CN111975404A - 一种轴向插销式凸轮轴自动定位装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轴向插销式凸轮轴自动定位装置及其使用方法，由端面定位部分、辅助预定位部分及底座组成。端面定位部分：工件端面采用双顶尖与削边销组合定位。通过采用端面插销式定位，较柱面插销式结构显著简化了定位夹具；辅助预定位部分：由下气缸驱动下活动V型块沿导柱移动，通过可调限位螺钉控制下活动V型块顶升高度，进而保证凸轮轴轴线位置。由上气缸驱动上活动V型块向下移动，并与凸轮桃尖轮廓接触，实现凸轮轴周向辅助定位。整个装置通过辅助定位部分完成工件在机床上的预定位，避免了人工安装时工件与顶尖及削边销的冲击，进而保证工件在端面顶尖和削边销上的快速安装，有效节省了安装辅助时间，减轻了工人劳动强度，提高了定位质量和生产效率。

Description

一种轴向插销式凸轮轴自动定位装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种定位装夹装置，具体涉及一种轴向插销式凸轮轴自动定位装置及其使用方法。

背景技术

作为活塞发动机的关键部件，凸轮轴的精密加工在发动机制造过程中占据十分重要的地位。凸轮轴加工过程中，高精度、自动化的装夹与定位就显得尤为迫切。随着近年来制造领域工业自动化程度的不断提高，生产线上的人工作业效率与成本限制了一些新加工工艺的进一步工业化推广，因此对于制造加工装夹系统的自动化需求越来越高。传统的人工装夹方式，需要花费人工安装工件，顶尖及削边销难以快速与工件定位孔对准，造成安装效率低下，易碰伤定位表面，影响定位精度。与一般轴类零件相比，非等径的凸轮轴结构复杂、长径比大且精度要求高，对其实现自动化定位装夹尤为困难。

中国专利文献CN201510470138.2公开了一种不同尺寸的轴类零件装夹夹具，能够实现不同长度、不同外圆尺寸的轴类零件的装夹。但是，该专利所能够夹持的零件均为等径，并不能够实现凸轮轴等非等径类轴类零件的有效装夹。

中国专利文献CN201520055593公开了铸件凸轮轴加工中心定位装置，适用于销孔位于轴颈外圆面上的多工位同时加工的定位装置。该装置由周向定位底座和具有与毛坯凸轮型线吻合的桃形型线的周向定位块构成。由于其定位销孔位于轴颈外圆面上，造成磨夹头结构复杂，制作成本较高，且在轴颈外表面加工径向销孔易产生压力集中，进而削弱凸轮轴整体抗疲劳强度。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种轴向插销式凸轮轴自动定位装置及其使用方法。

本发明的第一个目的是提供一种轴向插销式凸轮轴自动定位装置，其特征在于，该装置由端面定位部分、辅助预定位部分及底座组成；所述辅助预定位部分包括安装于底座的下气缸驱动结构以及上气缸驱动结构，以对凸轮轴进行初步定位；所述端面定位部分包括位于底座两侧的左顶尖结构、右顶尖结构，所述左顶尖结构、右顶尖结构分别与凸轮轴两端面的中心孔配合，其中，左顶尖结构的顶尖一侧设有与凸轮轴端面定位孔配合的削边销。

进一步的，所述下气缸驱动结构包括两只下气缸，两只下气缸分别与底座滑动配合，以便改变两只下气缸之间的距离；每只下气缸的活塞杆安装有与凸轮轴接触的下活动V型块，下气缸驱动下活动V型块，保证凸轮轴轴线与左顶尖结构、右顶尖结构同轴。

进一步的，所述下气缸底部固定有若干下导柱，所述下活动V型块与下导柱滑动配合，下气缸驱动下活动V型块沿下导柱上下移动。

进一步的，每只下气缸一侧均设有与之匹配的支架，该支架与底座滑动配合，所述支架顶部设有可调限位螺钉，该可调限位螺钉位于对应的下活动V型块上方，通过可调限位螺钉控制下活动V型块顶升高度，进而保证凸轮轴轴线与左顶尖结构、右顶尖结构同轴。

进一步的，所述可调限位螺钉与锁紧螺母配合，固定于对应的支架顶部，且可调限位螺钉头部镶嵌硬质合金耐磨块，提高了夹具零件的使用寿命。

进一步的，所述上气缸驱动结构包括基座、上气缸、上活动V型块，所述基座与底座滑动配合，所述上气缸固定于基座顶部，其活塞杆安装上活动V型块，所述上气缸驱动上活动V型块向下移动，实现与凸轮桃尖轮廓完全接触。

