CN114178876B - 一种磁力吸附式工件安装定位装置及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁力吸附式工件安装定位装置及安装方法，涉及工件的安装定位技术领域，用于解决现有技术中在超精密车床中，存在机械夹紧方式的精度低，真空负压吸附方式需要高压气体，从而对工件的加工质量低的问题，本发明包括相互连接的磁力吸盘座和磁吸基准夹具，所述磁力吸盘座包括转接板，所述转接板的侧面连接有盖板，所述盖板上安装有位于盖板与转接板间的单面磁铁，所述转接板的侧面一体成型有定位凸台，所述转接板的圆周面上沿其圆周方向设有动平衡调节机构，所述磁吸基准夹具的侧面材质为铁。本发明可以更便于工件的装夹及找正、调心，减少找正装夹时间，同时可以获得极高的定位精度及找正精度，从而可以提高工件的加工质量。

Description

一种磁力吸附式工件安装定位装置及安装方法

技术领域

本发明涉及工件的安装定位技术领域，尤其涉及超精密车床中的工件安装定位技术领域，更具体的是涉及一种磁力吸附式工件安装定位装置及安装方法技术领域。

背景技术

超精密加工技术是一种先进的制造技术，在超精密加工技术的发展过程中，超精密机床是实现超精密加工的决定性条件，其中超精密车床应用的更加广泛；目前，超精密车床主轴上工件的固定方式主要有机械夹紧式、真空负压吸附式等。

通常机械夹紧式用于较重较长工件的夹持，具有夹持力大的特点，机械夹紧方式包括卡盘夹紧、弹簧夹头夹紧等，卡盘又分为三爪卡盘和四爪卡盘，三爪卡盘具有三个卡爪，可以用来夹持圆柱形工件，当三个卡爪换为反爪时，可以夹持更大的工件，三爪卡盘具有自定心功能，其自行对中精度为0.05-0.15mm，精度受卡盘制造精度的影响，四爪卡盘包括自定心四爪卡盘与非自定心四爪卡盘，其中非自定心四爪卡盘每个卡爪可单独运动，因此除了圆柱形工件和方形工件，也可以装夹异形工件，弹簧夹头适合圆柱形工件的夹持，通过使用不同尺寸的夹头实现不同直径工件的的夹持，弹簧夹头可以通过机械方式装配到超精密车床主轴上，也可以安装于吸盘转接件，吸附于主轴真空负压吸盘上。

真空负压吸附式是通过真空负压发生器产生负压，从而使工件因负压作用吸附在真空负压吸盘上，受真空负压吸附力的限制，真空负压吸附方式不适合较重较长工件，同时需要使用压缩空气，可能产生吸附不牢固的问题。

卡爪式卡盘自对中精度通常在0.05mm-0.15mm，受制于三爪卡盘及四爪卡盘制造精度及安装精度的限制，这两种装夹方式不适合在超精密机床中用于微小零件的精确定位及中心调节；此外，长时间的使用也会产生卡爪的磨损，且三爪的中心也会偏离主轴中心，会导致零件的尺寸形状加工误差增大；真空负压吸附式工件固定方式需要使用压缩空气作为驱动源，需要较高的气源压力及气体流量，当气压不足或气源关闭时，真空负压吸盘产生的吸附力不足以支撑工件的重力，工件将从主轴脱落，在主轴旋转状态下可能导致工件飞出，造成人员受伤、机床损坏和工件报废等后果；此外，在加工某些特殊材料时，需要密闭空间并使用循环空气甚至循环惰性气体，真空负压吸盘耗气量大，此时不适合使用真空负压吸盘进行工件的固定。

