其连接的内螺纹连接部，球状内孔部的半径r为0.5D-0.55D，球状内孔部球心与夹头本体端部端面的距离λ为0.05D，内螺纹连接部内螺纹λ2尺寸为5/6D；所述球头锁紧件的球状端部与锁紧件的球状内孔部相重合，所述球头锁紧件的螺纹连接部与锁紧孔的内螺纹连接部形状相匹配。

与现有技术相比，根据本发明示例性实施例的超高精度夹持装置具有以下优点：

1)本发明的夹持装置可以显著提高自身的动平衡性能；

2)本发明的夹持装置可以显著提高对于所夹持零件的夹持力；

3)本发明的夹持装置可以对异形非标零件进行超高精度夹持；

4)本发明的夹持装置可以显著提高服役寿命。

附图说明

图1为根据本发明实施例的超高精度夹持装置的剖面组装结构示意图；

图2为根据本发明实施例的夹头的剖面结构示意图；

图3为根据本发明实施例的套筒的剖面结构示意图；

图4为根据本发明实施例的夹头局部放大结构示意图；

图5为根据本发明实施例的夹头夹持端部内孔倒圆弧角的示意图；

图6为根据本发明实施例的夹头夹持端部斜端剖面结构示意图；

图7为根据本发明实施例的夹头锁紧孔的局部放大结构示意图；

图8为根据本发明实施例的夹头球头锁紧件的结构示意图。

图中，A夹头，A1-夹头夹持端部，A11-夹持端部斜端，A12-夹持端部肩端、A13-连续多段切割，A14-第一夹持孔、A15-第二夹持孔、A16-第一增强环形槽、A17-夹持端外端面、A121-夹持端部内孔倒圆弧角、A13-切割槽、A131-第一切割槽、A132-第二切割槽、A133-第三切割槽、A134-第四切割槽、A135-第五切割槽，A136-椭圆型切割槽；A2-夹头本体，A21-夹头本体肩端面，A22第二增强环形槽，A23-第一本体内孔，A24-夹头本体端部螺纹，A25-夹头本体端部锁紧孔；

B-套筒，B11-套筒斜端，B12-套筒第一平行端，B13-圆环轴肩，B14-套筒第二平行端，B16-套筒螺纹，B18-不通孔，B21-第一内孔，B22-第二内孔，B23-第三内孔。

C-球头锁紧件，C1-球状端部，C2-螺纹连接部。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，根据本发明的超高精度夹持装置，包括夹头A、套筒B和球头锁紧件C，夹头A由夹头本体A2和夹头夹持端部A1组成。

如图2所示，夹头本体A2两端均为中空结构，夹头本体A2一端与夹头夹持端部A1连接，夹头本体A2另一端外侧具有夹头本体端部螺纹A24，夹头本体A2另一端内侧具有夹头本体端部锁紧孔A25，夹头本体A2中心位置设有第二增强环形槽A22，第二增强环形槽A22位于夹头本体A2一端的中空结构内，在第二增强环形槽A22的外侧，夹头本体外壁上设有夹头本体肩端面A21；所述夹头夹持端部A1为中空结构，夹头夹持端部A1由夹头夹持端部斜端A11和夹头夹持端部肩端A12组成，夹头夹持端部斜端A11中心位置设有第一增强环形槽A16；其中，夹头本体A2一端、夹头夹持端部肩端A12以及夹头夹持端部斜端A11外壁上形成多个贯穿外壁的连续切割槽A13。

如图3所示，套筒B为中空结构，套筒B包括套筒斜端B11、套筒第一平行端B12以及套筒第二平行端B14，套筒第一平行端B12两端分别端接套筒斜端B11以及套筒第二平行端B12，套筒第一平行端B12外壁上设有圆环轴肩B13，套筒第一平行端B12的内径大于套筒第二平行端B14的内径，套筒第二平行端B14外侧设有套筒螺纹B16。

如图4所示，夹头本体A2一端形成有第一切割槽A131，第一切割槽A131与夹头中心轴线平行；第一切割槽A131一端形成有椭圆型切割槽A136，第一切割槽A131延另一端伸至夹头夹持端部肩端，夹头夹持端部肩端A12形成有第二切割槽A132和第三切割槽A133；第三切割槽A133延伸至夹头夹持端部斜端A11，夹头夹持端部斜端形成有第四切割槽A134和第五切割槽A135；其中，在其法向投影面上，第一切割槽A131与第二切割槽A132的夹角为90°-125°，第二切割槽A132与第三切割槽A133的夹角为65°-85°，第三切割槽A133和第四切割槽A134的夹角为120°-155°；第五切割槽A135为曲线，其一端与第四切割槽A134连接，另一端与夹头夹持端部A1的外端面A17连接，其弦长(曲线在法向投影面上两端点的连线)与第四切割槽A134的夹角为50°-65°。

