机械零件几何量接触式测量定位通用夹具的制作方法

1.本发明涉及几何量测量的计量设备技术领域，尤其涉及一种机械零件几何量接触式测量定位通用夹具。


背景技术：

2.机械零件的几何量测量，主要是指各种机械零部件表面几何尺寸、形状的参数测量。它包括零部件具有的长度尺寸、角度参数等数值的测量，用于表征任一个机械零部件的大小及形状。测量过程中，需借助夹具将机械零件进行定位甚至固定，再与计量器具配合测量具体参数。
3.现有技术中，通常一类机械零件的几何量测量采用一套模具，不同机械零件采用不同的定制模具进行测量；每套夹具从设计到加工也需消耗若干时间、精力与费用，对于部分非标准机械零件，其所用夹具的设计与加工难度也更大。综合而言，现有夹具的结构以及使用方式成本高、厂家负担过大。
4.基于此，提出本案申请。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种通用型更强的测量机械零件几何量的定位夹具，解决现有技术中几何量测量使用的夹具通用性低、造成检测成本过高的问题。
6.为实现上述目的，本发明机械零件几何量接触式测量定位通用夹具结构如下：包括一物理支撑面，和与物理支撑面间隔相对的固定基准体系，该定位空间由上压力固定点、下约束点、平移约束点以及旋转约束点按照机械零件的位置与形状分布而形成：下约束点、平移约束点以及旋转约束点的形成如下：包括一与物理支撑面可临时固定的座体、以及可通过调节其与座体连接处的进给深度而调整下约束点相对于物理支撑面的相对位置的杆体，该杆体的侧沿的不同部位在同机械零件接触时形成下约束点；或者，平移约束点以及旋转约束点的形成如下：包括一与物理支撑面可临时固定的座体、以及与座体固定连接的杆体，所述杆体的侧沿的不同部位在同机械零件接触时形成平移约束点或旋转约束点；上压力固定点的形成如下：包括一与物理支撑面可临时固定的座体、以及可调节其与座体连接处的进给深度而改变上压力固定点相对于物理支撑面的相对位置、与座体连接或固定为一体的压体，所述压体相对于物理支撑面的下沿在同机械零件接触时形成上压力固定点、并可朝向物理支撑面所在一侧施加压力；同一物理支撑面上具有至少一个所述固定基准体系：所述物理支撑面上设有可供座体于其上滑动或移动、进而调整下约束点、平移约束点、旋转约束点和上压力固定点的分布状态的的调节槽。
7.本发明中，所述约束点为机械零件与定位夹具接触配合时的点状、线状或面状的接触部分。
8.本发明进一步设置如下：所述下约束点为3个、当一个物体跟第一个面接触的时候接触3个点，配合形成一个约束面。所述旋转约束点为2个，当一个物体跟第二个平面接触的时候接触2个点，配合形成一个约束线。所述平移约束点为1个，当一个物体跟第三个面接触的时候只能接触一个点。
9.3个下约束点形成一个底平面来支撑机械零件的同时，也限制了机械零件在z平面的翻滚及上下平移的第一个自由度。2个旋转约束点形成一条线，限制了机械零件在2维平面(由x、y轴方向配合形成的水平面)上360
°
旋转的第二个自由度。1个平移约束点与前述3个下约束点、2个旋转约束点共同配合，限制了机械零件在2维平面上上下平移的第三个自由度。
10.本发明共设计6个约束点、2个上压力约束点用于形成固定基准体系，以确保物体被固定的稳定性和平衡性。
11.本发明进一步设置如下：所述上压力固定点分设于机械零件的两侧。
12.本发明进一步设置如下：所述座体与杆体和/或压体与座体之间螺纹连接，以实现可控的深度调节，且便于更换具有不同连接孔的座体与不同杆径的杆体，配合尺寸、形状等差距较大的不同类型的机械零件的测量使用。
13.本发明进一步设置如下：所述下约束点、平移约束点以及旋转约束点的座体可与不同尺寸的杆体连接；所述上压力固定点的座体或杆体可与不同尺寸的压体连接，配合尺寸、形状等差距较大的不同类型的机械零件的测量使用。