综上，现有技术在超精密车床中，存在机械夹紧方式的精度低，真空负压吸附方式需要高压气体，从而对工件的加工质量低的问题。为了解决上述技术问题，我们特别提供了一种磁力吸附式工件安装定位装置及安装方法。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决现有技术在超精密车床中存在机械夹紧方式的精度低，真空负压吸附方式需要高压气体，从而对工件的加工质量低的问题，本发明提供一种磁力吸附式工件安装定位装置及安装方法，通过将磁吸基准夹具吸附在磁力吸盘上，通过定位凸台可以使该装置与机床进行初步定位，通过动平衡调节机构可以对工件进行找正和调心，可不使用压缩空气即可实现工件的吸附固定，关闭机床气源和电源后工件不会脱落，吸附式方式便于工件的精密调心及定位，使用本发明的磁力吸盘可以更便于工件的装夹及找正、调心，减少找正装夹时间，避免工件因外界因素从机床的主轴上脱落，同时可以获得极高的定位精度及找正精度，从而可以提高工件的加工质量，更适合在超精密机床上加工特殊材料时使用。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种磁力吸附式工件安装定位装置及安装方法，包括相互连接的磁力吸盘座和磁吸基准夹具，所述磁力吸盘座包括转接板，所述转接板的侧面连接有盖板，所述盖板上安装有位于盖板与转接板间的单面磁铁，所述转接板的侧面一体成型有定位凸台，所述转接板的圆周面上沿其圆周方向设有动平衡调节机构，所述磁吸基准夹具的侧面材质为铁。

动平衡调节机构的优选结构为：所述动平衡调节机构包括开在转接板圆周面上且沿其圆周方向均匀开设的多个螺纹孔，所述螺纹孔内可安装试重螺钉。

优选的，所述螺纹孔的数量为36个。

优选的，所述转接板的侧面还开有多个连接孔，所述转接板上均匀的开有多个内安装孔，所述内安装孔的轴线与螺纹孔的轴线相互垂直，所述盖板上开有多个外安装孔，多个所述外安装孔与多个所述内安装孔一一对应。

优选的，所述盖板的一侧一体成型有余量凸台，另一侧开有凹槽，所述单面磁铁安装在凹槽内。

优选的，所述凹槽呈等边三角形，且等边三角形的每个角处均倒有圆角，所述圆角的半径为24.5mm。

磁吸基准夹具的优选结构为：所述磁吸基准夹具包括磁吸夹具座，所述磁吸夹具座包括相互成型为一体的圆盘和中心凸起，所述中心凸起内开有弹簧槽，所述弹簧槽内安装有弹簧夹头，所述弹簧夹头上安装有螺母，所述磁吸夹具座的材质为铁。

一种磁力吸附式工件安装定位装置的安装方法，包括如下步骤：

将转接板通过穿过连接孔的紧固螺钉连接到机床主轴上，使用一半的预紧力预紧紧固螺钉；

将电感测微仪安装在转接板外圆周面下部，然后旋转机床主轴，观察电感测微仪的示数跳动，使用橡胶锤轻敲转接板外圆周面上部，将转接板调节至机床主轴中心，然后将转接板上的紧固螺钉完全拧紧；

将附有三块单面磁铁的盖板通过多个内六角螺钉连接紧固到转接板上；

初步调节磁力吸盘座的动平衡，调节至不平衡量为50mg内；

将盖板上的余量凸台切平，使切平后余量凸台的端面与机床的Z轴垂直；

将定位凸台切圆，保证切圆后定位凸台的圆柱面与机床的C轴同心；

精密调节磁力吸盘座的动平衡，并调节至不平衡量10mg内；

将附有工件的磁吸基准夹具吸附到磁力吸盘座上，调节工件中心，即可开始加工。

其中，调节磁力吸盘座的动平衡包括如下步骤：

S1：按顺时针将转接板上圆周方向均布的n个螺纹孔标号，标号范围为0～n-1号；

S2：将现场动平衡仪的测头安装在机床主轴侧边，启动机床主轴，进行空载测量，通过动平衡仪记录第一组测试数据后，停止主轴转动；

S3：使用天平称出试重螺钉的重量，记录试重螺钉的重量，将试重螺钉拧进转接板圆周上标号为0的螺纹孔，然后启动机床主轴，进行试重测量，通过动平衡仪记录第二组测试数据后，停止主轴转动，然后拧下试重螺钉；

