CN111940797A - 双角度特征斜孔加工装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双角度特征斜孔加工装置与方法，包括定位基座(1)、旋转基座(2)以及定位块组件(3)，所述定位基座(1)上设置有旋转基座安装槽(102)，旋转基座(2)安装在旋转基座安装槽(102)内并能够在旋转基座安装槽(102)内旋转，旋转基座(2)上设置有斜孔(206)，定位块组件(3)能够将定位基座(1)与旋转基座(2)的相对位置定位锁定。本发明结构简单合理，加工成本低，能够同时对X/Y向的斜度和Z向的斜度进行定位导向，能够对空间斜度孔进行精确加工。

Description

双角度特征斜孔加工装置与方法

技术领域

本发明涉及机械孔加工技术领域，具体地，涉及一种双角度特征斜孔加工装置与方法。

背景技术

多角度金属工件加工是金属制造过程中经常碰到的问题，一般这样的加工，不管加工精度要求，均需三轴加工五轴加工中心进行加工。纵观我国的制造业，尤其是以民营企业占主导地位的，五轴加工中心是少有配置的，主要原因是五轴加工中心的采购成本比较高，越大的五轴加工中心越是稀有；五轴加工中心的占地面积比较大；五轴加工中心对员工的技术要求比较高，因为是五轴联动的，对编程的要求比较高，加工所需的时间也很长。因此，如果较大的工件，如果需要进行异形表面的多角度加工，加工的成本不言而喻。

具有双角度特征斜孔是在工件的平表面、斜表面、曲表面上除了X/Y向的斜度，还具有Z向角度的斜度。国内多项研究也只是专注于一个平面的内的斜角度加工，抑或有的是平面或者圆柱等特征比较简单的表面的孔加工，少有空间内斜度(XY平面内斜度+Z向斜度)的加工方法研究。

专利文献CN106141227A公开了一种斜孔加工治具，属于机加工技术领域，包括本体，所述本体的底部设有一组安装孔；所述本体顶部的一侧设有刀具装夹耳板；所述刀具装夹耳板与本体一体浇铸成型；所述刀具装夹耳板上并列设有一组刀具装夹孔；所述刀具装夹孔包括三个斜孔和两个直孔；所述本体的顶部设有锥形坡面。该专利文献的技术方案能够加工具有平面内角度特征的斜孔，无法对Z向斜度进行定位和加工，因此不适用于具有双角度特征的斜孔加工。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种双角度特征斜孔加工装置与方法。

根据本发明提供的一种双角度特征斜孔加工装置，包括定位基座、旋转基座以及定位块组件，所述定位基座上设置有旋转基座安装槽，旋转基座安装在旋转基座安装槽内并能够在旋转基座安装槽内旋转，旋转基座上设置有斜孔，定位块组件能够将定位基座与旋转基座的相对位置定位锁定。

优选地，所述旋转基座为圆柱形，斜孔从旋转基座的一个端面贯穿另一个端面，斜孔一端的中心与旋转基座一个端面的中心重合，斜孔与旋转基座轴线之间具有夹角，斜孔与旋转基座端面的夹角记为旋转基座第一角度特征。

优选地，所述旋转基座的周向上设置有旋转基座零位槽，旋转基座零位槽与旋转基座轴线平行，在旋转基座的另一个端面上，旋转基座零位槽的中心与斜孔另一端的中心位于旋转基座另一个端面的一条半径上。

优选地，所述旋转基座的周向上设置有旋转基座旋转角度槽，旋转基座旋转角度槽与旋转基座轴线平行，旋转基座旋转角度槽与旋转基座零位槽之间的夹角记为旋转基座第二角度特征。

