用于工件机加工的定位方法及其自动夹具的制作方法

专利名称：用于工件机加工的定位方法及其自动夹具的制作方法
技术领域：
本发明涉及机械加工技术领域，具体涉及一种适用于规则和不规则表面形状及有 多个加工位置的工件的机加工定位方法及其自动夹具。
背景技术：
常见产品或工件，是六面体或多面体的结构，加工面与基准面(所谓基准面，就是 在加工工件中，工件上相对于机床(或夹具)的一个相对固定的一个面。用以确定其他点、 线、面等尺寸的表面，是测量的零点参考面，是其它尺寸标注的起始点。)并非构成严格的垂 直或平形关系。
如图1所示的工件，经铲齿加工后形成的各齿的高度并不一致，所以其表面形状 是不规则的，一般呈如图2A、2B或2C所示的形状，即使经过滚刀加工后齿片高度趋于一致， 但实际上，由于齿片具有较大的弹性，以及滚刀为螺旋线走刀，故，所形成的波纹状平面与 产品的下平面仍不平行，一般呈如图3A JB或3C所示，波纹状平面或者是两端稿中间低，或 者是一端高一端低，或者是两端第中间高等。所以，后续的加工中，比如铣、钻、铆、冲等工件 必然歪斜，导致加工后的产品难于装配，甚至不合格等。如图4A是钻孔加工后一般会出现 的情况，孔位与基准面之间产生各样的歪斜。
散热器产品铲齿工艺，参见中国专利申请“一种热交换系列产品的加工方法”(申 请号200710074270. 7)，其中铲齿产品，各叶片端面存在高度差，整体微观成波浪形状，这就 使产品反面的平面加工包括铣、钻、铆、冲等的定位基准不稳定，加工后的位置必然出现歪 斜、深浅不一等现象，与后工序组装无法匹配。而目前各种形式定位的夹具无法解决和有效 控制。
由以上可知，夹持工件的方法及其夹具的适当与否，对机加工至关重要。通常，夹 具有固定支承、可调支承和自位支承三种形式定位工件。自位支承是利用杠杆平衡原理，在 一个或多个支点的支承下，对工件形成的多点定位，但当工件形状复杂且支承位置允许尺 寸变化较大时，易产生欠定位、过定位等缺点，造成支承的稳定性较差、刚度不足，使工序的 加工效率和品质成为加工时的瓶颈。
由此看出，采用现有技术的夹具对工件进行定位加工存在缺陷，若是采取如图5 所示的自位支承方式，虽然部分工件可以加工，但是由于前工序铲削原因，工件的厚度会存 在差别，需要加个压板，加垂直压力压紧，操作难度大，不稳定。另外，单个齿片很薄，垂直加 工时，受力点易发生弹性变形，使定位点产生移位，同样会造成工件的加工品质不稳定，比 如钻孔后孔位与基准面之间产生歪斜。发明内容
为解决现有技术存在的对于形状复杂和/或需多位置加工的工件无法稳定夹持以进行加工的问题，提供一种用于工件机加工的定位方法，能够方便且稳固的对工件进行 夹持定位，其特征在于包括如下步骤A.选取工件的基准面；B.设置基准板，所述基准板与工件相对应的表面的形状与所述工件的基准面的形 状相适配；C.设置限位块，用于限制工件在相应方向上的自由度； D.用活动定位块推压工件，使其紧靠在基准板上，成面接触。
本发明还提供一种结构简单且使用方便的自动夹具，其包括基准板、限位部件、支 撑部件和活动定位块及其动力系统；所述基准板与工件相对应的表面的形状与所述工件的基准面的形状相适配； 所述支撑部件包括支撑座和两个侧壁，所述基准板设在所述两个侧壁的顶部； 所述限位部件是设置在所述支撑座和/或两个侧壁上适当位置处的多个限位块； 所述动力系统设在所述支撑座上。
根据本发明的实施例，还可以采用以下优选的技术方案所述限位块是设在所述两个侧壁上以及所述支撑座的后部的三个，用于限制所述工件 相应方向上的自由度，或所述限位块是设在所述支撑座左侧、右侧和后侧适当位置处的三 个，用于限制所述工件相应方向上的自由度。
所述限位块四个是，分别设在所述支撑座的左侧、右侧、后侧和前侧，在前侧的限 位块安装在所述活动定位块上或所述基准板上，总体构成平面内的四个自由度的完全定 位。
所述活动定位块及其动力系统有两组或两组以上，分别对应所述工件的适当部位设置。
