CN112171347A - 一种用于球面零件加工的定位夹具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于球面零件加工的定位夹具，采用该夹具不仅定位精准，并且不会对球面零件外球面造成损伤，该夹具包括芯轴、定位套、锁紧压套以及定位销；芯轴一端装夹于加工机床上，另一端端面用于和被加工球面零件接触；定位套套装在芯轴上，并通过其内部设置的凹球面与被加工球面零件的外球面配合；定位销沿径向方向设置，一端与定位套固连，另一端插装至所述定位套上；锁紧压套内套装在定位套外部，并与芯轴螺纹连接。

Description

一种用于球面零件加工的定位夹具
技术领域
本发明涉及一种定位夹具，具体涉及一种用于球面零件加工的定位夹具。
背景技术
在机械制造的各个加工工艺过程中，必须使工件在工艺系统中处于合适、正确的位置，以保证加工质量，提高生产效率，为了使工件处于合适、正确的位置所使用的各种工艺装备，统称为夹具。
高精度球是精密球轴承、滚珠丝杠、陀螺仪和精密测量仪器中的关键基础元件，在工程领域中占有十分重要的地位，广泛应用于航空、航天、石油、机械和电子电器之中。球体的球形误差、表面粗糙度直接影响了设备的精度、寿命和可靠性。
某型号动压电机内使用的左、右半球属于高精密球，如图1所示，其
Figure BDA0002695096320000011
Figure BDA0002695096320000012
内孔的加工要求很高，具体是：该孔的圆柱度要求为0.001mm，与外球面的同轴度要求为Φ0.002mm，与端面的垂直度要求为0.002mm，内孔的表面粗糙度要求为Ra0.2μm。
目前左、右半球内孔采用的是使用精密手动车床精车的方法进行精加工，在精加工的过程中,找正外球面与内孔的同轴度至关重要，其结果与最终加工后零件的同轴度紧密相连。目前采用的夹具定位方法，加工过程找正时间长，加工效率低，一次装夹同轴度较差，球面与夹具配合面可以相互转动，容易出现球面划伤问题。
并且现有方法进行批量加工时，需要使用杠杆千分表对每一个装夹后的工件进行找正，效率低下。
发明内容
为了解决现有半球零件加工采用夹具直接定位方法，加工过程找正时间长，加工效率低，一次装夹同轴度较差，球面与夹具配合面可以相互转动，容易出现球面划伤等问题，本发明提供了一种用于球面零件加工的定位夹具。
本发明的具体技术方案是：
本发明提供了一种用于球面零件加工的定位夹具，包括芯轴、定位套、锁紧压套以及定位销；
芯轴包括依次设置的装夹段、螺纹连接段、周向定位段以及轴向定位段；装夹段用于加工机床装夹；螺纹连接段设有外螺纹；周向定位段上沿轴向方向开设有开口定位槽；轴向定位段的端面用于和被加工球面零件接触；
定位套整体呈台阶状，包括大径段和小径段；定位套内依次设有大孔段、小孔段和凹球面段，其中，大孔段与所述周向定位段间隙配合，且大孔段上设有定位销孔，小孔段与所述轴向定位段间隙配合，凹球面段与被加工球面零件的外球面配合；
定位销沿径向方向设置，一端与所述定位销孔过盈配合，另一端插装至所述开口定位槽内；
锁紧压套内设有三级台阶通孔；第一级台阶孔内壁设有与所述外螺纹配合的内螺纹，第二级台阶孔与所述定位套大径段间隙配合，第三台阶孔所述定位套的小径段间隙配合。
使用时，现将芯轴装夹至加工机床上，将定位销安装至定位套上，且定位销一端伸入定位套内部，然后将被加工球面零件放置在定位套的凹球面段内，之后将装有被加工球面零件的定位套套装至芯轴上，套装过程定位销和开口定位槽起到轴向引导作用，最后将锁紧压套通过螺纹连接的方式套装在定位套的外部，从而实现被加工球面零件的定位，由于定位销和定位槽的作用，使得锁紧压套旋入过程被定位套不会发生转动，避免了被加工球面零件的外球面受到损伤。
进一步地，当被加工球面零件为半球状，且设有拆卸孔时，上述轴向定位段的端面设有柱状凸起，该柱状凸起与拆卸孔可间隙配合，对被加工球面零件进行初定位。
进一步地，当被加工球面零件为球状，上述轴向定位段的端面设有凹槽，凹槽的开口处加工圆形倒角，球状被加工零件的外球表面可通过圆形倒角实现初定位。