优选地，所述旋转基座的周向上设置有旋转基座定位槽，旋转基座定位槽环绕旋转基座设置并垂直于旋转基座的轴向。

优选地，所述旋转基座安装槽的形状与旋转基座的形状匹配，旋转基座安装后，旋转基座的轴线与旋转基座安装槽的轴线重合。

优选地，所述旋转基座安装槽内设置有定位基座零位槽，定位基座零位槽设置在旋转基座安装槽的底部中心并且平行于旋转基座安装槽的轴向；

所述旋转基座安装槽内设置有定位基座定位槽，定位基座定位槽环绕设置在旋转基座安装槽的底部并垂直于旋转基座安装槽的轴向。

优选地，所述定位基座的底面垂直于定位基座平行于旋转基座安装槽轴向的侧面。

优选地，所述定位块组件包括角度定位块、位置定位块，所述角度定位块安装在定位基座零位槽与旋转基座的旋转基座零位槽或旋转基座旋转角度槽之间；所述位置定位块安装在定位基座定位槽与旋转基座的旋转基座定位槽之间。

根据本发明提供的一种双角度特征斜孔加工方法，采用所述双角度特征斜孔加工装置，包括如下步骤：

步骤一：记工件要加工斜孔在工件厚度方向上与工件一侧平面之间的夹角为工件第一角度特征，记工件要加工斜孔在与厚度方向垂直的平面内与工件长度或宽度方向的夹角为工件第二角度特征，根据工件要加工斜孔的双角度特征选择双角度特征斜孔加工装置并进行组装将旋转基座第二角度特征固定；

步骤二：通过夹具将双角度特征斜孔加工装置与工件装夹在一起；

步骤三：通过孔加工装置根据旋转基座上斜孔的方向对工件进行斜孔加工。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明结构简单合理，加工成本低，能够同时对X/Y向的斜度和Z向的斜度进行定位导向，能够对空间斜度孔进行精确加工。

2、本发明通过选择旋转基座来选择斜孔的第一角度特征，通过旋转旋转基座来选择斜孔的第二角度特征，从而实现对双角度特征孔斜度加工的精确导向，同时简化了加工流程，使用方便快捷。

3、本发明定位基座的底面垂直于定位基座平行于旋转基座安装槽轴向的侧面形成方形基座，建立XY基准坐标平面，能够对需要加工斜孔的位置进行定位。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明双角度特征斜孔加工装置一个角度的立体结构示意图。

