便携式万向节找正装置及使用其的工件找正方法与流程

本发明涉及精密机械加工技术领域，尤其涉及一种便携式万向节找正装置及使用其的工件找正方法。

背景技术：

在机械加工领域，尤其是精密机械加工领域，待加工零件在机床上的位置精度高低很大程度上决定了该零件能否加工合格，而这些零件或直接安装在机床工作台、或通过各类夹具(如组合夹具、万能分度头、平口钳、分度圆盘以及专用夹具等)间接安装在机床工作台上，在定位安装过程中均需借助磁力表座安装在机床主轴箱上利用指示式量具(如百分表、千分表等)，或将指示式量具直接安装在机床主轴上，移动和旋转机床主轴，通过打表的方式进行零件或工装的找正，找正零件或工装的定位加工基准面在某一精度指标范围内后，才能将零件或工装夹紧固定，然后操作机床进行切削加工。这一过程中，找正工作耗费时间长，效率低，是制约精密零件加工的瓶颈。

技术实现要素：

本发明提供了一种便携式万向节找正装置及使用其的工件找正方法，能够解决现有技术中工件找正耗费时间长、效率低的技术问题。

根据本发明的一方面，提供了一种便携式万向节找正装置，便携式万向节找正装置包括：万向轴，万向轴的一端设置在机床主轴的刀具容纳腔内；夹板组件，夹板组件包括第一夹板和第二夹板，万向轴的另一端设置在夹板组件上，夹板组件具有量具容纳腔，量具容纳腔用于安装指示式量具；夹紧放松组件，夹紧放松组件设置在夹板组件上，夹紧放松组件用于将第一夹板相对于第二夹板夹紧固定或松开；其中，当夹紧放松组件将第一夹板相对于第二夹板夹紧固定时，万向轴的另一端固定设置在夹板组件的一端上，指示式量具固定设置在夹板组件的另一端；当夹紧放松组件将第一夹板相对于第二夹板松开时，万向轴的另一端可转动地设置在夹板组件的一端上，指示式量具活动地设置在夹板组件的另一端。

进一步地，夹紧放松组件包括锁紧螺栓和弹簧，弹簧套设在锁紧螺栓上，当锁紧螺栓相对于夹板组件螺纹相配合拧紧时，第一夹板相对于第二夹板夹紧固定；当锁紧螺栓相对于夹板组件松开时，第一夹板相对于第二夹板松开。

进一步地，夹板组件具有相连通的弹簧容纳腔和螺栓容纳腔，弹簧容纳腔和螺栓容纳腔均同时设置在第一夹板和第二夹板上，弹簧容纳腔的直径大于螺栓容纳腔的直径，弹簧设置在弹簧容纳腔内，当锁紧螺栓相对于夹板组件螺纹相配合拧紧时，锁紧螺栓的一端设置在第一夹板上的螺栓容纳腔内，锁紧螺栓的另一端螺纹固定在第二夹板上的螺栓容纳腔内。

进一步地，夹板组件还包括万向轴容纳腔，万向轴容纳腔设置在夹板组件的一端，量具容纳腔设置在夹板组件的另一端，万向轴容纳腔和量具容纳腔均同时设置在第一夹板和第二夹板上。

进一步地，万向轴容纳腔为球形容纳腔，万向轴包括依次相连接的第一段、第二段和第三段，第一段设置在机床主轴的刀具容纳腔内，第三段为球形结构，球形结构设置在球形容纳腔内，夹板组件还包括避让槽，避让槽用于在万向轴相对于夹板组件旋转时避让万向轴的第二段。

进一步地，避让槽包括第一避让槽和第二避让槽，避让槽与球形容纳腔相连通，当夹紧放松组件将第一夹板相对于第二夹板夹紧固定时，第一避让槽和第二避让槽沿同一直线设置。

进一步地，量具容纳腔包括第一容纳腔和第二容纳腔，第一容纳腔和第二容纳腔呈夹角设置，指示式量具可选择地设置在第一容纳腔或第二容纳腔内。

进一步地，第一容纳腔和第二容纳腔之间的夹角为90°。

根据本发明的又一方面，提供了一种工件找正方法，工件找正方法使用如上所述的便携式万向节找正装置进行工件的找正。

进一步地，工件找正方法包括：将万向轴的一端设置在机床主轴的刀具容纳腔内并调整万向轴的装夹长度；将指示式量具设置在夹板组件的量具容纳腔内；调整夹板组件相对于万向轴的角度以及指示式量具的指针方位以确保指示式量具与待找正工件接触；拧紧锁紧螺栓，将万向轴和夹板组件之间以及夹板组件和指示式量具之间均夹紧固定；手动旋转或平移机床主轴，根据指示式量具的指针偏摆，微量调整待找正工件的位置以保证指示式量具的指针保持在设定找正允差范围内；固定待找正工件，将便携式万向节找正装置从机床主轴中移出，完成待找正工件的找正工作。

