CN109807661B - 一种多道工序集成为一道工序的工装夹具及设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多道工序集成为一道工序的工装夹具及设计方法，安装在五轴机床上，包括夹具本体、紧凑型液压油缸、定位部件和弹性预定位部件，夹具本体安装在机床台面上，紧凑型液压油缸与夹具本体螺纹连接，定位部件与夹具本体连接固定，弹性预定位部件与夹具本体连接固定。本发明技术方案的实施解决了多工序的工装夹具对零件加工的精度的影响，稳定了零件的几何精度，方便零件在装配线上的机械手装配。集成为一道工序的加工减少了工人的劳动次数，减少的三轴及四轴机床的投放数量。

Description

一种多道工序集成为一道工序的工装夹具及设计方法

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，特别涉及一种多道工序集成为一道工序的工装夹具及设计方法。

背景技术

传统的三轴设备可以利用任一个轴来带动多个产品同步加工，但是由于其XYZ三个方向均为直线运动的性质，所以对于需要进行360°加工的产品(例如需要圆筒状的产品进行表面加工)，传统的三轴设备只能单独加工产品的一个面。传统的四轴设备虽然可以带动产品进行360°旋转以实现全面加工，但是其一般只能利用第四轴来带动一个产品加工，无法达到多工位同步加工的目的，工作效率低。因此原有的三轴及四轴类加工中心加工零件的工序繁多，人员参与繁琐，会造成设备利用空间不足等问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种高度集成工艺的设计方法来提高效率及加工精度，该设计方法采用集中工序及配合五轴机床及机床液压动力实现自动夹紧及松开同时匹配气检反馈装置。本发明的使用改进了原有的多工序加工，实现一道工序加工完所有的加工要素，减少人员的参与和三轴四轴设备的投入，很大程度上提高了效率和产品的几何精度，把原来的几道工序中间环节的装夹误差消除。

本发明中的一种多道工序集成为一道工序的工装夹具，安装在五轴机床上，包括夹具本体、紧凑型液压油缸、定位部件和弹性预定位部件，所述夹具本体安装在机床台面上，所述紧凑型液压油缸与夹具本体螺纹连接，所述定位部件与夹具本体连接固定，所述弹性预定位部件与夹具本体连接固定；所述紧凑型液压油缸包括油缸、压爪、活塞杆、气密检测孔、第一进油孔、第二进油孔、气压口、油腔、连接轴和第一固定销，所述油腔设置在油缸内，所述压爪安装在油缸上端并与油缸连接，所述气密检测孔设置在压爪上，所述活塞杆的一端处于油腔内，所述活塞杆远离油腔的一端与压爪连接，所述油缸与压爪通过连接轴可转动地连接，所述压爪上设有凸轮槽，所述凸轮槽与油缸通过第一固定销连接；所述油腔包括有杆腔和无杆腔，所述第一进油孔、第二进油孔和气压口均设置在油缸侧面，所述第一进油孔与有杆腔连通，所述第二进油孔和无杆腔连通，所述气压口与气密检测孔相通。

上述方案中，所述弹性预定位部件包括第一弹性预定位部件和第二弹性预定位部件，所述第一弹性预定位部件包括第一弹性预定位部件本体、压板臂、第一连接座、防尘盖、柱塞、第一直线油缸、端盖和销轴，所述压板臂的一端设置在第一弹性预定位部件本体内部，所述压板臂的另一端伸出第一弹性预定位部件本体，所述防尘盖为中空，套接在所述压板臂连接第一弹性预定位部件本体内外处，所述柱塞和第一直线油缸均设置在第一弹性预定位部件本体内部，所述柱塞的下端与压板臂接触，所述第一直线油缸与压板臂接触，所述销轴设置在压板臂处于第一弹性预定位部件本体内部的部分上；所述第二弹性预定位部件包括第二弹性预定位部件本体、第二连接座、第二固定销、顶杆、支架、弹簧、第二直线油缸、挡销和导向角，所述弹簧设置在第二弹性预定位部件本体内，所述第二固定销与弹簧连接，所述第二直线油缸与第二固定销连接，所述顶杆设置在弹簧外部周围，所述支架设置在顶杆外部周围，所述顶杆凸出支架的部分为导向角，所述第二连接座安装在第二弹性预定位部件本体外侧表面上。