图2为本发明双角度特征斜孔加工装置另一个角度的立体结构示意图。

图3为本发明定位基座的正视结构示意图。

图4为本发明定位基座的俯视结构示意图。

图5为本发明旋转基座的正视结构示意图。

图6为本发明旋转基座的俯视结构示意图。

图7为本发明应用到平面工件斜孔加工的安装示意图。

图8为平面工件立体结构示意图。

图9为平面工件俯视结构示意图。

图10为平面工件侧视结构示意图。

图11为本发明应用到斜面工件斜孔加工的安装示意图。

图12为本发明安装到斜面工件的侧视结构示意图。

图13为本发明安装到斜面工件的正视结构示意图。

图14为斜面工件立体结构示意图。

图15为斜面工件俯视结构示意图。

图中示出：

定位基座1 位置定位块302

定位基座定位槽101 平面工件4

旋转基座安装槽102 平面工件需加工斜孔401

定位基座零位槽103 平面工件Y轴基准边402

旋转基座安装槽中心104 平面工件X中基准边403

旋转基座2 平面工件斜孔第二角度特征404

旋转基座中心201 平面工件斜孔第一角度特征405

旋转基座零位槽202 斜面工件5

旋转基座旋转角度槽203 斜面工件需加工斜孔501

旋转基座定位槽204 斜面工件Y轴基准边502

旋转基座第一角度特征205 斜面工件X中基准边503

斜孔206 斜面工件斜孔第二角度特征504

旋转基座第二角度特征207 斜面工件斜孔第一角度特征505

定位块组件3 斜面工件倾斜角度506

角度定位块301

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

根据本发明提供的一种双角度特征斜孔加工装置，如图1-2所示，包括定位基座1、旋转基座2以及定位块组件3，所述定位基座1上设置有旋转基座安装槽102，旋转基座2安装在旋转基座安装槽102内并能够在旋转基座安装槽102内旋转，旋转基座2上设置有斜孔206，定位块组件3能够将定位基座1与旋转基座2的相对位置定位锁定。优选地，所述斜孔206根据加工要求加工。本发明能够以异形表面的特征，比较精确地找到多角度孔的孔位并通过导向，通过简单的两轴甚至传统加工工具加工，就能实现工件上复杂多变的斜角度孔的加工；使用孔加工工具就可以对异形表面的斜孔位进行加工，从而做到便捷、快速、并节约成本。尤其异形水路逐步被采用，所以，能借用一定的工具从而简化加工流程，降低加工成本，特别有帮助。

如图5-6所示，所述旋转基座2为圆柱形，斜孔206从旋转基座2的一个端面贯穿另一个端面，斜孔206一端的中心与旋转基座2一个端面的中心重合，斜孔206与旋转基座2轴线之间具有夹角，斜孔206与旋转基座2端面的夹角记为旋转基座第一角度特征205。所述旋转基座2的周向上设置有旋转基座零位槽202，旋转基座零位槽202与旋转基座2轴线平行，在旋转基座2的另一个端面上，旋转基座零位槽202的中心与斜孔206另一端的中心位于旋转基座2另一个端面的一条半径上。所述旋转基座2的周向上设置有旋转基座旋转角度槽203，旋转基座旋转角度槽203与旋转基座2轴线平行，旋转基座旋转角度槽203与旋转基座零位槽202之间的夹角记为旋转基座第二角度特征207，所述旋转基座旋转角度槽203为一个或者多个。所述旋转基座2的周向上设置有旋转基座定位槽204，旋转基座定位槽204环绕旋转基座2设置并垂直于旋转基座2的轴向。优选地，所述旋转基座2的周向设置有刻度。

如图3-4所示，所述旋转基座安装槽102的形状与旋转基座2的形状匹配，旋转基座安装槽102的半径与旋转基座2的半径相当，旋转基座2安装后，旋转基座2的轴线与旋转基座安装槽102的轴线重合，即旋转基座中心201与旋转基座安装槽中心104重合。所述旋转基座安装槽102内设置有定位基座零位槽103，定位基座零位槽103设置在旋转基座安装槽102的底部中心并且平行于旋转基座安装槽102的轴向；所述旋转基座安装槽102内设置有定位基座定位槽101，定位基座定位槽101环绕设置在旋转基座安装槽102的底部并垂直于旋转基座安装槽102的轴向。所述定位基座1的底面垂直于定位基座1平行于旋转基座安装槽102轴向的侧面形成方形基座，建立XY基准坐标平面，方便对需要加工斜孔的位置进行定位。

如图2、4、7等所示，所述定位块组件3包括角度定位块301、位置定位块302，所述角度定位块301安装在定位基座零位槽103与旋转基座2的旋转基座零位槽202或旋转基座旋转角度槽203之间；所述位置定位块302安装在定位基座定位槽101与旋转基座2的旋转基座定位槽204之间。旋转基座2安装在定位基座1上的旋转基座安装槽102内后，旋转基座定位槽204与定位基座定位槽101连接形成位置定位块302的安装空间，位置定位块302安装后将旋转基座2与定位基座1的轴向位置相对锁定，旋转基座零位槽202或旋转基座旋转角度槽203与定位基座零位槽103连接形成角度定位块301的安装空间，角度定位块301安装后将旋转基座2的第二角度特征固定，通过旋转旋转基座2可以改变第二角度特征。

所述定位基座1、旋转基座2与工件装夹的面适形于工件表面；例如，若工件待加工斜孔的表面为平面，则定位基座1、旋转基座2与工件装夹的面为平面；若工件待加工斜孔的表面为斜面，则定位基座1、旋转基座2与工件装夹的面为斜面；若工件待加工斜孔的表面为曲面，则定位基座1、旋转基座2与工件装夹的面为曲面。