应用本发明的技术方案，通过在机床主轴和指示式量具之间增加便携式万向节找正装置，能够简单灵活地应用于各类精密零件或工装的定位找正场合，提高零件的找正效率，减少机床非切削的占用时间，提高生产效率，有效解决现有技术中精密零件机械加工过程中找正效率低、操作不方便、机床非切削占用时间长的问题。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明的具体实施例提供的便携式万向节找正装置的结构示意图；

图2示出了图1中便携式万向节找正装置的俯视图；

图3示出了根据本发明的具体实施例提供的便携式万向节找正装置的调整范围的结构示意图；

图4示出了根据本发明的具体实施例提供的第一工件的结构示意图；

图5示出了图4中第一工件的a-a处的剖视图；

图6示出了根据本发明的具体实施例提供的便携式万向节找正装置与第一工件接触打表找正的结构示意图；

图7示出了根据本发明的具体实施例提供的便携式万向节找正装置与块规接触打表找正的结构示意图；

图8示出了根据本发明的具体实施例提供的第二工件的结构示意图；

图9示出了图8中第二工件的俯视图；

图10示出了根据本发明的具体实施例提供的便携式万向节找正装置与第二工件接触打表找正的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、万向轴；11、第一段；12、第二段；13、第三段；20、夹板组件；21、第一夹板；22、第二夹板；23、量具容纳腔；231、第一容纳腔；232、第二容纳腔；24、万向轴容纳腔；30、夹紧放松组件；31、锁紧螺栓；32、弹簧；200、机床主轴；300、指示式量具；400、第一工件；500、第二工件；600、块规。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1至图3所示，根据本发明的具体实施例提供了一种便携式万向节找正装置，该便携式万向节找正装置包括万向轴10、夹板组件20和夹紧放松组件30，万向轴10的一端设置在机床主轴200的刀具容纳腔内，夹板组件20包括第一夹板21和第二夹板22，万向轴10的另一端设置在夹板组件20上，夹板组件20具有量具容纳腔23，量具容纳腔23用于安装指示式量具，夹紧放松组件30设置在夹板组件20上，夹紧放松组件30用于将第一夹板21相对于第二夹板22夹紧固定或松开，其中，当夹紧放松组件30将第一夹板21相对于第二夹板22夹紧固定时，万向轴10的另一端固定设置在夹板组件20的一端上，指示式量具固定设置在夹板组件20的另一端；当夹紧放松组件30将第一夹板21相对于第二夹板22松开时，万向轴10的另一端可转动地设置在夹板组件20的一端上，指示式量具活动地设置在夹板组件20的另一端。

应用此种配置方式，提供了一种便携式万向节找正装置，该便携式万向节找正装置的一端设置在机床主轴200上，另一端用于安装指示式量具300，在进行工件的找正操作时，通过夹紧放松组件30将第一夹板21相对于第二夹板22松开，根据实际工况需要可调整夹板组件20与万向轴10之间的角度，从而改变指示式量具300的方位，以确保指示式量具300与待找正工件接触。然后通过夹紧放松组件30将第一夹板21相对于第二夹板22夹紧固定，以将夹板组件20与万向轴10之间以及夹板组件20与指示式量具300之间固定，从而能够方便快捷高效地进行精密工件的找正工作。

本发明通过在机床主轴和指示式量具之间增加此便携式万向节找正装置，能够简单灵活地应用于各类精密零件或工装的定位找正场合，提高零件的找正效率，减少机床非切削的占用时间，提高生产效率，有效解决现有技术中精密零件机械加工过程中找正效率低、操作不方便、机床非切削占用时间长的问题。

进一步地，在本发明中，考虑工艺简便性及成本，可将夹紧放松组件30配置为包括锁紧螺栓31和弹簧32，弹簧32套设在锁紧螺栓31上，当锁紧螺栓31相对于夹板组件20螺纹相配合拧紧时，第一夹板21相对于第二夹板22夹紧固定；当锁紧螺栓31相对于夹板组件20松开时，第一夹板21相对于第二夹板22松开。

应用此种配置方式，当不需要调整指示式量具300的方位时，通过拧紧锁紧螺栓31，套设在锁紧螺栓31上的弹簧32压缩变形，此时能够将第一夹板21和第二夹板22夹紧固定，第一夹板21和第二夹板22的夹紧固定能够同时将夹板组件20与万向轴10之间以及夹板组件20与指示式量具300之间夹紧固定；当需要调整指示式量具300的方位时，通过放松锁紧螺栓31，利用弹簧32的弹性恢复，能够自动弹开第一夹板21和第二夹板22，从而使得夹板组件20与万向轴10之间可旋转，夹板组件20与指示式量具300之间可活动设置，进而能够根据实际工况需要调整夹板组件20与万向轴10之间的角度，改变指示式量具300的方位，以方便快捷高效的进行精密零件或工装的找正工作。

