一种圆棒夹紧方法及其相应的Macro/Mini转换夹具及夹具应用方法与流程

本发明涉及一种机械加工机床通用的高精度夹具，具体为一种圆棒夹紧方法及其相应的macro/mini转换夹具及夹具应用方法。

背景技术：

将硬质合金粉末混合料加工成具有一定形状和尺寸以及一定密度和强度的坯块的过程称为成形。不同的成形方法需要有不同类型的压机和模具。随着硬质合金行业不断向高、精、尖方向发展，对压坯成形的模具要求精度越来越高，尤其是在几何形状、配合间隙、平行度、垂直度、同心度等方面。如何制作出优良的模具，需要严格把控模具制作生产过程，除了员工责任心外，对于高精机床最重要的是匹配精密夹具。夹具是指机械制造过程中用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检测的装置，从广义上说，在工艺过程中的任何工序，用来迅速、方便、安全地安装工件的装置，都可称为夹具。

长期以来，在精密模具机加工行业，装夹定位用的夹具通常为瑞典system3r公司生产的机床通用高精度夹具，它包含有火花机、慢走丝、加工中心，数控车床、磨床等，重复定位精度在0.002mm以下。在瑞典system3r定位夹具中，有macro和mini两种系列的夹具。为了使产能充分发挥，无论是macro系列还是mini系列机床在实际生产中都应能做到通用。此时就需要一种macro/mini3r转换夹具，此夹具瑞典system3r公司在华有售，其采用内孔油压薄弹簧环变形夹紧3r棒的原理，其结构如图7所示，需配套复杂的液压设备，操作复杂，投入成本高。由于生产的日积月累，标准3r棒需要在瑞典systemmacro/mini3r转换夹具内被频繁装夹和拆卸，使得转换夹具的内孔被磨损，精度下降无法满足高精度的加工要求，更新率高，维护费用高，大大增加了生产成本。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供一种无需配套复杂施力设备即可改变夹具夹持孔孔径来夹紧圆棒的方法。

本发明提供的这种圆棒夹紧方法，通过机械外力使夹具的夹持孔沿轴向产生多段微米级的孔径缩小来夹紧圆棒。

上述方案的一种实施方式中，将夹具外壁交替划分可变径段和不可变径段，在变径段的两端设置径向槽，在两径向槽之间设置轴向槽，通过机械外力拉紧轴向槽两侧的实体来实现该段夹持孔的孔径缩小。

进一步的，通过手持式工具施加机械外力。

本发明的目的之二在于提供一种装配稳定性好、夹持部位不易磨损、可满足高精度加工要求、且无需配套复杂施力设备即可改变夹持孔孔径来夹紧圆棒的macro/mini转换夹具。

本发明提供的这种夹紧圆棒的macro/mini转换夹具，包括夹具头和连接紧固于夹具头一端的转换片，夹具头为复合结构，包括有轴向中心孔的外套体和固定于轴向中心孔中的管套，管套的材质耐磨且硬度大于圆棒和外套体的硬度，圆棒以微米级间隙安装于管套的光滑内孔中，转换片与标准macro定位片连接紧固；通过给外套体施加机械外力传递给管套，使管套产生微米级变形夹紧圆棒。

上述技术方案的一种实施方式中，所述管套的材质为钨钢，其壁厚为δ，1.5mm≤δ≤2.0mm，内孔直径为φd，公差为0～0.005mm，内孔的表面粗糙度ra≤0.1；所述外套体为碳钢材质的t形圆棒，其轴向中心孔孔径小于所述管套外径0.02～0.03mm。

上述技术方案的一种实施方式中，将所述外套体加热后与管套装配，以使装配后管套的外壁与外套体轴向中心孔的孔壁紧密贴合。

进一步的，所述外套体与管套热装形成整体件后，在外套体外壁的同侧加工多条径向槽和轴向槽，径向槽的中心角大于170度小于180度，径向槽和轴向槽呈工字型布置，轴向槽两侧的实体有相贯通的水平螺纹孔，水平螺纹孔中配套有紧固螺栓，紧固螺栓的夹紧力传递给管套，使管套产生微米级变形。

