轴类工件的气封定位夹具、定位检测系统及方法与流程

1.本发明涉及轴类工件装夹技术领域，特别涉及一种轴类工件的气封定位夹具、定位检测系统及方法。


背景技术：

2.如今，“高精密加工”已成为目前国内工业发展的主流。轴类零件是五金配件中经常遇到的典型零件之一，它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷，它们在机器中用来支承齿轮、带轮等传动零件，以传递转矩或运动。为控制加工质量，轴类零件在加工时需要定位精确，但在轴类零件加工领域，加工受力大，加工时容易产生装夹位置的偏移，导致轴类零件在加工时出现定位偏差，从而严重影响轴类零件的加工精度。而如何对轴类零件进行稳定夹持，以在轴类零件加工时限制工件的自由度，实现高精度加工，是本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的是提出一种轴类工件的气封定位夹具、定位检测系统及方法，旨在解决轴类工件在加工时易产生装夹位置的偏移，而导致加工定位误差的技术问题。
4.为实现上述目的，本发明提出一种轴类工件的气封定位夹具，所述气封定位夹具包括相互配合的顶尖和底座；
5.所述顶尖开设有两端为第一入气口和第一出气口的气路通道，所述顶尖包括顶尖本部和凸起部，所述顶尖本部为具有圆锥定位面的圆锥体，所述第一入气口开设于所述凸起部，所述第一出气口开设于所述圆锥体的顶面，所述圆锥体的底面承接所述凸起部，所述顶尖本部用于与所述轴类工件的辅助定位圆槽配合，所述辅助定位圆槽的中心轴与所述圆锥定位面的中心轴共线，所述辅助定位圆槽的槽顶边沿抵接所述圆锥定位面，以形成密闭空腔；
6.所述底座固定安装于加工机床，所述底座开设有与所述凸起部配合的凹槽，所述底座开设有两端为第二入气口和第二出气口的气路通道，所述第二出气口设于所述凹槽，所述第二出气口与所述第一入气口连通，所述第二入气口用于连接气源设备。
7.可选地，所述底座设有凸台，所述凸台的上端面开设有所述凹槽，所述凸起部与所述凹槽配合时，所述上端面与所述底面抵接。
8.可选地，所述第一出气孔的直径大于等于0.1mm，且小于等于0.5mm。
9.可选地，所述凸起部为圆柱体，所述凹槽为与所述圆柱体形状适配的安装槽。
10.可选地，所述圆柱体与所述安装槽通过螺纹配合安装。
11.可选地，所述底座设有与加工机床的卡爪位置对应设置的夹持面，所述夹持面为平面。
12.本发明还提出一种轴类工件的定位检测系统，所述定位检测系统包括如上所述的气封定位夹具；以及，
13.气源设备，用于给所述气封定位夹具输送压缩空气，为所述气封定位夹具的顶尖与所述轴类工件的辅助定位圆槽所形成的密闭空腔提供气压，以形成对所述轴类工件的顶紧力；
14.气压传感器，所述气压传感器设于所述气封定位夹具的第一气路通道或第二气路通道中，用于检测所述第一气路通道或所述第二气路通道的通道气压；
15.控制器，所述控制器与所述气压传感器电性连接，用于根据所述气压传感器检测的气压，输出偏移预警提示。
16.本发明还提出一种轴类工件的定位检测方法，所述定位检测方法应用于如上所述的气封定位夹具，所述定位检测方法包括：
17.当气源设备处于通气开启状态时，检测气封定位夹具的第一气路通道或第二气路通道的通道气压；
18.根据所述通道气压，判断所述轴类工件的定位是否偏移；
19.若确定所述轴类工件的定位偏移，则输出偏移预警提示。
20.可选地，所述根据所述通道气压，判断所述轴类工件的定位是否偏移的步骤包括：
21.若所述通道气压小于预设气压阈值，则确定所述轴类工件的定位已产生偏移。
22.可选地，所述若确定所述轴类工件的定位偏移，则输出偏移预警提示的步骤包括：
23.若确定所述轴类工件的定位偏移，则控制预警指示灯发出预设的光源和/或控制预警喇叭发出预设的声源。