14.本发明进一步设置如下：所述座体上设有至少两个固定孔，所述固定孔内螺纹连接有支头螺丝，所述支头螺丝的底部穿出所述固定孔的底部开口并抵触于所述物理支撑平面上。
15.本发明进一步设置如下：所述座体和/或所述杆体的径向横截面为圆形，圆形结构稳定、对于平移约束点和旋转约束点而言，其任意角度均可配合，便于操作使用。
16.本发明进一步设置如下：所述压体呈板状，所述压体的一端连接于对应的杆体上，所述压体的另一端悬空设置并在使用时与机械零件接触配合、对与其接触配合的机械零件进行上限位约束。
17.本发明进一步设置如下：所述压体采用铝合金材料制成，其另一端设有一朝向于物理支撑面的凸起。通过铝合金材料的压体与另一端上的凸起相配合，可使压体保有弹性的同时对与其接触的机械零件通过凸起施加较小的压力，就可以将机械零件稳定地固定在物理支撑面上，也便于在已经形成一定位置配合关系的固定基准体系上直接拨动压体离开机械零件、以便更换机械零件。从而达到优化操作、提高更换机械零件的效率的目的。
18.作为优选，所述凸起的凸出表面呈弧形，可以加强凸起结构的稳定性、避免在使用过程中凸起产生变形或被划伤。
19.作为优选，所述凸起设于所述压体的另一端的端部，可以确保接触效果、提高压体施加压力的稳定性。
20.作为优选，所述压体的另一端相对于所述的一端向物理支撑面所在一侧倾斜设置，与上述技术手段配合，在使压体的一端与被测零件的上表面间隙配合、不拧紧过盈配合的情形下，即可可通过利用压体的倾斜角和凸起的结构设置向被测零件施加轻巧的压力将其固定。同时，倾斜的另一端也便于拨转压体使其离开、或进入抵压于机械零件的上表面。
21.本发明进一步设置如下：包括有一支撑座，支撑座的上表面为物理支撑面，物理支撑面之上有若干横竖交错连通的调节槽，若干所述调节槽将物理支撑面分隔形成多个矩形，所述调节槽具有槽体以及背向于所述支撑平面设置、且与槽体连通并收束为面积小于槽体的限位口，所述调节槽贯穿支撑座的边沿处的侧壁。
22.本发明进一步设置如下：包括有一支撑座，支撑座的上表面为物理支撑面，物理支撑面之上有若干横、竖、倾斜交错连通的调节槽，若干调节槽将物理支撑面分隔形成多个三角，所述调节槽具有槽体以及背向于所述支撑平面设置、且与槽体连通并收束为面积小于槽体的限位口，所述调节槽贯穿支撑座的边沿处的侧壁。
23.本发明进一步设置如下：包括有一支撑座，支撑座的上表面为物理支撑面，物理支撑面之上有若干同心分布的的调节槽，若干所述调节槽将物理支撑面分隔形成多个环形，所述调节槽具有槽体以及背向于所述支撑平面设置、且与槽体连通并收束为面积小于槽体的限位口，所述调节槽贯穿支撑座的边沿处的侧壁。
24.上述物理支撑面上不同形状的开槽中，矩形分布的调节槽最为容易加工，且在实际使用中与本发明基准固定体系中的各个约束点配合可以有效限制各个约束点在物理支撑面上的行动轨迹和相对位置关系。从而提高本发明基准固定体系的约束效果，也能够提升基准固定体系与物理基准面配合的便捷性和稳定性。
25.本发明进一步设置如下：所述调节槽为燕尾槽、梯形槽或梯形槽与矩形槽的组合槽之中的至少一种。
26.本发明的有益效果如下：一、本发明通过在物理支撑平面上设计调节槽，使支撑柱、限位柱以及压体于物理支撑平面上的位置之间二者或三者之间的相对位置关系均得以调整，以适应不同大小、形状的机械零件的定位使用，并能够满足机械零件随意变换前后左右位置、实现随意放置。本发明提高了本发明定位夹具的通用型，大大降低生产方或检测方的检测成本。