进一步地，当被加工球面零件为球状，上述轴向定位段的端面设有球形凹槽，球形凹槽的曲率半径与被加工球面零件的半径相适配，能够确保定位更加精准。
进一步地，上述定位套采用铝合金制作，可避免定位套压坏或者划伤被加工球面零件。
进一步地，为了确保定位精度和加工精度，上述大孔段与所述周向定位段的间隙小于0.005mm；小孔段与所述轴向定位段的间隙小于0.005mm。
进一步地，为了确保定位精度和加工精度，上述第二级台阶孔与所述定位套大径段的间隙小于0.005mm；第三台阶孔所述定位套的小径段的间隙小于0.005mm。
进一步地，为了便于夹具的安装和拆卸，上述锁紧压套的外表面为滚花设计。
进一步地，上述锁紧压套外表面沿着轴向设有凹槽。
本发明的有益效果是：
1、本发明依靠高精度球面作为定位基准，实现了设计基准、加工基准及测量基准的完全统一，易于保证定位和加工精度，并使加工精度稳定；
2、本发明的夹具引入定位销作为引导元件，实现了批量加工时所有零件的初始位置一致，且限制了相互间转动的自由度，保证了零件与夹具无相互转动，避免了工件与夹具相互转动带来的相互摩擦，从而保证了工件的外球面表面粗糙度。
3、本发明充分利用了高精度凸球面作为定位基准，既有锁紧压套又包含定位套，引入定位销作为引导元件限制了夹具与被加工零件的相互转动，设计合理巧妙，可以推广至所有高精度内外球面工件、内外锥面工件的定位加工。
附图说明
图1为动压电机内使用的半球零件结构图。
图2为本发明装夹半球零件时的结构剖视示意图。
图3为芯轴的结构图；
图4为定位套的剖视图；
图5为锁紧压套的剖视图；
附图标记如下：
1-芯轴、11-装夹段、12-螺纹连接段、13-周向定位段、14-轴向定位段、15-开口定位槽、16-柱状凸起、2-定位套、21-大径段、22-小径段、23-大孔段、24-小孔段、25-凹球面段、26-定位销孔、3-锁紧压套、31第一级台阶孔、32-第二级台阶孔、33-第三台阶孔、34-凹槽、4-定位销、5-半球零件。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在有没做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
基本原理
本发明提供的定位夹具由四部分组成，分别为芯轴、定位套、锁紧压套、定位销组成，连接后可以用于定位半球、球状零件。芯轴为本夹具的夹具体及连接元件，锁紧压套为夹紧装置，定位套作为本夹具的定位装置，定位销为本夹具的引导元件。芯轴一端装夹在手动精密车床卡盘上，被加工球面零件靠紧芯轴的另一端端面，定位套实现零件的初步定位，由于芯轴的外圆和定位套的配合间隙为0.005mm，当被加工球面零件的外球面与定位套球面配合时，极大减小接触面的相互移动，提高定位精度。锁紧压套与芯轴上的螺纹进行配合，实现工件的最终固定。由于定位套上留有销孔，将定位销穿入芯轴的开口定位槽上时，无论锁紧压套如何转动，定位套与被加工球面零件都不会相对转动，解决了被加工球面零件的球面的划伤问题，并且实现了零件的精密定位。
实施例1
本实施例中被加工球面零件为某型号动压电机内使用的左、右半球，即被加工球面零件为半球零件，如图2所示，该定位夹具包括芯轴1、定位套2、锁紧压套3以及定位销4；
如图2和图3所示，芯轴1包括依次设置的装夹段11、螺纹连接段12、周向定位段13以及轴向定位段14；装夹段11用于加工机床装夹；螺纹连接段12设有外螺纹；周向定位段13上沿轴向方向开设有开口定位槽15；轴向定位段14的端面用于和半球零件5的端面面接触，由于半球零件5中设有拆卸孔(图1中的φ10孔为拆卸孔)，因此本实施例中轴向定位段的端面还设有柱状凸起16，柱状凸起16的外径略小于拆卸孔的孔径，用于半球零件5在芯轴1上的初始定位；
如图2和4所示，定位套2整体呈台阶状，包括大径段21和小径段22；定位套2内依次设有大孔段23、小孔段24和凹球面段25，其中，大孔段23与所述周向定位段13间隙配合，且大孔段24上设有定位销孔26，小孔段24与所述轴向定位段14间隙配合，凹球面段25与半球零件的外球面配合；
定位销4沿径向方向设置，一端与所述定位销孔26过盈配合，另一端插装至所述开口定位槽15内；