所述动力系统是气缸或液压缸，所述气缸或液压缸的行程小于或等于所述工件的厚度。
当工件的加工面与基准面在同一侧时，所述气动或液压系统以伸展夹持方式工 作；否则，所述气动或液压系统以收缩夹持方式工作。
本发明的有益效果是采用与工件相对应的表面的形状与所述工件的基准面的形状相适配的基准板，限 制上、下两个方向的自由度；用活动定位块推压工件并配合以限位块，限制工件在各个方向 上的自由度，进而实现稳定可靠的定位，且可避免工件变形带来的加工误差问题。
所述限位块有至少设在所述工件的左、右和后侧的多个，限位块的安装位置保证 工件装入时，与基准板的加工导向孔位置，同时符合图纸设计的尺寸，并且能够避免工件在 上下两个方向受力后可能的水平错位问题。
所述活动定位块及其动力系统有两组或两组以上，分别对应所述工件的适当部位 设置，可以更加灵活、更加有针对性的实施夹持。
动力系统采用气缸或液压缸，方便控制恒定的力度，防止工件的变形；气缸或液压 缸的行程小于或等于所述工件的厚度，则可以避免夹伤或损坏工件。
当加工面与基准面在同一侧时，比如，加工孔位和基准面在同侧，则所述气动或液 压系统按伸展夹持方式，将工件上推，使工件的基准面和夹具基准板(图中基准板31部分)面贴合，实现面定位。当加工面与基准面不在同一侧时，比如，加工孔位在上面，而基准面在 对面，则所述气动或液压系统按收缩夹持方式，将工件下压，使工件的基准面和底板(图中 基准板31部分)的标准面贴合，实现面定位。因为一般来说，机加工根据比如钻头等都是自 上而下工作的，所以，以上的夹持方式具有更好的适应性。


图1A、1B分别是一个待加工工件铲齿前后的结构图；图2A、2B、2C分别是图1的工件铲齿加工后常见的形状结构图； 图3A、3B、3C分别是对应图2A、2B、2C作滚刀加工后的形状结构图； 图4A是对应图3A采用现有技术的夹具定位作钻孔加工后的形状结构图； 图5是现有技术中的自位支承方式的夹具作定位加工时的结构示意图； 图6A、6B、6C分别是使用本发明的自动夹具对图1所示的工件做钻孔加工后的结构示 意图；图7A是实施例1的自动夹具采用上压夹持方式定位时的示意图； 图7B是上夹持方式的活动定位块，安装前限位块的侧面图； 图8A是实施例2的自动夹具采用下压夹持方式定位时的示意图； 图8B是下压夹持方式限位块安装在基准板上的示意图； 图9是实施例3的示意图； 图10是实施例3中钻孔工艺用电路图。
具体实施方式
本发明由气动元件或液压系统控制，利用气(液)压缸行程受阻自动限位原理，当 选取气(液)压缸活塞面积S —定时，通入一定压强P的气(液)体时，根据压强公式P=F/S，得 F=P*S可以知道，工作时，因为气(液)压缸的活塞面积S是固定的，只要保持气(液)体的压 强不变，则在气(液)压缸行程内其提供的压力是不变的。普通工件材料的弹性极限约几百 Mpa，而提供的压强液压<70Mpa或者气压彡8 kg f/ cm 2 ( IMPa=IO kg f/ cm 2)，远小于工 件的可承受压强，也即是说，即使待加工工件在相同位置处的尺寸出现较大偏差，仍然可以 通过气(液)压缸自动调整行程，以相同的力度将工件压紧在基准面上并稳定的进行定位。
在设计夹具时，应充分考虑，使支撑和夹持机构(比如支撑组件和定位机构的各个 部件)的支撑力要大于刀具加工的冲击力。普通钻孔加工只需几百到几千牛顿的支撑力，可 以采用气压机构；冲压加工时，需要很大的支撑力，可采用液压机构。
由F=P*S，得S= /Ρ,计算出需要的气(液)压缸截面积，由S=n*R2得R=计算出需要的缸径。
机加工包括冲、铣、磨、钻、CNC等工艺，应用本发明的夹具，其工作原理是相同的。 下面借助散热产品在铲齿工艺后进行钻孔加工定位的实施例并对照附图对本发明作进一 步详细的说明。通过本发明的自动夹具对图1所示的结构相对简单的工件进行夹持定位做 铲齿后的钻孔加工，无论铲齿后的形状如何，均可以达到如图6A、6B、6C所示的效果，即孔面保持垂直。