27.并且，在同一批次，几十个甚至上百个的机械零件检测中，除第一批检测的机械零件在装夹时需要调整本发明夹具的位置外，在后续同批的多次测量中，无需重复、手动地去找寻位置并固定夹具，而是机械零件跟随夹具变动，直接将被测机械零件按照检测状态放置在夹具上，再转动压体将其压住即可。本发明可以大大减少被测零件装夹的步骤、简化操作，避免无谓的重复劳动，有效提高检测效率和检测质量。
28.二、本发明通过下约束点、上压力固定点以及平移约束点的配合作用使机械零件得到有效定位，加之旋转约束点的配合，不仅在二维平面上可以实现360
°
的旋转测量，在三维空间上也可进行0～100
°
的旋转测量，测量过程操作方便且无妨碍。
29.三、本发明应用于体积小于支撑平面的小微型机械零件时，可以在一物理支撑平面上设计多个固定基准体系以实现同批次零件多头同时装甲，有效提高检测效率。
30.四、本发明也可在一物理支撑平面上设计多个不同大小的固定基准体系以实现不同尺寸零件装甲，有效提高检测效率。
附图说明
31.图1为本发明具体实施例整体示意图。
32.图2为本发明具体实施例使用状态示意图。
33.图3为本发明具体实施例使用状态侧视示意图。
34.图4为本发明具体实施例使用状态俯视示意图。
35.图5为图4a向剖面示意图。
36.图6为图4b向剖面示意图。
37.图7为本发明具体实施例支撑柱座体示意图。
38.图8为本发明具体实施例压板示意图。
39.图9为本发明固定基准体系示意图。
40.附图标记：1、支撑座；2、支撑柱；3、侧挡柱；4、平移挡柱；5、压柱；6、机械零件；110、横向调节槽；120、纵向调节槽；101、物理支撑平面；102、限位口；103、槽体；201、座体一；202、杆体一；201a、螺纹连接杆部一；201b、支撑连接部一；201c、加强部一；501、压体；502、杆体四；501a、凸起。
具体实施方式
41.实施例1本实施例提供一种机械零件6的通用定位夹具，包括支撑座1以及可临时性地固定于支撑座1上的支撑柱2、侧挡住、平移挡住和压柱5，支撑座1设有物理支撑面以及供前述支撑柱2等固定并于其中移动的调节槽，调节槽的槽底所在的平面即形成物理支撑面。本实施例中，支撑柱2等部件具有一定长度，其上具有可用于限制机械零件6于支撑座1或物理支撑面上空固定、以便于进行几何量检测的约束点。通过支撑柱2等部件的约束点的相配配合，其最终得以形成至少一个同物理支撑面相隔相对的固定基准体系用于容置被测的机械零件6。
42.参见图1所示，具体地，支撑座1的主体呈板状，其上表面上分布有若干横向调节槽110与纵向调节槽120，横向调节槽110与纵向调节槽120横竖交错连通、将支撑座1的上表面的上方空间划分为若干排列整齐的矩形，横向调节槽110与纵向调节槽120均为燕尾槽、其横截面均为“凸”字形。横向调节槽110、纵向调节槽120的槽底、即支撑座1的主体的上表面将作为支撑柱2等部件的抵触面而形成了物理支撑面。以物理支撑面为底，背向于物理支撑面的横向调节槽110与纵向调节槽120的朝上的开口为限位口102，能够在该方向上的通过水平的限位结构防止支撑柱2等部件装配于调节槽中的部分脱离调节槽，从而提高本实施例的实用性和稳定性。
43.本实施例中，为将任一机械零件6稳定固定以便检测，在单个固定基准体系中、即针对单个机械零件6的定位共计设有3个支撑柱2、2个侧挡柱3、1个平移挡柱4以及2个压柱5。支撑柱2、侧挡柱3、平移挡柱4的结构基本相同：以支撑柱2为例，支撑柱2用于支撑机械零件6，其位于机械零件6的下方且其顶部用于与机械零件6接触并对其下方进行约束，其包括有螺纹连接的座体一201和杆体一202，其中座体一201由支撑连接部一201b、加强部一201c以及螺纹连接杆部一201a组成，支撑连接部一201b为扁圆柱体，扁圆柱体上开设有四个具有内螺纹的固定孔。加强部一201c为尺寸小于支撑连接部一201b的圆柱体，螺纹连接杆部一201a为尺寸小于加强部一201c的杆状物或棍体、其表面设有外螺纹，加强部一201c用于连接支撑连接部一201b与螺纹连接杆部一201a，可以确保支撑柱2结构稳定性。杆体一202呈套筒状、并与座体一201上的螺纹连接杆部一201a螺纹连接以实现二者之间的进给深度的调节。