本发明通过设置螺旋分布的切割槽，实现夹具在所夹持零件的全面夹持接触，从而实现对异形非标准零件的超高精度夹持，并显著提高夹持装置的夹持力和夹持精度，显著提高其在工作状态时的动平衡性能。

如图4所示，夹头夹持端部斜端A11的两端四周设有斜面。

如图3所示，套筒B第二平行端B14外侧设有不通孔B18。

如图3所示，圆环轴肩B13在朝向套筒斜端的一侧设有凹槽。

如图2所示，夹头A的第一夹持孔A14与第二夹持孔A15的直径(D)为Φ1mm-Φ8mm，所述第一本体内孔A23的直径为D+2.0mm-2.8mm。

如图5所示，夹头夹持端部A1内孔倒圆弧的半径为1/6D-D，圆弧两端点的横向距离(a)为3/100D-1/5D，圆弧两端点的纵向距离(b)为6/100D-1/10D。本发明通过对夹头夹持端部进行内孔倒圆弧设置，显著降低零件在频繁装夹过程中对夹头的磨损，提高夹头的服役寿命。

如图6所示，第一增强环形槽A16的槽宽(σ1)为1/6D-1/2D，第一增强环形槽的中间槽直径(d1)为D+1mm。

如图2所示，第二增强环形槽A22的槽宽为1/6D-1/2D，第二增强环形槽的中间槽直径为D+1mm。

如图6所示，夹头夹持端部外端面A17至第二夹持孔A15与第一本体内孔A23连接处的距离(L)为3D-5D。

如图3所示，套筒第一平行端B12内设第二内孔B22，套筒第二平行端B14内设第三内孔B23，套筒第一平行端B12和套筒第二平行端B14的壁厚为2mm-5mm。

如图7所示，锁紧孔A25包括球状内孔部A251及与其连接的内螺纹连接部A252，球状内孔部的半径r为0.5D-0.55D，球状内孔部球心与夹头本体端部端面的距离λ为0.05D，内螺纹连接部内螺纹λ2尺寸为5/6D。

如图8所示，球头锁紧件C包括球状端部C1及与端部连接的螺纹连接部C2。

如图1所示，所述球头锁紧件C的球状端部C1与锁紧件的球状内孔部A251相重合，所述球头锁紧件C的螺纹连接部C2与锁紧孔A25的内螺纹连接部A252形状相匹配并且相互连接。

本发明通过设置(高硬度)球头锁紧件，避免对夹头本体直接产生撞击，将面接触改为球状点接触，显著降低服役过程中频繁装夹弹开对夹持装置夹持性能的影响，显著提高夹持装置的服役寿命。

实施例1

根据本发明实施方式制备超高精度夹持装置，其编号分别为S1、S2、S3、S4和S5，其结构参数见表1。

表1

以夹头轴心为基准，对编号为S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7和S8的形位公差进行测量，其精度见表2。

表2

由表2可见，本发明实施例中编号分别为S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7和S8的夹持装置，夹头夹持端与夹头本体同轴度不大于0.002mm，夹头与套筒的同轴度不大于0.003mm，夹头本体端部锁紧孔与夹头的同轴度不大于0.002mm，从而保证夹持装置自身的精度和稳定性；夹头夹持端部斜端平面度不大于0.002mm，保证夹头与套筒的高精度装配，提高夹持装置的精度和夹持力；夹头夹持端外端面跳动不大于0.002mm，夹持端部肩端外圆跳动不大于0.002mm，套筒斜端右端面圆跳动不大于0.002，套筒第一平行端外圆跳动不大于0.002，保证夹持装置在高速旋转过程中的形位精度和平衡性能。

实施例2

对编号分别为S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7和S8的夹持装置进行动平衡精密度检测。

试验仪器：磁力研磨机、超声波清洗机、高压冲洗机、ZMI平衡机、手动压力机、三丰牌杠杆指示表(精度1μm)、直接分别为0.997mm、1.197mm、1.497mm、1.997mm、2.997mm、4.997mm、5.997mm和7.997mm的规格棒。

检测方法：在ZMI平衡机上，通过电动马达带动旋转，利用精密量仪杠杆指示表(精度μm)进行同心度检测，试验结果见表3。

表3

备注：差值为单次同心精度最大值与最小值的差。

由表3可见，本发明实施例编号为S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7和S8的夹持装置，在进行动平衡精密度检测时，其同心度精度单次测量值不大于4μm，各编号试样在进行多次测量时，其同心度精度最大值与最小值的差值不大于3μm。因此，本发明实施例的夹持装置自身具有优异的平衡性能，在夹持工件进行动平衡测量检测时，可显著提高检测精度。