作为本发明的一个具体实施例，如图1所示，夹板组件20具有相连通的弹簧容纳腔和螺栓容纳腔，弹簧容纳腔和螺栓容纳腔均同时设置在第一夹板21和第二夹板22上，弹簧容纳腔的直径大于螺栓容纳腔的直径，弹簧32设置在弹簧容纳腔内，当锁紧螺栓31相对于夹板组件20螺纹相配合拧紧时，锁紧螺栓31的一端设置在第一夹板21上的螺栓容纳腔内，锁紧螺栓31的另一端螺纹固定在第二夹板22上的螺栓容纳腔内。

进一步地，在本发明中，为了增大便携式万向节找正装置的调节范围，可将夹板组件20配置为还包括万向轴容纳腔14，万向轴容纳腔14设置在夹板组件20的一端，量具容纳腔23设置在夹板组件20的另一端，万向轴容纳腔14和量具容纳腔23均同时设置在第一夹板21和第二夹板22上。万向轴容纳腔14为球形容纳腔，万向轴10包括依次相连接的第一段11、第二段12和第三段13，第一段11设置在机床主轴200的刀具容纳腔内，第三段13为球形结构，球形结构设置在球形容纳腔内，夹板组件20还包括避让槽，避让槽用于在万向轴10相对于夹板组件20旋转时避让万向轴10的第二段12。

应用此种配置方式，万向轴10通过第一段11安装设置在机床主轴200中，第三段13为球形结构，第一夹板21和第二夹板22的一端设置有组合球窝结构以作为万向轴容纳腔14，万向轴10的球形结构可在球窝里沿着万向轴10的轴向任意角度旋转，同时，在夹板组件20上还设置有避让槽，以用于在万向轴10相对于夹板组件20旋转时避让万向轴10的第二段12。

进一步地，作为本发明的一个具体实施例，避让槽包括第一避让槽和第二避让槽，避让槽与球形容纳腔相连通，当夹紧放松组件30将第一夹板21相对于第二夹板22夹紧固定时，第一避让槽和第二避让槽沿同一直线设置。应用此种配置方式，第一避让槽和第二避让槽沿同一直线设置，能够使得万向轴10相对于夹板组件20实现±90°内任意角度旋转，从而达到万向节的功能。

在本发明中，为了进一步增大便携式万向节找正装置的调节范围，可将量具容纳腔23配置为包括第一容纳腔231和第二容纳腔232，第一容纳腔231和第二容纳腔232呈夹角设置，指示式量具300可选择地设置在第一容纳腔231或第二容纳腔232内。

应用此种配置方式，通过将量具容纳腔23配置为包括第一容纳腔231和第二容纳腔232，在进行工件的找正操作时，可根据实际需要将指示式量具300安装设置在第一容纳腔231或第二容纳腔232内，从而进一步增大便携式万向节找正装置的调节范围。作为本发明的一个具体实施例，第一容纳腔231和第二容纳腔232之间的夹角为90°。

根据本发明的另一方面，提供了一种工件找正方法，本发明的工件找正方法包括：将万向轴10的一端设置在机床主轴200的刀具容纳腔内并调整万向轴10的装夹长度；将指示式量具300设置在夹板组件20的量具容纳腔23内；调整夹板组件20相对于万向轴10的角度以及指示式量具的指针方位以确保指示式量具与待找正工件接触；拧紧锁紧螺栓31，将万向轴10和夹板组件20之间以及夹板组件20和指示式量具之间夹紧固定；手动旋转或平移机床主轴，根据指示式量具的指针偏摆，微量调整待找正工件的位置以保证指示式量具的指针保持在设定找正允差范围内；固定待找正工件，将便携式万向节找正装置从机床上移出，完成待找正工件的找正工作。

为了对本发明有进一步地了解，下面结合图1至图3对本发明的便携式万向节找正装置的工作原理及找正方法进行详细说明。

便携式万向节找正装置包括万向轴10、第一夹板21、第二夹板22、锁紧螺栓31和弹簧32(标准件)，其中万向轴10的一端安装在机床主轴200中，另一端设计有球体结构，第一夹板21和第二夹板22的一端设计有组合球窝结构，万向轴10的球形结构可在球窝里沿万向轴10的轴向任意角度旋转，同时第一夹板21和第二夹板22组合成的夹板组件20开有避让槽，万向轴10可以在避让槽±90°内任意角度旋转，从而达到万向节的功能；夹板组件20的另一端设计有正交孔结构以作为量具容纳腔，用于安装杠杆指示表(例如，杠杆百分表或杠杆千分表)；夹板组件20的中间位置设计有过孔和螺纹结构，螺纹结构内部设计安装弹簧32的弹簧容纳腔，通过拧紧锁紧螺栓31，弹簧32压缩变形，第一夹板21和第二夹板22锁紧万向轴10的球形结构和球窝的同时锁紧杠杆千分表，松开锁紧螺栓31时，利用弹簧32的弹性恢复，自动弹开第一夹板21和第二夹板22，从而自动松开万向轴10的球形结构和球窝以及正交孔结构，根据实际工况需要调整万向轴10的角度，从而改变杠杆千分表的方位，方便快捷高效的进行精密零件或工装的找正工作。