44.侧挡柱3设置在机械零件6的侧边，通常具有2个，其与机械零件6的一处或两处侧边边沿相抵，一般来说，2个以上的侧挡柱3通常设于同侧。用于限制机械零件6在该方向上两个自由度，控制2维平面旋转；同时，在二维平面的旋转测量中，侧挡柱3的侧壁同机械零件6的接触点作为将要在水平面上进行旋转平移的机械零件6提供旋转的支点。侧挡柱3包括有座体二和杆体二，座体二的结构与支撑连接部一201b结构相同，杆体二为直径尺寸小于座体二的条状物或棍体，其与座体二可采用一体成型工艺制作。
45.平移挡柱4的结构与侧挡柱3相同，其主要设置于上述侧挡柱3与机械零件6配合的侧边的相邻一侧，通常也为单侧(指相对的两处侧边中的任一侧)设置，在本实施例中，侧挡柱3设于机械零件6的左侧或右侧，平移挡柱4设置于机械零件6的前侧或后侧，用于限制机械零件6在该方向上的移动。
46.由上可知，侧挡柱3与平移挡柱4皆是在水平方向上、即机械零件6的侧面上对其进行约束。
47.压柱5包括有座体四、杆体四502以及压体501，其座体四结构与压体501，其支撑连接部一201b结构相同，杆体四502为直径尺寸小于座体四的条状物或棍体，其与座体四可采用一体成型工艺制作，也可以如图侧挡柱3、平移挡柱4一般采用可拆卸连接结构。杆体四502的外壁上设有外螺纹，压体501为具有一定宽度、厚度的铝合金条形板，其一端设有螺纹连接孔与杆体四502螺纹连接配合，其另一端悬空设置。压体501的另一端相对于所述的一端向物理支撑面所在一侧倾斜设置。另一端的端部设有一朝向于物理支撑面的弧形凸起501a。压柱5的数量一般至少为两个，使用中，可通过旋转压体501来调节其相对于座体四的进给深度，从而使压体501的悬空设置的一端得以抵压于机械零件6的两侧的上表面，在上方形成对机械零件6的约束。
48.在本实施例中，为使压柱5平衡作用于机械零件6上、确保夹具对机械零件6的稳定、精确定位，压柱5最好分设于机械零件6相对的两侧。
49.在上述结构中，杆体一202、杆体二、杆体三、压体501可具有不同的尺寸，以便与不同大小、不同形状的机械零件6相适配，提高本实施例定位夹具的通用型。
50.结合上述结构，本实施例通过设置3个支撑柱2为机械零件6的定位提供下约束点、通过设置2个侧挡柱3为机械零件6的定位提供旋转约束点、通过设置1个平移挡柱4为机械零件6的定位提供平移约束点以及通过设置成对的压柱5为机械零件6的定位提供上压力固定点，结合3个下约束点、2个旋转约束点、1个平移约束点以及2个上压力固定点的共同作用，在物理支撑平面101的上方形成了固定基准体系。2个上压力固定点与约束点配合，即可将不同尺寸、形状的机械零件6稳定地固定，以便进行几何量的测量。
51.当然，由于本实施例中支撑柱2、侧挡柱3、平移挡柱4以及压柱5的座体结构一致，其均可滑动地装配于支撑座1上的调节槽中，为确保机械零件6于固定基准体系中的稳定，本实施例座体上设有四个对称、均匀的固定孔，固定孔内螺纹连接有支头螺丝，在需要调整支撑柱2、侧挡柱3、平移挡柱4以及压柱5在调节槽上的位置时，调节支头螺丝使其底部缩回固定孔中，在需要固定支撑柱2、侧挡柱3、平移挡柱4以及压柱5时，调节支头螺丝使其底部穿出固定孔的底部开口并抵触于支撑平面上。
