CN110860947A - 一种定位找正自定心装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种定位找正自定心装置，包括定位球、锥度销、螺钉及弹簧垫圈，定位球具有球形的头部，中部为圆锥体形，底部为圆柱形，底面制有带锥面的孔；定位球的球形头部、中部的圆锥体和底部的圆柱形均同轴；圆柱形锥度销安装于定位球底部的孔中，并可通过螺钉调节；弹簧垫圈设置于螺钉和锥度销之间。本申请能够适应零件多种装夹方式，实现变角度装夹，空间坐标原点找正提高找正精度；基于孔和孔口平面即可安装；利用过盈定位销实现自定心功能，消除配合间隙影响；利用球心找正原理获得球心坐标，不受装夹方式和零件位置干扰；利用锥面测量原理，获得距球心的相对坐标，校验出要使用的刀具规格参数的正确性，具有快速可靠特性。

Description

一种定位找正自定心装置

技术领域

本申请涉及机械加工领域，特别是数控加工原点坐标找正，切削刀具规格参数符合性校验技术领域。

背景技术

航空结构零件制造工艺复杂，特征类型多，毛坯材料去除量大。在高新技术的带动下，航空零件加工技术进入了“高速、高效、智能、复合、环保”的发展新阶段，出现了高速（效）切削、近净成形、柔性化加工、多轴复合加工。因而对基于特征的装夹，如带初始角度的装夹，和对降低材料消耗而采用复杂形状毛坯，己对传统的两孔一面找正技术，提出改进要求。

传统的两孔一面找正技术，对基准孔尺寸精度、垂直度、位置精度，以及基准面平面度要求很高。零件加工后基准面不能变形，找正时基准孔轴线平行或垂直于找正主轴轴线。零件四周设计较多的工艺凸台，除了装夹使用，还有实现定位基准面功能，同时增加了毛坯材料的耗用，提高切削量。传统的两孔一面，仅能实现定位功能，不能对刀具规格参数校验。

传统的两孔一面，使用定位销装夹找正时，基准孔与销为间隙配合，存在一定误差。如果不使用自定心技术，很可能因两孔间隙公差造成零件加工坐标原点偏移。在当前航空结构件制造中，迫切需要解决适应零点装夹系统的定位找正装置，提高找正精度，并能校验使用正确的刀具，适应复杂形状和带角度装夹制造要求。

发明内容

本申请的目的：针对上述技术问题，设计一种新型的基于零件结构数控通用找正装置，解决装夹找正受限问题，实现加工前刀具规格参数校验，减少工艺凸台功能，降低成本。

本申请实现上述目的方案：一种定位找正自定心装置，包括定位球、锥度销、螺钉及弹簧垫圈，定位球具有球形的头部，中部为圆锥体形，底部为圆柱形，底面制有带锥面的孔；定位球的球形头部、中部的圆锥体和底部的圆柱形均同轴；圆柱形锥度销安装于定位球底部的孔中，并可通过螺钉调节；弹簧垫圈设置于螺钉和锥度销之间。

所述圆锥的顶点位于定位球的球心。

所述锥度销为膨胀结构。

一种定位找正的方法，步骤为：

S1 调节定位找正自定心装置的螺钉使锥度销对锥面产生静压力；插入定位孔成过盈配合。

S2 利用球心找正原理，利用测头(图1)或测量棒(图2)，从XYZ方向找出定位找正自定心装置的球头最远接触位置，通过球半径获得球心坐标；

S3 利用定位找正自定心装置找到球心坐标后，换上要使用的数控刀具，对刀长后使用球心坐标，使刀尖接触到球头下外侧锥面(图3)，获得距球心的相对坐标，即可校验出要使用的刀具规格参数的正确性。

所述校验出要使用的刀具规格参数的方法为：

设刀具直径为D底角R值为r，球心坐标(X₁、Y₁、Z₁)，接触锥面后，程编刀尖点坐标(X₂、Y₂、Z₂)，此时相对球心点，程编刀尖点距离(△X、△Y、△Z)有：

当校验位在水平放置时△Y=0时，锥面接触点相对球心位置(X’、Z’)，则有：

设锥面倾斜角为α°时，则有：

可得：

当α=45°时，式为：

通过坐标值代入计算，即可由当前坐标校验出刀具直径及底角R规格。

利用本申请的定位找正自定心装置，能够进行适应零件加工特征的装夹，减少零件结构因素对传统找正的制约。在加工前，能作到对新换的刀具规格参数的校验，实现解决数控零件变角度装夹，空间坐标原点找正问题，并缩短零件加工前准备时间和提高找正精度，在数控加工前实现刀具符合性校验。

本申请是基于孔和孔平面上的可安装的定位找正自定心装置，利用定位销扩张静压力，实现稳定的自定心。利用机床主轴上测头或销棒，找出定位球心空间坐标。利用主轴刀具刀尖与定位找正自定心装置侧锥面接触，获取距定位球心的相对坐标，校验刀具规格参数正确性，解决定位找正和校验问题。本申请结构简单易用，使得具备很好的通用性。

本申请相比于现有技术具有如下优点：

（1）本申请提供的本申请的定位找正自定心装置，能够适应零件多种装夹方式，实现解决数控零件变角度装夹，空间坐标原点找正问题，并缩短零件加工前准备时间和提高找正精度。在实际使用中，基于孔和孔口平面上，即可安装定位找正自定心装置。