实施例3

采用编号为S4的夹持装置在同一夹紧状态下对直径为2mm的轴状(带有键槽)零件两端进行磨削加工，多组测量，试样精度见下表4。

表4

实施例4

采用编号为S4的夹持装置在同一夹紧状态下对直径为2mm的轴状(带有齿轮齿形)零件两端进行磨削加工，多组测量，试样精度见下表5。

表5

实施例5

采用编号为S5的夹持装置在同一夹紧状态下对直径为3mm的轴状(带有键槽)零件两端进行磨削加工，多组测量，试样精度见下表6。

表6

实施例6

采用编号为S7的夹持装置在同一夹紧状态下对直径为6mm的轴状(带有齿轮齿形)零件两端进行磨削加工，多组测量，试样精度见下表7。

表7

实施例7

采用编号为S8的夹持装置在同一夹紧状态下对直径为8mm的轴状(带有齿轮齿形)零件两端进行磨削加工，多组测量，试样精度见下表8。

表8

本发明实施例相对于现有技术，可以实现具有优异动平衡性能的超高精度夹持装置，并能实现对异形非标准件的超高精度夹持，且能显著提高夹持装置的服役寿命。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种超高精度夹持装置，其特征在于，所述超高精度夹持装置包括夹头、套筒和球头锁紧件，所述夹头由夹头本体和夹头夹持端部组成；夹头本体两端均为中空结构，夹头本体一端与夹头夹持端部连接，夹头本体另一端外侧具有夹头本体端部螺纹，夹头本体另一端内侧具有夹头本体端部锁紧孔，夹头本体中心位置设有第二增强环形槽，所述第二增强环形槽位于夹头本体一端的中空结构内，在第二增强环形槽的外侧，夹头本体外壁上设有夹头本体肩端面；所述夹头夹持端部为中空结构，夹头夹持端部由夹头夹持端部斜端和夹头夹持端部肩端组成，夹头夹持端部斜端中心位置设有第一增强环形槽；其中，夹头本体一端、夹头夹持端部肩端以及斜端外壁上形成多个贯穿外壁的连续切割槽；所述套筒为中空结构，套筒包括套筒斜端、套筒第一平行端以及套筒第二平行端，套筒第一平行端两端分别端接套筒斜端以及套筒第二平行端，所述套筒第一平行端外壁上设有圆环轴肩，套筒第一平行端的内径大于套筒第二平行端的内径，套筒第二平行端外侧设有套筒螺纹；所述球头锁紧件包括球状端部及与球状端部连接的螺纹连接部；夹头本体一端形成有第一切割槽，所述第一切割槽与夹头中心轴线平行；所述第一切割槽一端形成有椭圆型切割槽，所述第一切割槽延另一端伸至夹头夹持端部肩端，夹头夹持端部肩端形成有第二切割槽和第三切割槽；第三切割槽延伸至夹头夹持端部斜端，夹头夹持端部斜端形成有第四切割槽和第五切割槽；其中，在法向投影面上，第一切割槽与第二切割槽的夹角为90°-125°，第二切割槽与第三切割槽的夹角为65°-85°，第三切割槽和第四切割槽的夹角为120°-155°；第五切割槽呈曲线形，其一端与第四切割槽连接，另一端与夹头夹持端部的外端面连接，第五切割槽弦长与第四切割槽的夹角为50°-65°；夹头夹持端部内设有第一夹持孔和第二夹持孔，夹头夹持端部与夹头本体相连一端内侧以及夹头本体内侧形成有第一本体内孔，第一本体内孔的直径大于第一夹持孔和第二夹持孔的直径D。

2.根据权利要求1所述的超高精度夹持装置，其特征在于，所述夹头夹持端部斜端的两端四周设有斜面。

3.根据权利要求1所述的超高精度夹持装置，其特征在于，所述圆环轴肩在朝向套筒斜端的一侧设有凹槽。

4.根据权利要求1所述的超高精度夹持装置，其特征在于，夹头夹持端部内孔倒圆弧的半径为1/6D-D，圆弧两端点的横向距离为3/100D-1/5D，圆弧两端点的纵向距离为6/100D-1/10D。

5.根据权利要求1所述的超高精度夹持装置，其特征在于，所述第一增强环形槽的槽宽为1/6D-1/2D。

6.根据权利要求1所述的超高精度夹持装置，其特征在于，第二增强环形槽的槽宽为1/8D-1/2D。

7.根据权利要求1所述的超高精度夹持装置，其特征在于，夹头夹持端部外端面至第二夹持孔与第一本体内孔连接处的距离L为3D-5D。

8.根据权利要求5-7任一所述的超高精度夹持装置，其特征在于，锁紧孔包括球状内孔部及与其连接的内螺纹连接部，球状内孔部的半径为0.5D-0.55D，球状内孔部球心与夹头本体端部端面的距离为0.05D，内螺纹连接部的内螺纹尺寸为5/6D；所述球头锁紧件的球状端部与锁紧件的球状内孔部相重合，所述球头锁紧件的螺纹连接部与锁紧孔的内螺纹连接部形状相匹配。