S4：利用动平衡仪测得的数据，计算不平衡量及相位，将相应质量的试重螺钉拧进对应相位的螺纹孔中，或将螺纹孔内已有的试重螺钉向外旋出若干圈，然后启动机床主轴，进行校验测量，通过动平衡仪记录测试数据，并计算出新的不平衡量及相位，然后停止主轴转动；

S5：当初步调节时，若不平衡量大于50mg时，重复S4，直至不平衡量小于50mg；当精密调节时，若不平衡量大于10mg时，重复S4，直至不平衡量小于10mg。

优选的，将转接板调节至机床主轴中心的误差为±5μm，即电感测微仪的示数跳动幅值小于10μm；n等于36。

本发明的有益效果如下：

本发明中通过将磁吸基准夹具吸附在磁力吸盘上，通过定位凸台可以使该装置与机床进行初步定位，通过动平衡调节机构可以对工件进行找正和调心，可不使用压缩空气即可实现工件的吸附固定，关闭机床气源和电源后工件不会脱落，吸附式方式便于工件的精密调心及定位，使用本发明的磁力吸盘可以更便于工件的装夹及找正、调心，减少找正装夹时间，避免工件因外界因素从机床的主轴上脱落，同时可以获得极高的定位精度及找正精度，从而可以提高工件的加工质量，更适合在超精密机床上加工特殊材料时使用。

附图说明

图1为本发明磁力吸盘座和磁吸基准夹具连接的正面结构简图；

图2为本发明磁力吸盘座的正面剖视结构简图；

图3为本发明转接板的侧面结构简图；

图4为本发明转接板的正面剖视结构简图；

图5为本发明盖板一侧的侧面结构简图；

图6为本发明盖板另一侧的侧面结构简图；

图7为本发明盖板的正面剖视结构简图；

图8为本发明单面磁铁的侧面结构简图；

图9为本发明单面磁铁的正面结构简图；

图10为本发明磁吸基准夹具的正面剖视结构简图；

图11为本发明磁吸夹具座的侧面结构简图；

图12为本发明磁吸夹具座的正面剖视结构简图；

附图标记：1磁力吸盘座，11转接板，111定位凸台，112螺纹孔，113内安装孔，114连接孔，12盖板，121余量凸台，122外安装孔，123凹槽，13单面磁铁，2磁吸基准夹具，21磁吸夹具座，211圆盘，212中心凸起，2121弹簧槽，22弹簧夹头，23螺母。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

实施例1

如图1-图9所示，本实施例提供一种磁力吸附式工件安装定位装置，包括相互连接的磁力吸盘座1和磁吸基准夹具2，磁力吸盘座1包括转接板11，转接板11的侧面连接有盖板12，盖板12上安装有位于盖板12与转接板11间的单面磁铁13，转接板11的侧面一体成型有定位凸台111，转接板11的圆周面上沿其圆周方向设有动平衡调节机构，磁吸基准夹具2的侧面材质为铁。

优选的，盖板12的一侧一体成型有余量凸台121，另一侧开有凹槽123，单面磁铁13安装在凹槽123内，凹槽123呈等边三角形，且等边三角形的每个角处均倒有圆角，圆角的半径为24.5mm，单面磁铁13为圆盘211形，单方向有磁力作用，通过环氧树脂与盖板12胶接在一起，这样便于安装单面磁性，且由于三个单面磁铁13均匀设置，因此可以使磁力吸盘座1产生的磁力更加均匀。