24.本发明通过顶尖的顶尖本部与轴类工件的辅助定位圆槽配合，所述辅助定位圆槽的中心轴与所述圆锥定位面的中心轴共线，所述辅助定位圆槽的槽顶边沿抵接所述圆锥定位面，以形成密闭空腔，即本发明采用中心孔定位技术，从而提高了对轴类工件装夹定位的准确性和便捷性，且本发明气封定位夹具结构简单、加工制造方便，利于大规模生产和使用。本发明通过顶尖的顶尖本部上的第二出气口释放出压缩空气，为该密闭空腔内提供气压，以形成对轴类工件的顶紧力，从而能使轴类工件在加工时不易产生装夹位置的偏移，实现稳定夹持，提高加工的定位精度。通过在顶尖本部设置圆锥定位面，从而在装夹时，可自适应的对顶尖的中心轴与轴类工件的中线轴调节到共线位置，从而提高气封定位夹具的装夹定位的自适应调节能力，进而提高装夹操作的便捷性和轴类工件的加工质量。通过底座和顶尖各自独立成型加工，顶尖固定配合在底座上，从而在顶尖长期的工作使用中，发生变形或损坏而影响对轴类工件的装夹定位精度时，只需要更换顶尖，而不需要更换底座，降低加工成本。同时，由于不同的轴类工件可能具有不同的直径，而直径更大的轴类工件对应顶尖的圆锥定位面的底面直径更大，那么与不同轴类工件适配的顶尖的型号也可能不同，通过更换不同型号的顶尖装配固定于底座上，从而可实现对不同轴类工件装夹定位的通用。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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示出的结构获得其他的附图。
26.图1为本发明一实施例轴类工件的气封定位夹具的立体结构示意图；
27.图2为本发明一实施例轴类工件的气封定位夹具的截面示意图；
28.图3为本发明一实施例顶尖一视角的立体结构示意图；
29.图4为本发明一实施例顶尖另一视角的立体结构示意图；
30.图5为本发明一实施例底座一视角的立体结构示意图；
31.图6为本发明一实施例底座另一视角的立体结构示意图；
32.图7为本发明实施例定位检测系统的模块结构示意图；
33.附图标号说明：
34.标号名称标号名称100气封定位夹具102第一出气口1顶尖103第二入气口2底座104第二出气口11顶尖本部11d作用面12凸起部21a上端面21凸台2a夹持面22凹槽23导柱孔11a圆锥定位面24定位孔11b顶面25螺钉孔11c底面10第一气路通道101第一入气口20第二气路通道200气源设备300气压传感器400控制器1000定位检测系统
35.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
36.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的一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
37.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各组件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
38.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
39.本发明提出一种轴类工件的气封定位夹具100。
40.本实施例中，如图1至图3所示，气封定位夹具100包括相互配合的顶尖1和底座2；
顶尖1开设有两端为第一入气口101和第一出气口102的第一气路通道10，顶尖1包括顶尖本部11和凸起部12，顶尖本部11为具有圆锥定位面11a的圆锥体，第一入气口101开设于凸起部12，第一出气口102开设于圆锥体的顶面11b，顶尖本部11的底面11c承接凸起部12，顶尖本部11用于与轴类工件的辅助定位圆槽配合，辅助定位圆槽的中心轴与圆锥定位面11a的中心轴共线，辅助定位圆槽的槽顶边沿抵接圆锥定位面11a，以形成密闭空腔；底座2固定安装于加工机床，底座2开设有与凸起部12配合的凹槽22，底座2开设有两端为第二入气口103和第二出气口104的第二气路通道20，第二出气口104设于凹槽22，第二出气口104与第一入气口101连通，第二入气口103用于连接气源设备。
41.其中，在本实施例中，可通过将第二出气口104与第一入气口101直接对接，以使第二出气口104与第一入气口101连通。也可通过将第二出气口104与第一入气口101同时接入凸起部12与凹槽22所形成的内腔中，通过该密闭空腔间接使第二出气口104与第一入气口101连通。