实施例1一个优选的定位方法的实施例包括如下步骤A.选取工件的基准面；在工件的所设计的图纸中，通常是其它点、线、面的参考基准， 一般而言，不受整个工艺加工影响的简单平面或者曲面可选为基准面。比如1)工件加工面是规则面时，如图7A所示的工件，应将规则面确定为参考基准面，用伸 展方式夹持。
2)工件加工面是非规则面而对面为规则面时，如图8A所示的工件，应将对面的 规则面确定为参考基准，用收缩方式夹持。
3)工件加工面和对面都是非规则面时，如图9所示的工件，应从设计图寻找对加 工位置形成约束关系的基准点或面，确定为参考基准，再考虑上述两种方式之一夹持。
确定“加工面的基准点或面”的一般原则是不受整个工艺加工影响的工件的位 置，有可能是工件上某个台阶面，或者说是尺寸稳定的某个支撑点。
B.设置基准板，所述基准板与工件相对应的表面的形状与所述工件的基准面的形 状相适配；如果所选择的工件的基准面是非规则面，则基准板的夹持面是复杂曲面，要经过 数控CNC、雕刻、腐蚀、激光或者铸造等加工方式，制作成与工件的非规则面匹配的凹模结 构。
C.设置限位块，用于限制工件在与加工方向垂直的平面上的自由度；该实施例中 的限位块有4个，分别设在所述工件的前、后、左、右侧，以限制此四个方向上的位移。所述 活动定位块连接在气缸或液压缸的活动杆上，通过气缸或液压缸提供基本恒定的动力。
D.用活动定位块推压工件，使其紧靠在基准板上，成面接触。接触的同时，使工件 的前侧限位，如工件上活动定位块的夹持部位是非规则面，则活动定位块只需能够弹性变 形，以配合非规则面就可以了，比如可采用橡胶等弹性材料制作活动定位块。
实施例2如图7所示，是自动夹具采用下压夹持方式定位时的示意图，待加工工件1的加工面与 所选择的基准面在工件1的同一侧。该自动夹具主要包括基准板31、限位部件33、支撑部 件和三组活动定位块32及其动力系统，所述动力系统是气缸41，活动定位块32固定在气 缸41的活动杆42的顶部，可随活动杆42做上下移动。所述支撑部件包括支撑座21和左 右侧壁22 ；所述侧壁22的两端分别连接所述支撑座21和基准板31，在侧壁22、支撑座21 和基准板31之间形成适当大小的空间，以取放待加工的工件1。所述限位块33为四个，分 别设置在工件1的左侧面、右侧面和后侧面，另外一个安装在活动定位块的前面(如图7B)， 对工件1进行相应方向上的定位，所述基准板31和活动定位块32分别从工件1的上下两 个面对工件1进行定位。
本实施例通过行程开关控制气缸41的动作，并设置感应动作是否到位的感应开 关K8。行程开关闭合时，接通气缸41动作，通过其活动杆42带动活动定位块32将工件1 向基准板31压紧，这时候，如果说产品没有缺陷或者说厚度在公差内稳定，气缸41动作到 位的感应开关K8才能闭合，然后给后续加工提供动力的系统才可以工作，相应的刀具才能 动作进行加工。否则，刀具不能加工，从而达到防呆目的。
需要说明的是夹具的基准板31与工件1接触的表面形状须与工件1的基准面形6状一致，以获得良好的面接触效果，且基准板31采用比刀具硬度更高的耐磨材料，并开设 有对应于工件1的加工位置的导向孔311，其导向孔311的多少根据工件1的需要而定。而 选择合适的气缸行程也很重要，一般而言，行程应小于或等于工件的厚度。比如，工件厚度 为20MM，则气(液)压缸行程可以选用20MM、15MM、IOMM或5MM等，如行程过大会使支撑座加 高，所以，考虑到工件1可能的变形量，以及气缸41行程补充余量，尽可能采取较短行程的 气缸41。但较大的气缸41行程，可使活动定位块32与基准板31之间有较大的空间，可以 方便装取工件1。所以，应根据实际工件1及其加工情况制定气缸41的行程。另外，根据加 工的单一(或多个)位置，可设置一个(或多个)气缸41和配套使用的活动定位块32。
按气缸41行程及大小，加工制成合适高度的侧壁22，安装于支撑座21固定。