工作原理：当需要将该安装装置安装在机床上时，将转接板11通过常规的方式安装到机床的主轴上，然后将电感测微仪安装在转接板11外圆周面下部，然后旋转机床主轴，观察电感测微仪的示数跳动，使用橡胶锤轻敲转接板11外圆周面上部，将转接板11调节至机床主轴中心，然后将附有三块单面磁铁13的盖板12通过连接紧固到转接板11上；再通过动平衡调节机构初步调节磁力吸盘座1的动平衡，调节至不平衡量为50mg内；然后将盖板12上的余量凸台121切平，使切平后余量凸台121的端面与机床的Z轴垂直；再将定位凸台111切圆，保证切圆后定位凸台111的圆柱面与机床的C轴同心；然后通过动平衡调节机构精密调节磁力吸盘座1的动平衡，并调节至不平衡量10mg内；最后，将附有工件的磁吸基准夹具2吸附到磁力吸盘座1上，调节工件中心，即可将该装置安装在精抹机床上，并对工件开始加工。

实施例2

如图1-图12所示，在上述实施例1的基础上，本实施例给出了动平衡调节机构的优选结构为：动平衡调节机构包括开在转接板11圆周面上且沿其圆周方向均匀开设的多个螺纹孔112，螺纹孔112的数量优选为36个，螺纹孔112内可安装试重螺钉，试重螺钉的质量可以不同。

本实施例中：对该装置进行找正和调心时，按顺时针将转接板11上圆周方向均布的36个螺纹孔112标号，标号范围为0-35号；然后将现场动平衡仪的测头安装在机床主轴侧边，启动机床主轴，进行空载测量，通过动平衡仪记录第一组测试数据后，停止主轴转动；再使用天平称出试重螺钉的重量，记录试重螺钉的重量，将试重螺钉拧进转接板11圆周上标号为0的螺纹孔112，然后启动机床主轴，进行试重测量，通过动平衡仪记录第二组测试数据后，停止主轴转动，然后拧下试重螺钉；利用动平衡仪测得的数据，计算不平衡量及相位，将相应质量的试重螺钉拧进对应相位的螺纹孔112中，或将螺纹孔112内已有的试重螺钉向外旋出若干圈，然后启动机床主轴，进行校验测量，通过动平衡仪记录测试数据，并计算出新的不平衡量及相位，然后停止主轴转动；当初步调节时，若不平衡量大于50mg时，重复S4，直至不平衡量小于50mg；当精密调节时，若不平衡量大于10mg时，重复S4，直至不平衡量小于10mg。

优选的，转接板11的侧面还开有多个连接孔114，连接孔114的数量优选为三个，用于转接板11与机床主轴的连接，转接板11上均匀的开有多个内安装孔113，内安装孔113的轴线与螺纹孔112的轴线相互垂直，盖板12上开有多个外安装孔122，多个外安装孔122与多个内安装孔113一一对应，内安装孔113和外安装孔122的数量均优选为六个，这样可以通过穿过内安装孔113和外安装孔122的螺钉将盖板12和转接板11连接在一起。

磁吸基准夹具2的优选结构为：磁吸基准夹具2包括磁吸夹具座21，磁吸夹具座21包括相互成型为一体的圆盘211和中心凸起212，中心凸起212内开有弹簧槽2121，弹簧槽2121内安装有弹簧夹头22，弹簧夹头22上安装有螺母23，磁吸夹具座21的材质为铁。磁吸夹具座21的圆周对侧分布有一组垂直于端面且相互平行的切面，用于夹紧时的固定，中心凸起212直径优选为28mm的圆柱结构，弹簧槽2121优选为呈16°的锥孔，弹簧夹头22具有定位中心与夹紧工件的作用，弹簧夹头22如何夹紧工件是常规技术手段。

实施例3

如图1-图12所示，本实施例给出了一种磁力吸附式工件安装定位装置的安装方法，包括如下步骤：

步骤一：将转接板11通过穿过连接孔114的紧固螺钉连接到机床主轴上，使用一半的预紧力预紧紧固螺钉，紧固螺钉的型号可以选用M8×20内六角螺钉；

步骤二：将高精度的电感测微仪安装在转接板11外圆周面下部，然后旋转机床主轴，观察电感测微仪的示数跳动，使用橡胶锤轻敲转接板11外圆周面上部，将转接板11调节至机床主轴中心，误差为±5μm，即示数跳动幅值小于10μm，然后将转接板11上的紧固螺钉完全拧紧；