42.可以理解的是，该密闭空腔与该第一气路通道10和第二气路通道20是相互连通的，气压传感器检测第一气路通道10或第二气路通道20的通道气压就等于检测该密闭空腔的气压。
43.一般情况下，轴类工件的加工机床包括工作台、夹持驱动部件，夹持件例如卡爪、以及支撑机构等。其中，两个支撑机构可滑动连接于工作台的两侧，气封定位夹具100固定安装分别两个支撑机构上，两个气封定位夹具100对轴类工件进行固定和定位。夹持驱动部件位于轴类工件的左右两侧，驱动支撑机构移动，以使气封定位夹具100的顶尖1顶紧在轴类工件两端，其中，顶尖1的顶尖本部11与轴类工件的辅助定位圆槽配合，辅助定位圆槽的中心轴与圆锥定位面11a的中心轴共线，辅助定位圆槽的槽顶边沿抵接圆锥定位面11a，以形成密闭空腔，即本实施例的气封定位夹具100采用中心孔定位技术，从而提高了对轴类工件装夹定位的准确性和便捷性，且操作方便简单，同时本实施例的气封定位夹具100结构简单、加工制造方便，利于大规模生产和使用。
44.需要说明的是，顶尖1的顶尖本部11与轴类工件的辅助定位圆槽配合时，圆锥体的圆锥定位面11a的中心轴与辅助定位圆槽或轴类工件的中心轴共线。
45.本实施例通过顶尖1的顶尖本部11上的第二出气口104释放出压缩空气，为该密闭空腔内提供气压，以形成对轴类工件的顶紧力，从而能使轴类工件在加工时不易产生装夹位置的偏移，实现稳定夹持，提高加工的定位精度。
46.在其它情况下，轴类工件的加工机床还包括固定架。一个固定架固定连接于工作台的一侧，一个支撑机构可滑动连接于工作台的另一侧，气封定位夹具100固定安装于该支撑机构上，夹持驱动部件驱动支撑机构移动，以使气封定位夹具100的顶尖1和固定架分别顶紧在轴类工件两端，实现对轴类工件进行固定和定位。
47.本实施例在加工机床的工作平台上至少设置一个气封定位夹具100，用来在至少一端支持和抵紧需要加工的轴类工件，夹持驱动部件驱动安装固定于支撑机构上的气封定位夹具100轴向移动，以使气封定位夹具100的顶尖1抵紧轴类工件，其中，夹持驱动部件可为气缸或油缸来驱动。
48.在本实施例中，可通过控制器控制夹持驱动部件的轴向移动来微调间距，以调节对轴类工件的顶紧负荷。
49.在本实施例中，可以通过夹持驱动部件来调节支撑机构的高度以及位置等，例如通过移动支撑机构，使气封定位夹具100的顶尖1调整至与轴类工件平行的位置，以便于顶尖1顶紧轴类工件时，圆锥体的圆锥定位面11a的中心轴与轴类工件上的辅助定位圆槽共线。从而实现轴类工件的固定和精确定位，操作简单方便，满足不同轴类工件的装夹定位需求。
50.本实施例通过在顶尖本部11设置圆锥定位面11a，从而在装夹时，可自适应的对顶尖1的中心轴与轴类工件的中线轴调节到共线位置，从而提高气封定位夹具100的装夹定位的自适应调节能力，进而提高操作的便捷性和轴类工件的加工质量。
51.在一实施例中，顶尖本部11的顶面11b为平面。在另一实施中，该顶尖本部11的顶面11b为球面。
52.在本实施例中，底座2和顶尖1各自独立成型加工，顶尖1固定配合在底座2上，从而在顶尖1长期的工作使用中，发生变形或损坏而影响对轴类工件的装夹定位精度时，只需要更换顶尖1，而不需要更换底座2，降低加工成本。同时，由于不同的轴类工件可能具有不同的直径，而直径更大的轴类工件对应顶尖1的圆锥定位面11a的底面11c直径更大，那么与不同轴类工件适配的顶尖1的型号也可能不同，通过更换不同型号的顶尖1装配固定于底座2上，从而可实现对不同轴类工件装夹定位的通用。
53.进一步地，请参照图3和图5，底座2设有凸台21，凸台21的上端面21a开设有凹槽22，凸起部12与凹槽22配合时，上端面21a与底面11c抵接。
54.在本实施例中，通过设置凸台21从而便于管控该凸台21上端面21a的加工精度，以使提高凸台21与底座2的配合精度，进而提升对轴类工件装夹的定位精度。
55.进一步地，本实施例还可在气封定位夹具100的基础上设置气压传感器和控制器。其中，气压传感器设于气路通道10中，用于检测气路通道10的气压。控制器与气压传感器电性连接，用于根据气压传感器检测的气压，输出偏移预警提示。