如图2和图5所示，锁紧压套3内设有三级台阶通孔；第一级台阶孔31内壁设有与所述外螺纹配合的内螺纹，第二级台阶孔32与所述定位套大径段21间隙配合，第三台阶孔33所述定位套的小径段22间隙配合。
使用时，现将芯轴装夹至加工机床上，将定位销安装至定位套上，且定位销一端伸入定位套内部，然后将半球零件放置在定位套的凹球面段内，之后将装有被加工球面零件的定位套套装至芯轴上，套装过程定位销和开口定位槽起到轴向引导作用，最后将锁紧压套通过螺纹连接的方式套装在定位套的外部，从而实现半球零件的定位，由于定位销和定位槽的作用，使得锁紧压套旋入过程被定位套不会发生转动，避免了被加工球面零件的外球面受到损伤。
实施例2
本实施例中被加工球面零件为完整的球状零件，采用的定位夹具结构与实施例1基本一致，参见图1，不同之处在于：轴向定位段的端面和球状零件接触的方式不同，具体结构有以下两种：
1：轴向定位段的端面设有凹槽，凹槽的开口处加工圆形倒角，球状零件的外球表面可通过圆形倒角实现初定位。
2：轴向定位段的端面设有球形凹槽，球形凹槽的曲率半径与被加工球面零件的半径相适配，能够确保定位更加精准。
以上两个实施例还具有以下优化设计：
1、为了确保定位精度和加工精度，上述大孔段123与所述周向定位段13的间隙小于0.005mm；小孔段124与所述轴向定位段14的间隙小于0.005mm；第二级台阶孔32与所述定位套大径段121的间隙小于0.005mm；第三台阶孔33所述定位套的小径段122的间隙小于0.005mm。
2、为了便于夹具的安装和拆卸，若锁紧压套需要的旋转力较小，则锁紧压套的外表面为滚花设计，增加人手旋转时的摩擦力；若锁紧压套需要的旋转力较大，则还可在锁紧压套外表面沿着轴向设有凹槽34，方便操作人员通过借助扳手对锁紧压套进行旋转。
此处还需要说明的一点是：本发明的定位夹具稍作变形也可用于锥状零件加工，即就是将定位套的凹球面段加工呈对被加工零件适配的锥状。

Claims (9)

1.一种用于球面零件加工的定位夹具，其特征在于：包括芯轴、定位套、定位销以及锁紧压套；
芯轴包括依次设置的装夹段、螺纹连接段、周向定位段以及轴向定位段；装夹段用于加工机床装夹；螺纹连接段设有外螺纹；周向定位段上沿轴向方向开设有开口定位槽；轴向定位段的端面用于和被加工球面零件接触；
定位套整体呈台阶状，包括大径段和小径段；定位套内依次设有大孔段、小孔段和凹球面段，其中，大孔段与所述周向定位段间隙配合，且大孔段上设有定位销孔，小孔段与所述轴向定位段间隙配合，凹球面段与被加工球面零件的外球面配合；
定位销沿径向方向设置，一端与所述定位销孔过盈配合，另一端插装至所述开口定位槽内；
锁紧压套内设有三级台阶通孔；第一级台阶孔内壁设有与所述外螺纹配合的内螺纹，第二级台阶孔与所述定位套大径段间隙配合，第三台阶孔所述定位套的小径段间隙配合。
2.根据权利要求1所述的用于球面零件加工的定位夹具，其特征在于：所述轴向定位段的端面设有柱状凸起。
3.根据权利要求1所述的用于球面零件加工的定位夹具，其特征在于：所述轴向定位段的端面设有凹槽，凹槽的开口处加工圆形倒角。
4.根据权利要求1所述的用于球面零件加工的定位夹具，其特征在于：所述轴向定位段的端面设有球形凹槽，球形凹槽的曲率半径与被加工球面零件的半径相适配。
5.根据权利要求1所述的用于球面零件加工的定位夹具，其特征在于：所述定位套采用铝合金制作。
6.根据权利要求1所述的用于球面零件加工的定位夹具，其特征在于：大孔段与所述周向定位段的间隙小于0.005mm；小孔段与所述轴向定位段的间隙小于0.005mm。
7.根据权利要求1所述的用于球面零件加工的定位夹具，其特征在于：第二级台阶孔与所述定位套大径段的间隙小于0.005mm；第三台阶孔所述定位套的小径段的间隙小于0.005mm。
8.根据权利要求1所述的用于球面零件加工的定位夹具，其特征在于：所述锁紧压套的外表面为滚花设计。
9.根据权利要求8所述的用于球面零件加工的定位夹具，其特征在于：所述锁紧压套外表面沿着轴向设有凹槽。
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