上述方案中，所述夹具本体的材质为P20稳定型模具钢材料。

上述方案中，所述紧凑型液压油缸有6个，6个所述紧凑型液压油缸均与夹具本体螺纹连接。

上述方案中，所述定位部件有12个，12个所述定位部件均与夹具本体通过螺钉和销钉连接固定。

一种多道工序集成为一道工序的工装夹具设计方法，包括以下步骤：

步骤S1：将被加工工件放置于夹具本体的预定位空间内，限制工件与定位部件及弹性预定位部件的自然接触；

步骤S2：液压油驱动第一直线油缸和第二直线油缸动作，使其定位完全贴合每个定位部件和弹性预定位部件的定位面；

步骤S3：紧凑型液压油缸工作，夹紧工件，并检测反馈完成状态；

步骤S4：检测反馈完成后，紧凑型液压油缸松开工件，取出合格的工件，并准备加工下一个工件。

本发明的优点和有益效果在于：本发明提供一种多道工序集成为一道工序的工装夹具及设计方法，解决了多工序的工装夹具对零件加工的精度的影响，稳定了零件的几何精度，方便零件在装配线上的机械手装配。集成为一道工序的加工减少了工人的劳动次数，减少了三轴及四轴机床的投放数量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的主视图。

图2为本发明的俯视图。

图3为本发明中夹具本体的俯视图。

图4为本发明中夹具本体的左视图。

图5为本发明中紧凑型液压油缸的主视图。

图6为本发明中紧凑型液压油缸的左视图。

图7为本发明中紧凑型液压油缸的剖视图。

图8为本发明中紧凑型液压油缸的工作原理图。

图9为本发明中第一弹性预定位部件的剖视图。

图10为本发明中第一弹性预定位部件的俯视图。

图11为本发明中第一弹性预定位部件的立体图。

图12为本发明中第二弹性预定位部件的剖视图。

图13为本发明中第二弹性预定位部件的左视图。

图14为本发明中第二弹性预定位部件的后视图。

图15为本发明的流程图。

图中：1、夹具本体 2、紧凑型液压油缸 20、第一固定销 21、油缸

22、压爪 23、活塞杆 24、气密检测孔 25、第一进油孔

26、第二进油孔 27、气压口 28、油腔 281、有杆腔 282、无杆腔

3、定位部件 4、弹性预定位部件 41、第一弹性预定位部件

411、第一弹性预定位部件本体 412、压板臂 413、第一连接座

414、防尘盖 415、柱塞 416、第一直线油缸 417、端盖 418、销轴

42、第二弹性预定位部件 421、第二弹性预定位部件本体

422、第二连接座 423、第二固定销 424、顶杆 425、支架 426、弹簧

427、第二直线油缸 428、挡销 429、导向角 5、机床

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1-图14所示，本发明是一种多道工序集成为一道工序的工装夹具，安装在五轴机床上，包括夹具本体1、紧凑型液压油缸2、定位部件3和弹性预定位部件4，夹具本体1通过螺钉和销钉紧固和固定在机床5台面上，紧凑型液压油缸2与夹具本体1螺纹连接，定位部件3与夹具本体1通过螺钉和销钉紧固和定位，使每个定位零件的一个小面和工件的工艺定位面贴合，弹性预定位部件4与夹具本体1连接固定；

其中，夹具本体1采用高稳定性P20材料，使其有足够的高稳定性能，高刚度性能。在加工制造该夹具本体时也采用了五轴类的加工机床进行本体的加工和采用先进的深孔钻加工设备用来加工油路通道和气路通道，使其精度和液压动作可以得到有效的保证；紧凑型液压油缸2通过与夹具本体1的螺钉连接和液压内置油路贯通及气检反馈气路贯通来实现夹紧及检测反馈功能其体积小且具备高的夹紧力；定位部件3均采用高碳钢及热处理方法来提高零件的耐磨及耐冲击性能，原理上是根据零件设计的工艺定位基准及工艺搭子作为定位的依据；在工人安装完成被加工零件时，利用多处弹性预定位部件4令工件预先达到定位面使其贴合，后在直线油缸的液压油驱使下是工件能够更准确的与定位部件面贴合。