制作活动定位块32:当要求推动工件1的力为刚性或者形成点接触时，以及工件1 加工面规则时，可以采用金属制作。当要求推动工件1的力为柔性或者形成面接触时，以 及工件1形状不规则时，可采用橡胶材料(或者其它有弹性的材料)制作。
该实施例中的限位块33显然也可以是四个或更多，比如工件1比较细长或宽度很 大时可以在工件1的后面适当位置设置多个限位块33，以取得更好的限位效果。
该实施例的自动夹具用于工件1的钻孔加工的过程如下将工件1按加工方向，装入活动定位块32与基准板31之间。调试使进给行程主开关 Kl动作，接通气压缸41系统的电源，使气压缸41动作，带动活动定位块32压紧工件1，但 位置磁开关K8没有接通，主机马达52仍处断电状态，调节位置磁开关K8合适位置并固定， 使气压缸41启动推压动作，活动杆42的带磁性的位置刚好能使位置磁开关K8闭合，使主 机马达52得电工作。将刀具回退复位后，行程主开关Kl断开，机器主轴马达52处于断电 状态。
机器设定为自动状态时，只有夹持工件1到位，机器主轴刀具才正常运转，减少空 转耗电，有防呆及节能作用。机器设定为半自动状态时，机器主轴刀具正常运转，只有夹持 定位作用。
在该实施例及下面其它的实施例中，所述的气缸41也可以采用液压缸。
图10为一个参考电路5的示意图，包括电磁阀51、控制主机动作的交流接触器K、 主轴马达52。
钻孔加工一般的工作参数如下采用气压系统，气压彡8 kg f/cm2，电源220 V士 10%，(主机电源380 V士 10%) 冲压加工一般工件，工作参数要求采用液压系统，液压<70Μρει，电源220 V士 10%，(主机电源380 V士 10%) 具体应根据需求的压缩或推压的压力值，由以上公式计算以确定采用气缸或液压缸。
本发明由于采用气缸或液压缸来推或拉动活动定位块作位移的变化，相当于应用 液体或气弹簧使工件形成活动定位，利用气(液)压缸行程受阻自动限位原理，可以作用于 点、平面或非平面完成夹持动作，最终实现精确定位。
实施例3该实施例与实施例2的区别主要是自动夹具采用下压夹持方式定位，如图8所示，待加 工工件1的加工面与所选择的基准面在工件1的不同侧。工件1置于支撑座21上，活动定 位块32从工件1的上方向下压，在基准板31前侧、后侧、左侧、右侧对应工件1的合适位置处分别设置限位块33。(如图8B)该实施例中因为工件1的加工面有较大的平面，故活动定位块32是一个，且在活动定 位块32对应工件1加工钻孔的部位设置相应数量的导向孔311，以进一步确保钻孔的质量。 两个同样型号规格的气缸41分别连接两个活动杆42，设置在支撑座21和基准板31之间， 两个活动杆42分别支撑活动定位块32的两端，并由两个气缸41提供同时收缩下压的动 力。
实施例4如图9所示，是针对形状复杂(表面形状不规则)的工件1进行夹持定位的实施例，该工 件1的所有外部形状均不规则，故其基准面为非规则面。在此情况下，基准板31与工件1的 基准面接触的一面设置为与基准面31相一致，使两者相互紧靠时形成良好的面接触。在基 准板31上开设有相应数量的钻孔位置的导向孔311。活动定位块32有两个，分别按照各自 接触工件1的表面的形状进行设计，使得紧靠时各活动定位块32与工件1之间呈面接触。 在工件1的左右两侧和后侧还分别设置限位块33，如此即可将工件1很好的限位固定。
当然，限位块33的设置位置可根据1的外形进行灵活的布置，不局限于本实施例 中的布置方式。
该实施例采用上推的上夹持方式定位方式，并列设置的两个气缸41分别通过其 活动杆42推动各自顶端的活动定位块32，将工件1压紧到基准板31上。气缸41固定安装 在支撑座21上，其左右两侧分别设置侧壁22，基准板31连接在侧壁22的顶端，在支撑座 21、侧壁22和基准板31之间形成合适大小的空间，以容纳工件1。限位块33有四个，三个 分别设置在左右两个侧壁22上、支撑座21靠后的部位，一个设置在活动定位块上，以对放 入的工件1进行限位。