进一步的，所述上气缸底部固定有若干上导柱，对应的上活动V型块与上导柱滑动配合，上气缸驱动上活动V型块沿对应的上导柱上下移动。

进一步的，所述削边销与对应的顶尖端面螺纹联接，且顶尖端面设有削边销安装定位的标志刻线，以保证削边销在凸轮轴端面定位孔正确的安装位置。

进一步的，在底座上设置纵向T型槽，以适应不同长度规格凸轮轴的辅助定位系统安装要求。

本发明的第二个目的是提供一种轴向插销式凸轮轴自动定位装置的使用方法，其特征在于，

第一步：将削边销旋进左顶尖结构顶尖座的螺纹孔一定深度，并将削边销与该顶尖座标志刻线对齐，拧紧削边销的锁紧螺母；调整右顶尖结构与左顶尖结构之间距离，以满足凸轮轴预装距离要求；

第二步：在底座上滑动左右分布的两只下气缸，满足凸轮轴前后两轴颈间不同定位距离要求，并将两只下气缸与底座的T型槽固定；

第三步：通过锁紧螺母调节可调限位螺钉，控制两只下气缸的下活动V型块顶升高度，以保证凸轮轴轴线预设位置与左右顶尖结构同轴，并通过锁紧螺母锁紧可调限位螺钉；

第四步：在底座上调节上气缸基座位置并将其固定于底座的T型槽，保证上气缸的上活动V型块与凸轮轴桃尖型面可靠接触，以限制工件绕轴线转动自由度；

第五步：将各气缸与电气控制系统连接，以实现对辅助定位系统及工件加工定位系统的动作顺序控制；

第六步：启动电气控制系统，使两只下气缸活塞杆驱动对应的下活动V型块上升至固定高度，平放凸轮轴至两只下气缸的下活动V型块中；

然后通过上气缸驱动对应的上活动V型块下移并与凸轮轴桃尖型面接触，实现凸轮轴周向预定位；

将右顶尖结构的顶尖顶入凸轮轴右端中心孔，同时使得左顶尖结构的顶尖及削边销自动顶入凸轮轴左端中心孔及定位孔，实现工件由辅助定位系统安装预定位至实际加工工件完全定位的全过程；

第七步：工件实现完全定位安装后，两只下活动V型块由下气缸驱动下移，上气缸的上活动V型块通过上气缸驱动上移，移走底座，不干涉对后续工件加工，待完成工件相关表面切削加工后，松开右顶尖结构的顶尖，取下工件。

本发明中整个装置通过控制不同气缸顺序动作，实现辅助定位部分的预定位功能，进而保证工件在端面顶尖和削边销上的快速安装，有效节省了安装辅助时间，减轻了工人劳动强度，提高了加工质量和生产效率。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1）该装置采用端面插销与顶尖联合定位，取代传统圆柱销，可防止工件过定位，便于安装。同时与一般轴颈径向销孔定位方式相比，夹具结构紧凑，加工成本低，对凸轮轴整体抗疲劳强度影响相对较小。

2）该装置定位安装过程由气缸驱动，作用力大小可控，不会产生严重冲击和碰撞，定位精度高，同时夹具可适应不同长度规格凸轮轴辅助定位系统的安装要求；

2）整个装置通过辅助定位部分完成工件在机床上的预先精确定位，进而保证工件在端面顶尖和削边销上的快速安装，有效节省了安装辅助时间，减轻了工人劳动强度，提高了生产效率。本装置能够实现不同尺寸规格凸轮轴的快速定位安装，有利于实现凸轮轴制造过程的自动化。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明所述的凸轮轴辅助自动预定位装置图；

图2为本发明所述的轴向插销式凸轮轴定位装置图；

图3为本发明所述的尾架顶尖定位装置图。

图中，1-底座；2-下气缸；3-下导柱；4-下活动V型块；5-支架；6-锁紧螺母；7-可调限位螺钉；8-工件（凸轮轴）；9-上气缸；10-上活动V型块；11-硬质合金耐磨块；12-标志刻线；13-锁紧螺母；14-削边销；15-定位孔；16-中心孔；17-左顶尖结构的顶尖；18-左顶尖结构的顶尖座；19-右顶尖结构的顶尖；20-右顶尖结构的顶尖座。

具体实施方式

以某型号13L汽车发动机凸轮轴为例。该凸轮轴采用7轴颈和轴身直径Φ40mm设计，长度1050mm，重量达到15kg。左右端面均分别加工中心孔（如图2、图3），另在工件左端面加工直径为10 mm的定位孔。