56.在本实施中，通过气压传感器检测气路通道10中的气压信号，确定顶针与轴类工件的辅助定位圆槽配合所形成的密闭空腔的漏气量，从而确定顶尖1对轴类工件的顶紧负荷是否达标，当确定当前的顶紧负荷不达标时，可通过控制器输出偏移预警提示，以提醒工作人员通过控制器控制夹持驱动部件的轴向移动来微调间距，以调节轴类工件的顶紧负荷至达标。
57.进一步地，凸起部12为圆柱体，凹槽22为与该圆柱体形状适配的安装槽，从而便于对该凸起部12和凹槽22加工至符合标准的配合公差，进而提高凸起部12和凹槽22的配合精度。
58.进一步地，圆柱体与安装槽通过螺纹配合安装，从而便于更换不同型号的顶尖1装配固定于底座2上，进而可实现对不同轴类工件装夹定位的通用。
59.进一步地，圆锥体的边沿设有对称设置的两个作用面11d，作用面11d为平面。
60.在本实施例中，该作用面11d为扳手等工具进行夹持的作用面11d，便于对通过螺纹连接于底座2上的顶尖1进行安装或拆卸。
61.进一步地，请参照图1，第一出气孔的直径大于等于0.1mm，且小于等于0.5mm。
62.在本实施例中，经过多次的实验反复验证，设置第一出气孔的直径大于等于0.1mm，可使该密闭空腔与气路通道10的气压一致，且提高气源设备对密闭空腔的气压的可
调性。设置第一出气孔的直径小于等于0.5mm，可保证气压感知密闭空腔的漏气量的感知灵敏性，进而提高对检测顶尖1对轴类工件的顶紧负荷是否达标的检测灵敏度，当确定当前的顶紧负荷不达标时，可通过控制器控制当前机床停止加工运转，并输出偏移预警提示，以提醒工作人员当前轴类工件的装夹位置可能偏移或可能将发生偏移。
63.进一步地，请第一出气孔的直径优选为0.15mm，从而既使气压感知密闭空腔的漏气量的感知灵敏性最佳，同时保证该密闭空腔与气路通道10的气压一致、以及气源设备对密闭空腔的气压的可调性。
64.进一步地，请参照图3、图5和图6，底座2设有若干个定位孔24，其中，定位孔24的中心轴与圆锥定位面11a的中心轴平行。
65.在本实施中，加工机床上的支撑机构上具有与该若干个定位孔24对应的定位柱，该定位柱穿设于顶尖1顶底座的定位孔24，从而使底座2定位安装于该支撑机构上，提高气封定位夹具100安装于加工机床的定位精度，进而提高对轴类工件的加工精度。
66.进一步地，底座2设有螺钉孔25，通过螺钉固定安装于加工机床，从而便于在加工机床上安装和拆卸该气封定位夹具100。
67.进一步地，底座2设有与加工机床的卡爪位置对应设置的夹持面2a，夹持面2a为平面。
68.本实施例通过螺钉将底座2安装固定于加工机床的支撑机构上，并进一步通过支撑机构上的卡爪进一步夹紧底座2，提高固紧力，从而在对轴类工件加工时，避免加工受力大而使底座2发生松动或偏移，进而提高对轴类工件的加工精度。
69.进一步地，底座2设有若干个导柱孔23，其中，导柱孔23的中心轴与圆锥定位面11a的中心轴平行。
70.在本实施中，加工机床上的支撑机构具有与该若干个导柱孔23对应的导柱，该导柱穿设于顶尖1顶底座的导柱孔23，从而便于底座2在该支撑机构上的安装，同时提高气封定位夹具100安装于加工机床的定位精度，进而提高对轴类工件的加工精度。
71.本发明还提出一种轴类工件的定位检测系统1000，请参照图7，所述定位检测系统1000包括如上任一项所述的气封定位夹具100；以及，
72.气源设备200，用于给气封定位夹具100输送压缩空气，为气封定位夹具100的顶尖与所述轴类工件的辅助定位圆槽所形成的密闭空腔提供气压，以形成对所述轴类工件的顶紧力；
73.气压传感器300，气压传感器300设于气封定位夹具100的第一气路通道或第二气路通道中，用于检测所述第一气路通道或所述第二气路通道的通道气压；
74.控制器400，控制器400与气压传感器300电性连接，用于根据气压传感器300检测的气压，输出偏移预警提示。