52.使用时，3个支撑柱2呈三角分布为机械零件6提供下支撑、2个侧挡柱3以及平移挡柱4为机械零件6水平限制，2个压柱5分设两侧将机械零件6抵压，从而完成对一个机械零件
6的固定。本实施例所用工件少、便于操作且易于调整。
53.本实施例单一机械零件装甲定位使用的重复性以及再现性检测如下：表1
‑
1单一零部件验收结果测试表从表1
‑
1的数据分析可知：同一个尺寸的机械零件中，测量三次的结果重复误差在0.001mm,而实际从精度上允许误差在
±
0.01mm，结果满足检测精度要求，其重复性与再现性均表现良好。
54.除上述单个机械零件定位使用外，本实施例还可用于多个机械零件的装甲，其重复性以及再现性检测如下：表1
‑
2多头零部件验收结果测试表从表1
‑
2的数据分析可知：同种个尺寸的机械零件，每次工装在4个工位上测量三次的结果误差在0.006mm,而实际从精度上允许误差在
±
0.01mm，结果满足检测精度要求，其重复性与再现性均表现良好。
55.表1
‑
3不同规格的零部件验收结果测试表从表1
‑
3的数据分析可知，同类型不同规格的机械零件，测量三次的结果误差在0.001mm,而实际从精度上允许误差在
±
0.01mm，结果满足检测精度要求，其重复性与再现性均表现良好。
56.通过上述数据分析可见，本实施例定位通用夹具不仅通用性好，其对机械零件的定位的稳定性佳、再现性与重复性性能优越，实用性极高。
57.实施例2本实施例与实施例1的区别之处在于：本实施例中，侧挡柱3包括有座体二和杆体二，座体二结构与座体一201结构相同，其具有支撑连接部二、加强部二以及螺纹连接杆部二。杆体二结构与杆体一202相同，为一具有内螺纹的长套筒。通过杆体而与螺纹连接杆部二的螺纹配合关系，可以直接、稳定地调节杆体二相对于座体二的进给深度，以适应不同产品的旋转约束。
58.相应地，杆体二的具有不同的尺寸，以便与不同大小、不同形状的机械零件6相适配，提高本实施例定位夹具的通用型。
59.实施例3本实施例与实施例1、2的区别之处在于：本实施例中，平移挡柱4的结构与实施例2中所提供的侧挡柱3结构相同。但在应用于同一机械零件6上时，平移挡柱4的尺寸可与侧挡柱3、支撑柱2的尺寸存在一定差异。
60.实施例4本实施例与上述实施例的区别之处在于：本实施例中，支撑座1上设有横向调节槽110、纵向调节槽120以及倾斜调节槽，横向调节槽110、纵向调节槽120以及倾斜调节槽配合将支撑座1的上表面及其上方的空间划分为若干个规律排列的三角。相比于实施例1中的调节槽布局，本实施例进一步丰富了支撑柱2、侧挡柱3、压柱5以及平移挡柱4在支撑座1上的点位，有利于增强本实施例夹具的通用性。
61.实施例5本实施例与上述实施例的区别之处在于：本实施例中，支撑座1上以其中心为圆心，从内之外、同心且间隔分布有多个圆形的调节槽，该若干个圆形的调节槽将支撑座1的上表面及其上方的空间划分为多个环形。以及，为便于支撑柱2、侧挡柱3、压柱5以及平移挡柱4与调节槽的配合并根据使用需要调配其数量，调节槽之间设有径向的连接槽，该连接槽同样贯穿支撑座1的侧面。
62.相比于上述实施例提供的调节槽，本实施例操作难度较高，但对于盘体或圆形、球体的机械零件6而言，其适配度更高，更易于是机械零件6处于圆心位置实现精确定位。
63.综上所述，本发明提供了一种结构简单、便于操作且通用性强的机械零件6几何量测量接触式测量定位夹具，其通过设计可调节的下约束点、上压力固定点，配合平移约束点以及旋转约束点形成了易于调整且稳定的固定基准体系，能够适应不同尺寸、形状的机械零件6定位并测量，在形状允许的情况下本发明可通用在机械行业任意形状大致满足的零部件几何量检测中，打破了每单一零件均需要加工一套装夹定位夹具的固有理念，实现n+不同零件通用一套，节约资源、降低成本。