（2）本申请利用过盈定位销的弹性可扩张力，对孔壁产生静压力，实现自定心功能，消除配合间隙影响，提高定位精度。

（3）本申请利用球心找正原理，使用测头或测量棒，从XYZ方向找出球头最远接触位置，通过球半径获得球心坐标，不受装夹方式和零件位置干扰。

（4）本申请利用锥面测量原理，使被测刀尖接触到球头下外侧锥面，获得距球心的相对坐标，即可校验出要使用的刀具规格参数的正确性，具有快速可靠特性。

附图说明

图1本申请的主视图

图2 定位球主视图

图3锥度销主视图

图4杠杆百分表测头找正示意图一

图5 杠杆百分表测头找正示意图二

图6测量棒找正示意图

图7 刀具校验示意图

图8 刀具环绕路径示意图一

图9 刀具环绕路径示意图二

图10 刀具接触位示意图一

图11 刀具接触位示意图二。

具体实施方式

本申请的一种定位找正自定心装置，包括定位球、锥度销、螺钉及弹簧垫圈，定位球具有球形的头部，中部为圆锥体形，底部为圆柱形，底面制有带锥面的孔；定位球的球形头部、中部的圆锥体和底部的圆柱形均同轴；圆柱形锥度销安装于定位球底部的孔中，并可通过螺钉调节；弹簧垫圈设置于螺钉和锥度销之间。所述圆锥的顶点位于定位球的球心。所述锥度销为膨胀结构。

数控通用的定位找正自定心装置在使用前，调节螺钉使锥度销对锥面产生静压力，促使定位销外径扩张，与孔成过盈配合。插入定位销时，锥面对锥度销产生反压力，并将作用力到弹簧垫圈上。定位销在插入后始终对孔壁产生扩张压力，促使保持稳定和自定心。

本申请的定位找正自定心装置利用球心找正原理，见图4、图5，利用测头从XYZ方向找出球头最远接触位置或，见图6，测量棒从XYZ方向找出球头最远接触位置，通过球半径获得球心坐标。

见图7，利用定位找正自定心装置找到球心坐标后，换上要使用的数控刀具，对刀长后使用球心坐标，使刀尖接触到球头下外侧锥面，获得距球心的相对坐标，即可校验出要使用的刀具规格参数的正确性。

设刀具直径为D底角R值为r，球心坐标(X₁、Y₁、Z₁)，接触锥面后，程编刀尖点坐标(X₂、Y₂、Z₂)，此时相对球心点，程编刀尖点距离(△X、△Y、△Z)有：

当校验位在水平放置时△Y=0时，锥面接触点相对球心位置(X’、Z’)，则有：

设锥面倾斜角为α°时，则有：

整理可得：

当α=45°时，式为：

因此，通过坐标值代入计算，即可由当前坐标校验出刀具直径及底角R规格。

如图8、图9，刀具路径为程序等高环绕或圆弧轨迹，。

如图10、图11，刀具接触位置有立式加工中心和卧式加工中心。

因此，通过该装配，能解决在数控加工时，复杂零件基于加工特征装夹或带初始角度装夹的坐标原点找正，并通过静态和动态接触，实现对切削刀具规格和加工坐标的符合校验。

Claims (5)

1.一种定位找正自定心装置，其特征在于，包括定位球、锥度销、螺钉及弹簧垫圈，定位球具有球形的头部，中部为圆锥体形，底部为圆柱形，底面制有带锥面的孔；定位球的球形头部、中部的圆锥体和底部的圆柱形均同轴；圆柱形锥度销安装于定位球底部的孔中，并可通过螺钉调节；弹簧垫圈设置于螺钉和锥度销之间。

2.根据权利要求1所述一种定位找正自定心装置，其特征在于，所述圆锥的顶点位于定位球的球心。

3.根据权利要求1所述一种定位找正自定心装置，其特征在于，所述锥度销为膨胀结构。

4.一种定位找正的方法，其特征在于，步骤为：

S1 调节权利要求1至之一所述定位找正自定心装置的螺钉使锥度销对锥面产生静压力；插入定位孔成过盈配合；

S2 利用球心找正原理，利用测头(图1)或测量棒(图2)，从XYZ方向找出定位找正自定心装置的球头最远接触位置，通过球半径获得球心坐标；

S3 利用定位找正自定心装置找到球心坐标后，换上要使用的数控刀具，对刀长后使用球心坐标，使刀尖接触到球头下外侧锥面(图3)，获得距球心的相对坐标，即可校验出要使用的刀具规格参数的正确性。

5.根据权利要求1所述一种定位找正的方法，其特征在于，所述校验出要使用的刀具规格参数的方法为：

设刀具直径为D底角R值为r，球心坐标(X₁、Y₁、Z₁)，接触锥面后，程编刀尖点坐标(X₂、Y₂、Z₂)，此时相对球心点，程编刀尖点距离(△X、△Y、△Z)有：

当校验位在水平放置时△Y=0时，锥面接触点相对球心位置(X’、Z’)，则有：

设锥面倾斜角为α°时，则有：

可得：

当α=45°时，式为：

通过坐标值代入计算，即可由当前坐标校验出刀具直径及底角R规格。

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