75.本领域技术人员可知的是，在轴类工件的加工领域，加工受力大，需要对轴类工件进行稳定夹持，以限制工件的自由度，以提高轴类工件的加工精度。在加工过程中，本实施例通过气压传感器300检测第一气路通道或第二气路通道的气压信号，作为与控制器400交互的加工启动信号，并通过信号的持续性，监控加工过程中轴类工件是否出现偏移。
76.在本实施例中，在轴类工件的加工启动前，通过气压传感器300检测第一气路通道或第二气路通道的通道气压，确定顶针与轴类工件的辅助定位圆槽配合所形成的密闭空腔
的漏气量，从而确定顶尖对轴类工件的顶紧负荷是否达标，当确定当前的顶紧负荷不达标时，可通过控制器400输出偏移预警提示，以提醒工作人员通过控制器400控制夹持驱动部件的轴向移动来微调间距，以调节轴类工件的顶紧负荷至达标。
77.而在轴类工件的加工过程中，同样持续通过气压传感器300检测第一气路通道或第二气路通道的通道气压，确定顶针与轴类工件的辅助定位圆槽配合所形成的密闭空腔的漏气量是否仍然小于预设漏气量，从而确定顶尖对轴类工件的顶紧负荷是否仍然达标，当确定当前的顶紧负荷不达标时，可通过控制器400控制当前机床停止加工运转，并输出偏移预警提示，以提醒工作人员当前轴类工件的装夹位置可能发生偏移或可能将发生偏移。
78.本实施例通过设置气封定位夹具100的机械装夹定位机构、以及气源设备200、气压传感器300和控制器400的智能电气机构，通过将机械装夹定位机构与智能电气机构融合的方案，设定或自学习定位情况，能实现不同类型轴类零件的定位与检测，切实实现智慧化。且摒弃了传统采用接近式的在位传感器检测轴类工件在加工时，装夹位置是否偏移的方式，从而避免了加工仓恶劣环境容易污染和损伤该在位传感器而导致检测精度降低的问题，实现了轴类工件在加工过程中高精度与低容错。
79.本实施例通过在机械装夹定位机构的基础上，设置气源设备200、气压传感器300和控制器400的智能电气机构，能自动高效的检测轴类工件在加工时装夹位置是否发生偏移或装夹位置是否将发生偏移，且气压传感器设于气路通道中，未暴露于加工仓恶劣环境，因此能够应用于各种恶劣环境，不造成误判，精度高，同时结构简单，可维修性好，降低了采购成本和维护成本。
80.本发明还提出一种轴类工件的定位检测方法，所述定位检测方法应用于如上所述的气封定位夹具，所述定位检测方法包括：
81.当气源设备处于通气开启状态时，检测气封定位夹具的第一气路通道或第二气路通道的通道气压；根据所述通道气压，判断所述轴类工件的定位是否偏移；若确定所述轴类工件的定位偏移，则输出偏移预警提示。
82.本实施通过当气源设备处于通气开启状态时，检测气封定位夹具的第一气路通道或第二气路通道的通道气压；根据所述通道气压，从而能自动高效的检测轴类工件在加工时装夹位置是否发生偏移或装夹位置是否将发生偏移，通过若确定所述轴类工件的定位偏移，则输出偏移预警提示的步骤，从而提醒工作人员当前轴类工件的定位可能存在异常，需重新校核轴类工件的装夹位置和气路通道的气密性。
83.进一步地，所述根据所述通道气压，判断所述轴类工件的定位是否偏移的步骤包括：
84.若所述通道气压小于预设气压阈值，则确定所述轴类工件的定位已产生偏移。
85.本实施例通过判断所述通道气压小于预设气压阈值，从而能更好识别所述轴类工件的装夹的位置是否已产生偏移。
86.进一步地，所述若确定所述轴类工件的定位偏移，则输出偏移预警提示的步骤包括：
87.若确定所述轴类工件的定位偏移，则控制预警指示灯发出预设的光源和/或控制预警喇叭发出预设的声源。
88.本实施例通过若确定所述轴类工件的定位偏移，则控制预警指示灯发出预设的光
源和/或控制预警喇叭发出预设的声源，从而更直观地、方便地提醒工作人员当前轴类工件的装夹位置可能偏移或可能将发生偏移。
89.以上仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
90.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
91.上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
92.以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。