根据本发明提供的一种双角度特征斜孔加工方法，如图7-15所示，采用所述双角度特征斜孔加工装置，包括如下步骤：

步骤一：记工件要加工斜孔在工件厚度方向上与工件一侧平面之间的夹角为工件第一角度特征，记工件要加工斜孔在与厚度方向垂直的平面内与工件长度或宽度方向的夹角为工件第二角度特征，根据工件要加工斜孔的双角度特征选择双角度特征斜孔加工装置并进行组装将旋转基座第二角度特征207固定；

步骤二：通过夹具将双角度特征斜孔加工装置与工件装夹在一起；

步骤三：通过孔加工装置根据旋转基座2上斜孔的方向对工件进行斜孔加工。

上面对本申请的基本实施例进行了说明，下面结合基本实施例的优选例和/或变化例对本申请进行更为具体的说明。

实施例1：平面上的任意角度斜孔加工

双角度特征斜孔加工装置由一个作为基准的定位基座1加上一个可旋转的具有一定刻度旋转基座2以及定位块组件3构成，如图1-2所示，定位基座1为方形，旋转基座2为圆柱形，图中A表示双角度特征斜孔加工装置的前面，B表示双角度特征斜孔加工装置的背面，A面与工件接触，旋转基座2端面中心与斜孔206中心重合的一面位于B面。加工时，保证旋转基座安装槽中心104与旋转基座中心201重合，旋转基座安装槽102与旋转基座2的半径相同。

如图7-10所示，在比较常见的平面工件4上加工一个具有双角度特征的斜孔(平面工件需加工斜孔401)，包括如下步骤：

1)在平面工件4上通过2D/3D的测量出平面工件4的特征，包括：

在2D/3D图纸上测出在平面工件4的一个面上斜孔的中心到平面工件X中基准边403的距离X1以及斜孔的中心到平面工件Y轴基准边402的距离Y1坐标，注意X轴基准边和Y轴基准边的选取并不一定是平面工件4的边缘也可以在平面工件4中间，测量平面工件需加工斜孔401的平面工件斜孔第一角度特征405和平面工件斜孔第二角度特征404；

2)根据基准边距离加工定位基座1(或者定位基座1为标准件)，使得装夹好后的定位基座1底面中心线到侧面的距离等于X1，定位基座1的高度等于Y1；根据平面工件需加工斜孔401的角度特征加工旋转基座2，使得旋转基座第一角度特征205(图6中θ1)与平面工件斜孔第一角度特征405相等，旋转基座第二角度特征207(图5中θ2)与平面工件斜孔第二角度特征404相等(或者所述旋转基座2为标准件，根据平面工件斜孔第一角度特征405选取旋转基座2，根据平面工件斜孔第二角度特征404旋转旋转基座2)；

3)根据平面工件需加工斜孔401的角度特征，将旋转基座2安装在定位基座1上，并通过角度定位块301和位置定位块302将旋转基座2安装在定位基座1锁紧，以与斜孔206中心重合的旋转基座中心201为加工位置，形成一个立体斜孔导向孔；

4)将定位基座1底面与平面工件Y轴基准边402对准，定位基座1侧面与平面工件X中基准边403对准，使得平面工件需加工斜孔401的中心与旋转基座安装槽中心104重合，然后通过夹具将定位基座1、旋转基座2与平面工件4夹紧；

5)利用打孔工具(孔加工装置)根据旋转基座2上斜孔的导向加工斜孔到设定的深度；

6)如果在平面工件4同一高度位置需要加工多个第一角度特征相同但第二角度特征不同的斜孔，可以在旋转基座2上加工出多个旋转基座旋转角度槽203，这样就使用同一个旋转基座2就能够完成多个斜孔的加工；

7)如果平面工件4上需要加工多个第一角度特征相同但高度不同的斜孔，可以通过对定位基准座1进行加工或移动把X向和Y向调整到指定的位置，对准斜孔加工基准边进行不同高度斜孔加工。