紧凑型液压油缸2包括油缸21、压爪22、活塞杆23、气密检测孔24、第一进油孔25、第二进油孔26、气压口27、油腔28、连接轴和第一固定销20，油腔28设置在油缸21内，压爪22安装在油缸21上端并与油缸21连接，气密检测孔24设置在压爪22上，活塞杆23的一端处于油腔28内，活塞杆23远离油腔28的一端与压爪22连接，油缸21与压爪22通过连接轴可转动地连接，压爪22上设有凸轮槽，凸轮槽与油缸21通过第一固定销20连接；油腔28包括有杆腔281和无杆腔282，第一进油孔25、第二进油孔26和气压口27均设置在油缸21侧面，第一进油孔25与有杆腔281连通，第二进油孔25和无杆腔282连通，气压口27与气密检测孔24相通。

上述方案中，紧凑型液压油缸2的工作过程分为三步：

1)夹紧动作的实现：机床液压系统提供的动力油从第一进油孔25进入油缸21的有杆腔281，活塞杆23向下运动，活塞杆23通过连接轴和压爪22的凸轮槽在第一固定销20的驱使下先翻转后直线向下运动，使压爪22接触到被夹紧面，液压油压缩能力建立最终和夹紧点力平衡输出；

2)松开动作的实现：机床液压系统提供的动力油从第二进油孔26进入油缸21的无杆腔282，活塞杆23向上运动，活塞杆23通过连接轴和压爪22的凸轮槽在第一固定销20的驱使下先直线向手后翻转运动，压爪22打开，动作完成；

3)气密功能的实现：在夹紧动作完成时，压爪22检测面密封气密检测孔24，气路通道被密封，压力建立，反馈给机床的控制模块，检测完毕。

进一步的，弹性预定位部件4包括第一弹性预定位部件41和第二弹性预定位部件42，第一弹性预定位部件41包括第一弹性预定位部件本体411、压板臂412、第一连接座413、防尘盖414、柱塞415、第一直线油缸416、端盖417和销轴418，压板臂412的一端设置在第一弹性预定位部件本体411内部，压板臂412的另一端伸出第一弹性预定位部件本体411，防尘盖414为中空，套接在压板臂412连接第一弹性预定位部件本体411内外处，柱塞415和第一直线油缸416均设置在第一弹性预定位部件本体411内部，柱塞415的下端与压板臂412接触，第一直线油缸416与压板臂412接触，销轴418设置在压板臂412处于第一弹性预定位部件本体411内部的部分上；第二弹性预定位部件42包括第二弹性预定位部件本体421、第二连接座422、第二固定销423、顶杆424、支架425、弹簧426、第二直线油缸427、挡销428和导向角429，弹簧426设置在第二弹性预定位部件本体421内，第二固定销423与弹簧426连接，第二直线油缸427与第二固定销423连接，顶杆424设置在弹簧426外部周围，支架425设置在顶杆424外部周围，顶杆424凸出支架425的部分为导向角429，第二连接座422安装在第二弹性预定位部件本体421外侧表面上。

上述方案中，第一弹性预定位部件41的工作原理是在工人放入工件时，压板臂412绕销轴转动，放入完成时，柱塞415内部的弹簧力迫使压板臂412与工件接触，即放入完成后，第一直线油缸416在液压油的驱使下和柱塞415弹簧力同向增加力传递给压板臂412。第二弹性预定位部件42的工作原理是放入工件后顶杆424内部的弹簧产生弹簧力使得第二固定销423与第二直线油缸427接触，第二直线油缸427在液压油的驱使下以及弹簧力的作用下增加力传递给第二弹性预定位部件42与工件的接触面。其中导向角429起到了导向的作用。