具体地，在进行工件的找正操作时，将万向轴10的一端安装在机床主轴200的刀柄夹套内，根据需要调整万向轴10的装夹长度；在夹板组件20的另一端的正交孔中，根据实际找正需要选择其中一孔安装杠杆千分表；调整万向轴10和夹板组件20之间的角度以及杠杆千分表的指针方位，以确保杠杆指示表与被找正零件或工装接触；拧紧锁紧螺栓31，将万向轴10和夹板组件20之间以及夹板组件20和杠杆千分表之间夹紧固定；手动旋转或平移机床主轴，根据杠杆千分表的指针偏摆，微量调整零件或工装的方位，以保证杠杆千分表的指针保持在加工要求的某固定值或某找正允差范围内；固定零件或工装，从机床主轴200上卸下万向节找正装置，完成零件或工装的找正工作。

为了对本发明有进一步地了解，下面结合图4至图7对本发明的第一具体实施例进行详细说明。

如图4和图5所示，根据本发明的第一具体实施例提供了第一工件400的结构示意图，第一工件400的阶梯孔的位置精度要求高，该阶梯孔距离基准面a和b的距离分别是φ16±0.005mm和φ18±0.005mm，同时阶梯孔孔径要求高，分别为φ8mm和φ12，考虑到待加工结构的形状精度和位置精度要求高，需采用镗床进行镗削加工。在进行第一工件400的加工操作时，现有技术中通常将杠杆千分表直接安装在镗床主轴上，在找正过程中，采用调整杠杆千分表的指针和第一工件400的方位，因杠杆千分表的测量球头表面与图4中的基准a很难保证共面，故无法找正保证机床主轴轴线与待找正的基准面a或b共面。而通过使用本发明的便携式万向节找正装置，如图6所示，在便携式万向节找正装置上安装杠杆千分表，通过打表方式正向找到第一工件400的基准面b的最高点。然后，如图7所示，反向找到研粘在基准面b上的0级块规600的最高点，只要稍微调整杠杆千分表指针位置，确保正反向两侧找正值在千分表表盘中的指示值保证一致，即找到镗床主轴轴线与基准面b共面，直接移动镗床主轴坐标，更换镗刀即可开始精密加工，简单快捷且质量可靠。

进一步地，为了对本发明有进一步地了解，下面结合图8至图10对本发明的第二具体实施例进行详细说明。

如图8和图9所示，根据本发明的第二具体实施例提供了第二工件500的结构示意图。其中，第二工件500的φ45mm的圆台上有精密键槽和螺纹结构4-m4-6h，且键槽对称度要求高，对称度基准为环形凹槽圆柱φ采用传统的杠杆千分表直接安装在机床主轴200上，因杠杆千分表的活动范围和指针长度有限，无法通过打表找到环形凹槽圆柱的轴线中心。而采用本发明的便携式万向节找正装置，如图10所示，在便携式万向节找正装置上安装杠杆千分表，采用便携式万向节及其正交安装孔的多方位转换，通过简单安装及调整，即可非常方便快捷地找到环形凹槽圆柱的中心轴线，从而开展后续的精密加工工作。此外，嵌套组合安装两套便携式万向节则可明显扩大环形凹槽圆柱的直径的找正范围。

综上所述，本发明的便携式万向节找正装置相对于现有技术而言，具有以下优点。

第一，区别于传统的指示式量具直接安装在机床主轴内，本发明通过在机床主轴与指示式量具之间增加万向节找正装置，利用该装置的万向节球锁结构和正交孔结构安装指示式量具的丰富组合应用，零件或工装的找正过程更灵活、使用更方便可靠，大大减少零件或工装的找正时间。

第二，本发明的找正装置不仅能应用于各类机床附件(如万能分度头、平口钳、分度圆盘等)及组合夹具、各类工装胎具的找正，亦可用于精密零件上的平面、槽腔、大范围直径的圆台或孔结构的找中心，零件外形、键槽和孔找对称，以及孔位置公差找正、定位测量等一些特殊要求，适用范围广。

第三，本发明的找正装置与杠杆指示式量具体积相近，小巧便携。

第四，本发明的找正装置可在多种机床，如普通铣床、普通镗床、数控加工中心上使用，通用性强。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。