步骤三：将附有三块单面磁铁13的盖板12通过多个内六角螺钉连接紧固到转接板11上；

步骤四：初步调节磁力吸盘座1的动平衡，调节至不平衡量为50mg内；

步骤五：使用刀尖圆弧半径1mm以上的大圆弧PCD刀具将直径优选为150mm的余量凸台121切平，使切平后余量凸台121的端面与机床的Z轴垂直；

步骤六：使用偏头PCD刀具将定位凸台111切圆，保证切圆后定位凸台111的圆柱面与机床的C轴同心；

步骤七：精密调节磁力吸盘座1的动平衡，并调节至不平衡量10mg内；

步骤八：将附有工件的磁吸基准夹具2吸附到磁力吸盘座1上，调节工件中心，即可开始加工。

其中，调节磁力吸盘座1的动平衡包括如下步骤：

S1：按顺时针将转接板11上圆周方向均布的36个螺纹孔112标号，标号范围为0-35号，螺纹孔112优选为M6×15的孔；

S2：将现场动平衡仪的测头安装在机床主轴侧边，启动机床主轴，进行空载测量，通过动平衡仪记录第一组测试数据后，停止主轴转动；

S3：使用天平称出试重螺钉的重量，记录试重螺钉的重量，将试重螺钉拧进转接板11圆周上标号为0的螺纹孔112，然后启动机床主轴，进行试重测量，通过动平衡仪记录第二组测试数据后，停止主轴转动，然后拧下试重螺钉；

S4：利用动平衡仪测得的数据，计算不平衡量及相位，将相应质量的试重螺钉拧进对应相位的螺纹孔112中，或将螺纹孔112内已有的试重螺钉向外旋出若干圈，然后启动机床主轴，进行校验测量，通过动平衡仪记录测试数据，并计算出新的不平衡量及相位，然后停止主轴转动；

S5：当初步调节时，若不平衡量大于50mg时，重复S4，直至不平衡量小于50mg；当精密调节时，若不平衡量大于10mg时，重复S4，直至不平衡量小于10mg。

本发明通过将磁吸基准夹具2吸附在磁力吸盘上，通过定位凸台111可以使该装置与机床进行初步定位，通过动平衡调节机构可以对工件进行找正和调心，可不使用压缩空气即可实现工件的吸附固定，关闭机床气源和电源后工件不会脱落，吸附式方式便于工件的精密调心及定位，使用本发明的磁力吸盘可以更便于工件的装夹及找正、调心，减少找正装夹时间，避免工件因外界因素从机床的主轴上脱落，同时可以获得极高的定位精度及找正精度，从而可以提高工件的加工质量，更适合在超精密机床上加工特殊材料时使用。

Claims (9)

1.一种磁力吸附式工件安装定位装置，其特征在于：包括相互连接的磁力吸盘座(1)和磁吸基准夹具(2)，所述磁力吸盘座(1)包括转接板(11)，所述转接板(11)的侧面连接有盖板(12)，所述盖板(12)上安装有位于盖板(12)与转接板(11)间的单面磁铁(13)，所述转接板(11)的侧面一体成型有定位凸台(111)，所述转接板(11)的圆周面上沿其圆周方向设有动平衡调节机构，所述磁吸基准夹具(2)的侧面材质为铁；

所述的一种磁力吸附式工件安装定位装置的安装方法，包括如下步骤：

将转接板(11)通过穿过连接孔(114)的紧固螺钉连接到机床主轴上，使用一半的预紧力预紧紧固螺钉；

将电感测微仪安装在转接板(11)外圆周面下部，然后旋转机床主轴，观察电感测微仪的示数跳动，使用橡胶锤轻敲转接板(11)外圆周面上部，将转接板(11)调节至机床主轴中心，然后将转接板(11)上的紧固螺钉完全拧紧；