上述技术方案的一种实施方式中，所述转换片的外径与所述外套体的台阶面外径一致，外套体的台阶面上设置有一圈圆孔，转换片上有一圈相应的螺纹孔，两者之间通过紧固螺钉连接。

上述技术方案的一种实施方式中，所述转换片和标准macro定位片之间通过一圈紧固螺钉连接，标准macro定位片上的螺钉安装孔孔径大于转换片上螺纹孔的孔径。

本发明的目的之三在于提供一种操作简单的上述转换夹具夹紧圆棒的方法。

本发明提供的这种转换夹具夹紧圆棒的方法，包括以下步骤：

(1)根据圆棒直径大小，确定外套体外壁的径向环槽数量；

(2)根据设定的管套内孔的夹紧变形量，计算需要施加的机械外力；

(3)将圆棒装入管套的内孔中，圆棒的下端通过转换片限位；

(4)在外套体外壁轴向槽两侧的水平螺纹孔中初拧入紧固螺栓；

(5)手持施力工具给紧固螺栓逐步施加经计算好的机械外力，使紧固螺栓拉紧轴向槽两侧的实体，产生的夹持力传递给管套使其产生变形将圆棒夹紧。

本发明首先确定了与现有技术完全不同的夹紧思路：通过机械外力使夹具的夹持孔沿轴向产生多段微变形，即通过多段夹持来实现圆棒的夹紧，无需配置现有技术的复杂的施力执行设备，通过人工操作力矩扳手类工具即可实施，投入成本低，操作简单。在新的夹紧思路的指导下，本发明设计了新的macro/mini转换夹具来夹紧圆棒。转换夹具的夹具头采用复合结构，其夹紧圆棒的管套采用硬度大于圆棒和外套体的硬度的耐磨材料，通过使夹具头外套体的多段外壁的外径缩小来给管套传递夹紧力，夹紧稳定性好，夹持内孔耐磨，所以可满足高精度的加工要求，保证加工出的模具零件精度更高。夹持内孔耐磨，所以转换夹具的更新率低，维护费用低，降低生产成本。

附图说明

图1为本发明一个实施例的结构示意图。

图2为图1中夹具头的结构示意图。

图3为图2的右视示意图(含局部剖)。

图4为图2的左视示意图。

图5为图2的俯视示意图。

图6为图1中转换片的结构示意图。

图7为现有技术的结构示意图。

具体实施方式

本实施例公开的这种macro/mini转换夹具，应用于夹紧标准3r棒，标准3r棒的直径为20mm。

如图1所示，本转换夹具包括夹具头1、转换片2和标准macro定位片3。结合图1至图5可以看出，夹具头1包括外套体11和管套12。

本实施例的管套12为钨钢材质的圆管，壁厚为选择2mm，内孔12-1为光滑孔，表面粗糙度要求至少达到ra0.1，内孔直径为φ200^+0.005mm。

本实施例的外套体11为普通碳钢材质的t形圆棒，其轴向中心孔的孔径比管套12的外径小约0.025mm。

给外套体11加热后将管套12热装于其轴向中心孔中，待外套体11冷却后，管套12的外壁可与外套体11内壁实现紧密贴合。

钨钢材料硬度高且具有良好的耐磨性，可适应标准3r棒的反复装夹和拆卸。

外套体11和管套12热装形成整体件后，在外套体11外壁的同侧加工多条径向槽1-1和轴向槽1-2，每条径向槽1-1的中心角取178度，径向槽1-1和轴向槽1-2呈工字型布置。

结合图1至图4可以看出：本实施例的径向槽1-1有四条，其中最上面一条和最下面一条分别与夹具头的顶面和底面均有一定距离。从上往下，第一条和第二条径向槽弧长的中间位置处加工第一条轴向槽1-2，第三和第四条径向槽之间加工第二条轴向槽1-2，即形成两个“工”字，从而可形成两个夹持段。