该实施例与实施例2上夹持方式定位方式相同，只是基准板与活动定位块的表面 形成要与工件一样形状不规则。
另外，实施例4也可以选用与实施例3下压夹持方式定位，只是基准板与活动定位 块的表面形成要与工件一样形状不规则。
在以上各实施例中，夹持方式和基准面的选择可参照以下原则当加工面与基准面在同一侧面时，应采取向上夹持方案，否则采用向下夹持。当工件同 时需要两种或两种以上方案加工时，应找出在加工过程中尺寸不变的面，以此为基准面，对 应安装气(液)压缸的基准位置。
以上内容是结合具体实施实施例对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发 明的具体实施只局限于这些说明。比如，以上各实施例中的限位块均可以是三个，即工件1 前侧的限位块没有，而在实际操作中通过人手代替(因此工件1在此方向限位所需的力很 小)。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可 以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1.用于工件机加工的定位方法，其特征在于包括如下步骤A.选取工件的基准面；B.设置基准板，所述基准板与工件相对应的表面的形状与所述工件的基准面的形状相 适配；C.设置限位块，用于限制工件在相应方向上的自由度；D.用活动定位块推压工件，使其紧靠在基准板上，成面接触。
2.如权利要求1所述的定位方法，其特征在于所述限位块有至少设在所述工件的左、右和后侧的多个。
3.如权利要求1或2所述的定位方法，其特征在于所述活动定位块连接在气缸或液压缸的活动杆上，通过气缸或液压缸提供动力。
4.一种用于如权利要求1-3中任一所述的定位方法的自动夹具，其特征在于 包括基准板、限位部件、支撑部件和活动定位块及其动力系统；所述基准板与工件相对应的表面的形状与所述工件的基准面的形状相适配； 所述支撑部件包括支撑座和两个侧壁，所述基准板设在所述两个侧壁的顶部； 所述限位部件是设置在所述支撑座和/或两个侧壁上适当位置处的多个限位块； 所述动力系统设在所述支撑座上。
5.如权利要求4所述的自动夹具，其特征在于所述限位块是设在所述两个侧壁上以及所述支撑座的后部的三个，用于限制所述工件 相应方向上的自由度，或所述限位块是设在所述支撑座左侧、右侧和后侧适当位置处的三个，用于限制所述工 件相应方向上的自由度。
6.如权利要求4所述的自动夹具，其特征在于所述限位块四个是，分别设在所述支撑座的左侧、右侧、后侧和前侧，在前侧的限位块 安装在所述活动定位块上或所述基准板上，总体构成平面内的四个自由度的完全定位。
7.如权利要求5或6所述的自动夹具，其特征在于所述活动定位块及其动力系统有两组或两组以上，分别对应所述工件的适当部位设置。
8.如权利要求7所述的自动夹具，其特征在于所述动力系统是气缸或液压缸，所述气 缸或液压缸的行程小于或等于所述工件的厚度。
9.如权利要求8所述的自动夹具，其特征在于当所述工件的加工面与基准面在同一侧时，所述气动或液压系统以伸展夹持方式工 作；否则，所述气动或液压系统以收缩夹持方式工作。
全文摘要
本发明涉及一种用于工件机加工的定位方法及其自动夹具，所述定位方法包括如下步骤A.选取工件的基准面；B.设置基准板，所述基准板与工件相对应的表面的形状与所述工件的基准面的形状相适配；C.设置限位块，用于限制工件在相应方向上的自由度；D.用活动定位块推压工件，使其紧靠在基准板上，成面接触。所述自动夹具主要包括基准板、限位部件、支撑部件和活动定位块及其动力系统。该定位方法的自动夹具可以用于形状复杂的或多位置加工的工件的定位，且夹持稳固可靠，并可避免工件变形带来的加工误差等问题。
文档编号B23Q3/00GK102039532SQ20101053841
公开日2011年5月4日 申请日期2010年11月10日 优先权日2010年11月10日
发明者梁乃安, 米春, 马富勇 申请人:深圳山源电器股份有限公司