将附有三块单面磁铁(13)的盖板(12)通过多个内六角螺钉连接紧固到转接板(11)上；

初步调节磁力吸盘座(1)的动平衡，调节至不平衡量为50mg内；

将盖板(12)上的余量凸台(121)切平，使切平后余量凸台(121)的端面与机床的Z轴垂直；

将定位凸台(111)切圆，保证切圆后定位凸台(111)的圆柱面与机床的C轴同心；

精密调节磁力吸盘座(1)的动平衡，并调节至不平衡量10mg内；

将附有工件的磁吸基准夹具(2)吸附到磁力吸盘座(1)上，调节工件中心，即可开始加工。

2.根据权利要求1所述的一种磁力吸附式工件安装定位装置，其特征在于：所述动平衡调节机构包括开在转接板(11)圆周面上且沿其圆周方向均匀开设的多个螺纹孔(112)，所述螺纹孔(112)内可安装试重螺钉。

3.根据权利要求2所述的一种磁力吸附式工件安装定位装置，其特征在于：所述螺纹孔(112)的数量为36个。

4.根据权利要求2所述的一种磁力吸附式工件安装定位装置，其特征在于：所述转接板(11)的侧面还开有多个连接孔(114)，所述转接板(11)上均匀的开有多个内安装孔(113)，所述内安装孔(113)的轴线与螺纹孔(112)的轴线相互垂直，所述盖板(12)上开有多个外安装孔(122)，多个所述外安装孔(122)与多个所述内安装孔(113)一一对应。

5.根据权利要求1所述的一种磁力吸附式工件安装定位装置，其特征在于：所述盖板(12)的一侧一体成型有余量凸台(121)，另一侧开有凹槽(123)，所述单面磁铁(13)安装在凹槽(123)内。

6.根据权利要求5所述的一种磁力吸附式工件安装定位装置，其特征在于：所述凹槽(123)呈等边三角形，且等边三角形的每个角处均倒有圆角，所述圆角的半径为24.5mm。

7.根据权利要求1所述的一种磁力吸附式工件安装定位装置，其特征在于：所述磁吸基准夹具(2)包括磁吸夹具座(21)，所述磁吸夹具座(21)包括相互成型为一体的圆盘(211)和中心凸起(212)，所述中心凸起(212)内开有弹簧槽(2121)，所述弹簧槽(2121)内安装有弹簧夹头(22)，所述弹簧夹头(22)上安装有螺母(23)，所述磁吸夹具座(21)的材质为铁。

8.根据权利要求1所述的一种磁力吸附式工件安装定位装置的安装方法，其特征在于：调节磁力吸盘座(1)的动平衡包括如下步骤：

S1：按顺时针将转接板(11)上圆周方向均布的n个螺纹孔(112)标号，标号范围为0～n-1号；

S2：将现场动平衡仪的测头安装在机床主轴侧边，启动机床主轴，进行空载测量，通过动平衡仪记录第一组测试数据后，停止主轴转动；

S3：使用天平称出试重螺钉的重量，记录试重螺钉的重量，将试重螺钉拧进转接板(11)圆周上标号为0的螺纹孔(112)，然后启动机床主轴，进行试重测量，通过动平衡仪记录第二组测试数据后，停止主轴转动，然后拧下试重螺钉；

S4：利用动平衡仪测得的数据，计算不平衡量及相位，将相应质量的试重螺钉拧进对应相位的螺纹孔(112)中，或将螺纹孔(112)内已有的试重螺钉向外旋出若干圈，然后启动机床主轴，进行校验测量，通过动平衡仪记录测试数据，并计算出新的不平衡量及相位，然后停止主轴转动；

S5：当初步调节时，若不平衡量大于50mg时，重复S4，直至不平衡量小于50mg；当精密调节时，若不平衡量大于10mg时，重复S4，直至不平衡量小于10mg。

9.根据权利要求1所述的一种磁力吸附式工件安装定位装置的安装方法，其特征在于：将转接板(11)调节至机床主轴中心的误差为±5μm，即电感测微仪的示数跳动幅值小于10μm；n等于36。

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