两轴向槽1-2两侧的实体分别有相贯通的水平螺纹孔1-3，水平螺纹孔中配套有水平紧固螺栓4，水平紧固螺栓4的夹紧力传递给管套12，使管套12产生微米级变形。

夹具头1的台阶面加工一圈圆孔1-4，用于连接转换片2。从图5可以看出，一圈均布有若干个圆孔1-4。转换片2的外径与夹具头1的台阶面直径相同，其上有一圈与台阶面相应的螺纹孔2-1，如图6所示。

紧固螺钉ld穿过夹具头1台阶面的圆孔1-4后拧入转换片上的螺纹孔2-1中，使夹具头台阶面的底面与转换片2的顶面紧密贴合。

本转换夹具通过转换片2实现转接，转换片2和标准macro定位片3之间通过紧固螺钉ld连接紧固。即转换片2起承接夹具头1和和标准macro定位片3的作用。

转换片2上有一圈根据标准macro定位片3上紧固螺钉安装孔配做的螺纹孔2-2，从图6可以看出，这圈螺纹孔位于半径小于转换片2与夹具头1连接圆孔圈的半径，一圈均布有4个螺纹孔，从图1可以看出，转换片2上小圈螺纹孔的孔径小于标准macro定位片3上紧固螺钉安装孔的孔径，这样通过不断调节紧固螺钉ld的松紧和位置，可提高macro/mini转换夹具在组装环节的装配精度。紧固螺钉ld穿过标准macro定位片3上的螺钉安装孔后拧入转换片2上的螺纹孔2-2中，使转换片2与标准macro定位片3紧密贴合。

标准3r棒在本转换夹具上安装时，插入夹具头1管套12的内孔12-1中，下端通过转换片2限位，然后分别通过力矩扳手施加经计算好的力，转动水平紧固螺栓4，使其将轴向槽1-2两侧的实体拉紧，从而将力传递给管套12，直至管套12达到预设的微变形量(一般为-0.007mm)，将标准3r棒夹紧，操作简单可靠，无需配备复杂的施力执行系统，投入成本低。

标准3r棒通过上下多处水平紧固螺栓3提供较大的夹持力，可满足达到预设的变形量；另外，上下水平紧固螺栓3可使标准圆棒两次进行定位，从而能提高其定位直线度，使加工过程中标准圆棒轴线不易倾斜变形，保证加工出的模具零件精度更高。

更换时，松开水平紧固螺栓即可将标准3r圆棒拔出，方便快捷。

本发明还可应用于其他直径标准圆棒的夹紧。

当标准圆棒的直径为φ20～φ30mm时，外套体上径向槽和轴向槽的设置可参照本实施例设置两个“工”字，形成两个夹持段。

当标准圆棒的直径为φ30～φ40时，可参照本实施例设置六条径向槽和3条轴向槽，即三个“工”字形成三个夹持段，从而提供更大的夹紧力，确保夹紧效果。

当标准圆棒的直径为≤φ20或者≥φ40时，根据具体情况减少或者增加径向槽和轴向槽，以满足设定的微米级变形为准。

综上所述，本发明具有以下优势：

1、结构简单、制作成本低、组合连接强度高、便于组装调整和拆卸，满足精度使用要求且经济实用。

2、管套采用钨钢(硬质合金)材质，硬度比标准圆棒高，满足机械加工的频繁使用，且内孔不易磨损变形，保证加工出的模具零件精度更高，降低夹具头的更新率，降低维护费用，从而降低生产成本。

3、通过旋紧水平紧固螺栓使管套产生微变形的方式来夹紧标准圆棒。在电加工、数控车/铣/磨等工序中，由于上述夹具圆孔轴线中心与marco夹具轴线中心同轴度在0.003mm以下，不仅能实现待加工零部件的快速装夹同时也能提高装配精度和加工质量。