该装置由端面定位部分、辅助定位部分及底座组成；所属端面定位部分包括标志刻线12、锁紧螺母13、削边销14、左顶尖结构（顶尖17、顶尖座18）、右顶尖结构（顶尖19、顶尖座20）。左右两顶尖（17、19）限制工件5个自由度。采用带螺纹削边销14取代传统圆柱销，可防止过定位，并可与顶尖座18可靠联结。顶尖座18与削边销14上的标志刻线12可保证安装削边销14的正确方向。锁紧螺母13可防止削边销1）在工件定位安装过程中出现松动。

所述辅助定位部分包括下气缸2、下导柱3、下活动V型块4、支架5、锁紧螺母6、限位螺钉7、上气缸9、上活动V型块10、耐磨镶块（硬质合金耐磨块）11。由两只下气缸2驱动上活动V型块4沿上导柱移动，通过可调限位螺钉7控制上活动V型块顶升高度，进而保证凸轮轴轴线与两顶尖对齐；由上气缸9驱动上活动V型块10向下移动，并与凸轮桃形型线轮廓接触，实现凸轮轴周向辅助定位；限位螺钉头部镶嵌硬质合金耐磨块11，提高了限位零件的使用寿命。

所述底座上设置数条纵向T型槽，以适应不同长度规格凸轮轴辅助定位系统的安装要求。

本发明具体实施步骤为：

第一步：将削边销14旋进左顶尖座18的M8螺纹孔一定深度，并将削边销14与顶尖座18标志刻线对齐，拧紧锁紧螺母13。调整右顶尖座20与左顶尖座之间距离，以满足凸轮轴预装距离要求；

第二步：将左右下气缸2与底座通过T型槽固定，并满足凸轮轴第2轴颈与第6轴颈间定位距离要求；

第三步：调节可调限位螺钉7控制V型块顶升高度，以保证凸轮轴轴线预设位置与左右顶尖同轴，并通过锁紧螺母6锁紧；

第四步：调节上气缸9基座位置，保证上活动V型块10与凸轮轴桃尖型面可靠接触，以限制工件绕轴线转动自由度；

第五步：将各气缸与电气控制系统连接，以实现对辅助定位系统及工件加工定位系统的动作顺序控制；

第六步：启动电气控制系统，使左右下气缸2活塞杆驱动下活动V型块4上升至固定高度，平放凸轮轴至下活动V型块4中，然后通过上气缸9驱动上活动V型块10下移并与凸轮桃尖型面接触，实现凸轮轴周向预定位。将右顶尖19顶入凸轮轴右端中心孔，同时使得左端顶尖17及削边销14自动顶入凸轮轴右端中心孔及定位孔，实现工件由辅助定位系统安装预定位至实际加工工件完全定位的全过程。

第七步：工件实现完全定位安装后，左右下活动V型块4由下气缸2驱动下移，上活动V型块10通过上气缸9驱动上移，移走底座，不干涉对后续工件加工，待完成工件相关表面切削加工后，松开右顶尖19，取下工件。

本发明中：

端面定位部分：工件端面采用双顶尖与削边销组合定位；通过采用端面插销式定位，较柱面插销式结构显著简化了定位夹具。

辅助预定位部分：由下气缸驱动活动V型块沿双导柱移动，通过可调限位螺钉控制下活动V型块顶升高度，进而保证凸轮轴轴线位置。由上气缸驱动上活动V型块向下移动，并与凸轮桃尖轮廓完全接触，实现凸轮轴周向辅助定位。

限位螺钉头部镶嵌硬质合金耐磨块，提高了限位零件的使用寿命；底座部分用于安装辅助定位机构。

整个装置通过辅助定位部分完成工件在机床上的预定位，避免了人工安装时工件与顶尖及削边销的冲击，进而保证工件在端面顶尖和削边销上的快速安装，有效节省了安装辅助时间，减轻了工人劳动强度，提高了定位质量和生产效率。本装置能够实现多尺寸规格凸轮轴快速定位安装，有利于实现凸轮轴制造过程的自动化。

Claims (9)

1.一种轴向插销式凸轮轴自动定位装置，其特征在于，该装置由端面定位部分、辅助预定位部分及底座组成；所述辅助预定位部分包括安装于底座的下气缸驱动结构以及上气缸驱动结构，以对凸轮轴进行初步定位；所述端面定位部分包括位于底座两侧的左顶尖结构、右顶尖结构，所述左顶尖结构、右顶尖结构分别与凸轮轴两端面的中心孔配合，其中，左顶尖结构的顶尖一侧设有与凸轮轴端面定位孔配合的削边销。