实施例2：斜面上的多角度加工

双角度特征斜孔加工装置由一个作为基准的定位基座1加上一个可旋转的具有一定刻度旋转基座2以及定位块组件3构成，如图1、2、11以及12所示，定位基座1为方形，旋转基座2为圆柱形，图中A表示双角度特征斜孔加工装置的前面，B表示双角度特征斜孔加工装置的背面，A面与工件接触，旋转基座2端面中心与斜孔206中心重合的一面位于B面，B面根据斜面工件5的斜面工件倾斜角度506也加工成斜面(或者通过楔形垫块把斜面工件5垫成平面工件，或者只是把需要加工的局部斜面垫成平面工件)。加工时，保证旋转基座安装槽中心104与旋转基座中心201重合，旋转基座安装槽102与旋转基座2的半径相同。

如图11-15所示，在比较常见的斜面工件5上加工一个具有双角度特征的斜孔(斜面工件需加工斜孔501)，包括如下步骤：

1)在斜面工件5上通过2D/3D的测量出斜面工件5的特征，包括：

在2D/3D图纸上测出在斜面工件5与侧面垂直的平面(非斜面)上斜孔的中心到斜面工件X中基准边503的距离X2以及斜孔的中心到斜面工件Y轴基准边502的距离Y2坐标，注意X轴基准边和Y轴基准边的选取并不一定是斜面工件5的边缘也可以在斜面工件5中间；以与侧面垂直的平面为基准测量斜面工件需加工斜孔501的斜面工件斜孔第一角度特征505和斜面工件斜孔第二角度特征504；在斜面工件5上，还需测出加工点位置和斜面工件倾斜角度506；

2)根据基准边距离加工定位基座1(或者定位基座1为标准件)，使得装夹好后的定位基座1底面中心线到侧面的距离等于X2，定位基座1的高度等于Y2；根据斜面工件需加工斜孔501的角度特征加工旋转基座2，使得旋转基座第一角度特征205(图6中θ1)与斜面工件斜孔第一角度特征505相等，旋转基座第二角度特征207(图5中θ2)与斜面工件斜孔第二角度特征504相等(或者所述旋转基座2为标准件，根据斜面工件斜孔第一角度特征505选取旋转基座2，根据斜面工件斜孔第二角度特征504旋转旋转基座2)；

3)根据斜面工件需加工斜孔501的角度特征，将旋转基座2安装在定位基座1上，并通过角度定位块301和位置定位块302将旋转基座2安装在定位基座1锁紧，以与斜孔206中心重合的旋转基座中心201为加工位置，形成一个立体斜孔导向孔；

4)将定位基座1底面与斜面工件Y轴基准边502对准，定位基座1侧面与斜面工件X中基准边503对准，使得斜面工件需加工斜孔501的中心与旋转基座安装槽中心104重合；以旋转基座2的B面的C点(在一个实施例中C点为旋转基座中心201)为起点加工CD斜面使得∠DCE等于斜面工件倾斜角度506，或者将斜面通过楔形块垫平；然后通过夹具将定位基座1、旋转基座2与平面工件4夹紧；

5)利用打孔工具(孔加工装置)根据旋转基座2上斜孔的导向加工斜孔到设定的深度；

6)如果在斜面工件5同一高度位置需要加工多个第一角度特征相同但第二角度特征不同的斜孔，可以在旋转基座2上加工出多个旋转基座旋转角度槽203，这样就使用同一个旋转基座2就能够完成多个斜孔的加工；

7)如果斜面工件5上需要加工多个第一角度特征相同但高度不同的斜孔，可以通过对定位基准座1进行加工或移动把X向和Y向调整到指定的位置，对准斜孔加工基准边进行不同高度斜孔加工。

