[发明专利]一种快速精确定位工件的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种快速精确定位工件在预设坐标的装置，特别是在机械加工行业精确定位工件的装置。

背景技术

在机械加工行业，当切换工序时，一般要对工件或夹具打千分表或用寻边器来建立工件坐标系，这个过程既耗费时间，又存在测量误差和计算及输入坐标错误的风险。

为了减少夹具定位的时间进行快速工装切换，通常采用在夹具基础板上设置两个定位销的定位方式，或采用球锁机构的零点定位系统。

一面两销定位夹具的方式，夹具的定位误差包含了基础板两个定位销与夹具定位孔的间隙、基础板两个定位销的间距制造误差和夹具板两个定位孔间距的制造误差，为了达到夹具的精确定位以实现工序快速切换必然要提高夹具基础板和夹具板的制造精度和制造成本。

而零点定位系统采用比较复杂的球锁机构，以其中一个球锁机构配合夹具上的拉杆对夹具进行定心，另外一个球锁机构是浮动的，起到定向的作用。根据美国杰根斯网站公布的数据，他们这种产品的重复定位精度是0.005mm，通常定位精度比重复定位精度要差很多。

另外，在精密航空零部件的制造过程中，由于零件的热处理和表面处理要求，零件往往需要进行二次装夹；在二次定位时，如果采用传统的一面两销的方式，由于重复定位误差累积往往难以保证航空零部件精密的位置度要求；而航空零部件的结构比较复杂，在四轴或五轴加工中心上靠人工找正建立工件的空间坐标系难度非常大。

发明内容

现代化生产要求系统能够快速响应市场变化，高效地进行多品种小批量的柔性生产对企业的竞争力越来越重要。高精度的一面两销基础板或球锁机构组成的零点定位系统虽然能够起到快速定位的作用，但是其夹具成本非常高昂，当零件生命周期内批量不大的情况下，增加了零件单件分摊成本。而在航空零部件制造业由于制造工艺的复杂性，二次装夹精确重复定位的要求也必然增加了工装夹具的成本或增加了找正工件坐标系的难度。

为了克服现有技术的不足，本发明针对这些问题，提出了一种低成本实现快速精确定位工件的装置。

本发明的技术方案，提供了一种能快速精确地将工件定位在预设机床坐标位置上的装置，包括：作为通用定位底座的夹具基础板，一个夹具板用来装夹工件；夹具基础板上有两个自定心膨胀芯轴，其中一个膨胀芯轴作为预设坐标点，夹具板上有一个定心孔与涨紧的定心膨胀芯轴会周向贴合，夹具板可以绕以定心孔偏转；夹具基础板上另一个膨胀芯轴是定向芯轴，该膨胀芯轴涨开后会与夹具板上的定向孔相内切或重合，从而固定夹具板的角向位置。该装置工作的顺序是：先使两个膨胀芯轴处于未涨紧状态，使它们的直径最小；将夹具板的两个孔对准夹具基础板的两个自定心膨胀芯轴，让该夹具板与夹具基础板的配合表面贴合。然后先将位于预设坐标位置的定心膨胀芯轴涨开，使该膨胀芯轴周向贴合与其相配合的孔；再涨开另一个膨胀芯轴，使这个膨胀芯轴与其配合的孔相内切。

其中，夹具基础板与夹具板的配合表面确定了一个坐标平面，为了方便理解，假设这个平面是Z＝0平面。两个膨胀芯轴中心连线确定了一条轴的方向，假设该轴是X轴；以其中一个膨胀芯轴在机床坐标系的预设坐标点(X₁，Y₁)，该膨胀芯轴的作用是将夹具板的定心孔中心与坐标(X₁，Y₁)重合；另一个膨胀芯轴的作用是当夹具板的孔间距与基础板的膨胀芯轴间距不等的时候，定向膨胀芯轴直径足够小，使得其与夹具定向孔的间隙足够使夹具板的两孔能够很方便地套在夹具基础板上的定心膨胀芯轴上，而且该定向膨胀芯轴在涨紧时能够与夹具板的定向孔内切从而固定夹具板的角向。

本发明的装置的特征还包括：膨胀芯轴外径在不受约束的情况下涨开后的最大直径不能小于与其相配合的孔的直径；膨胀芯轴上均布等宽的小槽；膨胀芯轴具有弹性，受胀紧力能够发生变形，撤消外力后能够恢复到原来的直径；膨胀芯轴的内锥面与外径同轴。

另外，膨胀芯轴的圆度和与其配合的孔的圆度之和会远远大于待定位夹具的空间位置误差值。例如铰制的定向孔圆度是0.005mm，膨胀芯轴磨削后的圆度是0.002mm，那么该夹具在定向孔处的最大定位误差是0.007mm。但是只有当两个膨胀芯轴中心的间距等于夹具上两个孔距，且定向孔的距圆心最近点和膨胀芯轴距圆心最远点重合，并且该重合点与圆心的连线垂直于两个膨胀芯轴中心连线时，夹具在定向孔处的最大偏移量等于定向孔和与其配合膨胀芯轴的不圆度之和才会发生。因此最大定位误差发生的概率极小。