2.如权利要求1所述的一种轴向插销式凸轮轴自动定位装置，其特征在于，所述下气缸驱动结构包括两只下气缸，两只下气缸分别与底座滑动配合，以便改变两只下气缸之间的距离；每只下气缸的活塞杆安装有与凸轮轴接触的下活动V型块，下气缸驱动下活动V型块，保证凸轮轴轴线与左顶尖结构、右顶尖结构同轴。

3.如权利要求2所述的一种轴向插销式凸轮轴自动定位装置，其特征在于，所述下气缸底部固定有若干下导柱，所述下活动V型块与下导柱滑动配合，下气缸驱动下活动V型块沿下导柱上下移动。

4.如权利要求3所述的一种轴向插销式凸轮轴自动定位装置，其特征在于，每只下气缸一侧均设有与之匹配的支架，该支架与底座滑动配合，所述支架顶部设有可调限位螺钉，该可调限位螺钉位于对应的下活动V型块上方，通过可调限位螺钉控制下活动V型块顶升高度，进而保证凸轮轴轴线与左顶尖结构、右顶尖结构同轴。

5.如权利要求4所述的一种轴向插销式凸轮轴自动定位装置，其特征在于，所述可调限位螺钉与锁紧螺母配合，固定于对应的支架顶部，且可调限位螺钉头部镶嵌硬质合金耐磨块。

6.如权利要求1所述的一种轴向插销式凸轮轴自动定位装置，其特征在于，所述上气缸驱动结构包括基座、上气缸、上活动V型块，所述基座与底座滑动配合，所述上气缸固定于基座顶部，其活塞杆安装上活动V型块，所述上气缸驱动上活动V型块向下移动，实现与凸轮桃尖轮廓完全接触。

7.如权利要求6所述的一种轴向插销式凸轮轴自动定位装置，其特征在于，所述上气缸底部固定有若干上导柱，对应的上活动V型块与上导柱滑动配合，上气缸驱动上活动V型块沿对应的上导柱上下移动。

8.如权利要求1所述的一种轴向插销式凸轮轴自动定位装置，其特征在于，所述削边销与对应的顶尖端面螺纹联接，且顶尖端面设有削边销安装定位的标志刻线，以保证削边销在凸轮轴端面定位孔正确的安装位置。

9.如权利要求1所述的一种轴向插销式凸轮轴自动定位装置的使用方法，其特征在于，

第一步：将削边销旋进左顶尖结构顶尖座的螺纹孔一定深度，并将削边销与该顶尖座标志刻线对齐，拧紧削边销的锁紧螺母；调整右顶尖结构与左顶尖结构之间距离，以满足凸轮轴预装距离要求；

第二步：在底座上滑动左右分布的两只下气缸，满足凸轮轴前后两轴颈间不同定位距离要求，并将两只下气缸与底座的T型槽固定；

第三步：通过锁紧螺母调节可调限位螺钉，控制两只下气缸的下活动V型块顶升高度，以保证凸轮轴轴线预设位置与左右顶尖结构同轴，并通过锁紧螺母锁紧可调限位螺钉；

第四步：在底座上调节上气缸基座位置并将其固定于底座的T型槽，保证上气缸的上活动V型块与凸轮轴桃尖型面可靠接触，以限制工件绕轴线转动自由度；

第五步：将各气缸与电气控制系统连接，以实现对辅助定位系统及工件加工定位系统的动作顺序控制；

第六步：启动电气控制系统，使两只下气缸活塞杆驱动对应的下活动V型块上升至固定高度，平放凸轮轴至两只下气缸的下活动V型块中；

然后通过上气缸驱动对应的上活动V型块下移并与凸轮轴桃尖型面接触，实现凸轮轴周向预定位；

将右顶尖结构的顶尖顶入凸轮轴右端中心孔，同时使得左顶尖结构的顶尖及削边销自动顶入凸轮轴左端中心孔及定位孔，实现工件由辅助定位系统安装预定位至实际加工工件完全定位的全过程；

第七步：工件实现完全定位安装后，两只下活动V型块由下气缸驱动下移，上气缸的上活动V型块通过上气缸驱动上移，移走底座，不干涉对后续工件加工，待完成工件相关表面切削加工后，松开右顶尖结构的顶尖，取下工件。

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