其他各类面(异形面)的斜孔加工，可以通过类似的方式，通过旋转基座2和定位基座1加工所对应的斜孔特征，通过简单的两轴甚至传统加工工具加工，就能实现工件上复杂多变的斜角度孔的加工。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种双角度特征斜孔加工装置，其特征在于，包括定位基座(1)、旋转基座(2)以及定位块组件(3)，所述定位基座(1)上设置有旋转基座安装槽(102)，旋转基座(2)安装在旋转基座安装槽(102)内并能够在旋转基座安装槽(102)内旋转，旋转基座(2)上设置有斜孔(206)，定位块组件(3)能够将定位基座(1)与旋转基座(2)的相对位置定位锁定。

2.根据权利要求1所述的双角度特征斜孔加工装置，其特征在于，所述旋转基座(2)为圆柱形，斜孔(206)从旋转基座(2)的一个端面贯穿另一个端面，斜孔(206)一端的中心与旋转基座(2)一个端面的中心重合，斜孔(206)与旋转基座(2)轴线之间具有夹角，斜孔(206)与旋转基座(2)端面的夹角记为旋转基座第一角度特征(205)。

3.根据权利要求2所述的双角度特征斜孔加工装置，其特征在于，所述旋转基座(2)的周向上设置有旋转基座零位槽(202)，旋转基座零位槽(202)与旋转基座(2)轴线平行，在旋转基座(2)的另一个端面上，旋转基座零位槽(202)的中心与斜孔(206)另一端的中心位于旋转基座(2)另一个端面的一条半径上。

4.根据权利要求3所述的双角度特征斜孔加工装置，其特征在于，所述旋转基座(2)的周向上设置有旋转基座旋转角度槽(203)，旋转基座旋转角度槽(203)与旋转基座(2)轴线平行，旋转基座旋转角度槽(203)与旋转基座零位槽(202)之间的夹角记为旋转基座第二角度特征(207)。

5.根据权利要求1所述的双角度特征斜孔加工装置，其特征在于，所述旋转基座(2)的周向上设置有旋转基座定位槽(204)，旋转基座定位槽(204)环绕旋转基座(2)设置并垂直于旋转基座(2)的轴向。

6.根据权利要求1所述的双角度特征斜孔加工装置，其特征在于，所述旋转基座安装槽(102)的形状与旋转基座(2)的形状匹配，旋转基座(2)安装后，旋转基座(2)的轴线与旋转基座安装槽(102)的轴线重合。

7.根据权利要求1所述的双角度特征斜孔加工装置，其特征在于，所述旋转基座安装槽(102)内设置有定位基座零位槽(103)，定位基座零位槽(103)设置在旋转基座安装槽(102)的底部中心并且平行于旋转基座安装槽(102)的轴向；

所述旋转基座安装槽(102)内设置有定位基座定位槽(101)，定位基座定位槽(101)环绕设置在旋转基座安装槽(102)的底部并垂直于旋转基座安装槽(102)的轴向。

8.根据权利要求1所述的双角度特征斜孔加工装置，其特征在于，所述定位基座(1)的底面垂直于定位基座(1)平行于旋转基座安装槽(102)轴向的侧面。

9.根据权利要求7所述的双角度特征斜孔加工装置，其特征在于，所述定位块组件(3)包括角度定位块(301)、位置定位块(302)，所述角度定位块(301)安装在定位基座零位槽(103)与旋转基座(2)的旋转基座零位槽(202)或旋转基座旋转角度槽(203)之间；所述位置定位块(302)安装在定位基座定位槽(101)与旋转基座(2)的旋转基座定位槽(204)之间。

10.一种双角度特征斜孔加工方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述双角度特征斜孔加工装置，包括如下步骤：

步骤一：记工件要加工斜孔在工件厚度方向上与工件一侧平面之间的夹角为工件第一角度特征，记工件要加工斜孔在与厚度方向垂直的平面内与工件长度或宽度方向的夹角为工件第二角度特征，根据工件要加工斜孔的双角度特征选择双角度特征斜孔加工装置并进行组装将旋转基座第二角度特征(207)固定；

步骤二：通过夹具将双角度特征斜孔加工装置与工件装夹在一起；

步骤三：通过孔加工装置根据旋转基座(2)上斜孔的方向对工件进行斜孔加工。

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