具体的，紧凑型液压油缸2有6个，6个紧凑型液压油缸2均与夹具本体1螺纹连接；定位部件3有12个，12个定位部件3均与夹具本体1通过螺钉和销钉连接固定。

如图15所示，一种多道工序集成为一道工序的工装夹具设计方法，包括以下步骤：

步骤S1：将被加工工件放置于夹具本体1的预定位空间内，限制工件与定位部件3及弹性预定位部件4的自然接触；

步骤S2：液压油驱动第一直线油缸416和第二直线油缸427动作，使其定位完全贴合每个定位部件3和弹性预定位部件4的定位面；

步骤S3：紧凑型液压油缸2工作，夹紧工件，并检测反馈完成状态；

步骤S4：检测反馈完成后，紧凑型液压油缸2松开工件，取出合格的工件，并准备加工下一个工件。

本发明的优点：

本发明技术方案的实施解决了多工序的工装夹具对零件加工的精度的影响，稳定了零件的几何精度，方便零件在装配线上的机械手装配。集成为一道工序的加工减少了工人的劳动次数，减少的三轴及四轴机床的投放数量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多道工序集成为一道工序的工装夹具，安装在五轴机床上，其特征在于，包括夹具本体、紧凑型液压油缸、定位部件和弹性预定位部件，所述夹具本体安装在机床台面上，所述紧凑型液压油缸与夹具本体螺纹连接，所述定位部件与夹具本体连接固定，所述弹性预定位部件与夹具本体连接固定；所述紧凑型液压油缸包括油缸、压爪、活塞杆、气密检测孔、第一进油孔、第二进油孔、气压口、油腔、连接轴和第一固定销，所述油腔设置在油缸内，所述压爪安装在油缸上端并与油缸连接，所述气密检测孔设置在压爪上，所述活塞杆的一端处于油腔内，所述活塞杆远离油腔的一端与压爪连接，所述油缸与压爪通过连接轴可转动地连接，所述压爪上设有凸轮槽，所述凸轮槽与油缸通过第一固定销连接；所述油腔包括有杆腔和无杆腔，所述第一进油孔、第二进油孔和气压口均设置在油缸侧面，所述第一进油孔与有杆腔连通，所述第二进油孔和无杆腔连通，所述气压口与气密检测孔相通；

所述弹性预定位部件包括第一弹性预定位部件和第二弹性预定位部件，所述第一弹性预定位部件包括第一弹性预定位部件本体、压板臂、第一连接座、防尘盖、柱塞、第一直线油缸、端盖和销轴，所述压板臂的一端设置在第一弹性预定位部件本体内部，所述压板臂的另一端伸出第一弹性预定位部件本体，所述防尘盖为中空，套接在所述压板臂连接第一弹性预定位部件本体内外处，所述柱塞和第一直线油缸均设置在第一弹性预定位部件本体内部，所述柱塞的下端与压板臂接触，所述第一直线油缸与压板臂接触，所述销轴设置在压板臂处于第一弹性预定位部件本体内部的部分上；所述第二弹性预定位部件包括第二弹性预定位部件本体、第二连接座、第二固定销、顶杆、支架、弹簧、第二直线油缸、挡销和导向角，所述弹簧设置在第二弹性预定位部件本体内，所述第二固定销与弹簧连接，所述第二直线油缸与第二固定销连接，所述顶杆设置在弹簧外部周围，所述支架设置在顶杆外部周围，所述顶杆凸出支架的部分为导向角，所述第二连接座安装在第二弹性预定位部件本体外侧表面上。

2.根据权利要求1所述的一种多道工序集成为一道工序的工装夹具，其特征在于，所述夹具本体的材质为P20稳定型模具钢材料。

3.根据权利要求1所述的一种多道工序集成为一道工序的工装夹具，其特征在于，所述紧凑型液压油缸有6个，6个所述紧凑型液压油缸均与夹具本体螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的一种多道工序集成为一道工序的工装夹具，其特征在于，所述定位部件有12个，12个所述定位部件均与夹具本体通过螺钉和销钉连接固定。

5.一种如权利要求1所述的一种多道工序集成为一道工序的工装夹具的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：将被加工工件放置于夹具本体的预定位空间内，限制工件与定位部件及弹性预定位部件的自然接触；

步骤S2：液压油驱动第一直线油缸和第二直线油缸动作，使其定位完全贴合每个定位部件和弹性预定位部件的定位面；

步骤S3：紧凑型液压油缸工作，夹紧工件，并检测反馈完成状态；

步骤S4：检测反馈完成后，紧凑型液压油缸松开工件，取出合格的工件，并准备加工下一个工件。

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