专利名称：一种精确柔性定位夹具及其夹紧定位方法
技术领域：
本发明涉及机械加工和机械制造，具体涉及一种精确、柔性、可快速重复定位的机床夹具及其夹紧定位方法。
背景技术：
机床是工作母机，是机械加工和制造的重要装备；机床夹具是机床和工具之间或机床和工件之间的联接件，是工艺过程不可缺少的部件，是精密加工的保障。
目前，机床上的主轴或工作台装夹工具或工件通常是采用专用夹具，利用其上的夹紧装置将工具或工件与机床连接，同时还需借助一种校正装置或方法使被装夹件处于正确的位置，这需要时间；这样，特别是对于多工序加工的工件来讲，工件在每一工序的加工之前必须尽可能的使之处于上一工序基本位置(即要求工件在每一工序的装夹中保证重复定位精度)，但由于夹具本身的误差和工件自身公差的存在，很难保证这一定位精度，因此为保证加工质量需增加了很多的加工准备时间，造成机械加工或制造的质量不稳定且工效低。具体来说，机床装夹工具或工件要进行校正、对刀，对于非毛坯件还要求达到上工序的定位精度，这就使得整个装夹过程耗时数分钟至几十分钟，对于使用专用夹具的加工则极大限制了工具或工件的品种，定位精度在百分之几毫米。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，如何提供一种机床夹具及其夹紧定位方法可以使工具或工件在机床上有精确的位置，以及在各工序之间有很高的重复定位精度，并且还适宜不同尺寸规格、不同形状的刀具或工件在机床上的使用和加工，实现工具或工件相对于机床的快捷、精确、可靠的连接，进一步提供了一种夹具结构，便于机械手的夹持。
本发明解决技术问题的方案是提供一种连接方式。它是由定位板和定位盘对接、夹紧来实现精确定位的。工具或工件与定位板预先连接夹紧，机床与带有定位盘的夹具体连接夹紧。通过本发明所提供的连接方式达到工具或工件与机床的精确定位，具体如下本发明上述技术问题这样解决，构造一种精确柔性定位夹具，包括与工具或工件联接的定位板和与机床联接的定位盘，所述定位板与定位盘对应联接，其特征在于，所述定位板的联接基准面上包括四个或四个以上定位开口，所述定位开口口小穴大，开口处为夹紧弹片；所述定位盘的联接基准面上包括用于对应联接的可压入所述开口内的锥形键，所述锥形键的数量与所述定位开口的数量一致；使定位板和定位盘获得径向及轴向的定位。
按照本发明提供的夹具，其特征在于，所述定位板可为方形，所述定位盘可为圆形，所述定位开口和锥形键的数量为四个，所述定位开口位于所述定位板四边的正中。
按照本发明提供的夹具，其特征在于，所述开口的穴底为平面，开口处为口处薄、根部厚的拱桥形或斜坡型等其他任意曲线形状的弹片，这使拱桥形或斜坡型弹片等其他任意曲线形状的弹片既有弹性又有足够的强度。
按照本实用新型提供的夹具，其特征在于，所述开口的空穴尺寸大于所述锥形键可进入所述开口部分的尺寸，足以让定位盘锥形键进入开口；同时所述开口的口的尺寸介于所述锥形键的顶部和其进入所述开口部分底部的尺寸大小之间，这样所述锥形键易进入所述开口定位，同时完全进入后，所述夹紧弹片可以发生作用。
按照本发明提供的夹具，其特征在于，所述定位盘的联接基准面其径向截面为条形，且均匀间隔地分布在径向位置；所述锥形键也为条形锥面台，其径向截面为条形且等间隔分布；所述锥面台数量可以为四个，所述基准面也可以是四个，两两之间间隔相等。
按照本发明提供的夹具，其特征在于，所述定位盘上可包括与不同尺寸规格定位板配套的、处于不同轴向层面的锥面台和基准面，更适合于一种定位盘可配套使用多种定位板。
按照本发明提供的夹具，其特征在于，当定位盘锥形键进入定位板的开口，其中一侧开口接触到锥面时，定位板沿锥面移动，校正径向定位。
按照本发明提供的夹具，其特征在于，在夹紧状态下，定位板的开口与定位盘的锥面台之间有微小的过盈量，这一过盈量使拱形弹片受到锥形键的作用力。
按照本发明提供的夹具，其特征在于，拱形弹片受到的轴向作用力使之产生弹性变形，这种变形使定位板基准面沿轴向继续接近定位盘的基准面。
按照本发明提供的夹具，其特征在于，拱形弹片受到锥形键的径向作用，使定位板相对定位盘有了足够的径向抗力。
按照本发明提供的夹具，其特征在于，拱形弹片因受力而产生弹性变形后，总是存在弹出锥形键之趋势，当外力消除时，定位板会自动脱离定位盘。
按照本发明提供的夹具，其特征在于，在定位盘上同时可设有不同尺寸规格，处于不同轴向层面的锥形键和基准面，能配备不同的定位板可制造或加工不同尺寸、规格的工件；所述层面可以是两层或多层。
按照本发明提供的夹具，其特征在于，所述定位板包括位于其两对侧面的V型槽和所述V型槽内的定位圆孔；所述定位圆孔可以是每侧两个。
本发明上述另一技术问题这样解决，构造一种权利要求1所述夹具的夹紧定位方法，使用包括可分离的定位盘和定位板的所述夹具，所述定位盘和定位板分别包括四个或四个以上的锥形键和对应定位开口以及各自的基准面，所述定位开口的开口处包括夹紧弹片，该夹紧定位方法包括8.1)将定位盘与机床连接夹紧；8.2)预先将工具或工件与定位板连接夹紧；8.3)将定位板和定位盘对接，利用所述锥形键和对应定位开口自动调整和定位，增加对接力，所述锥形键进入所述开口同时利用所述各自的基准面进一步调整和定位，并利用所述开口的夹紧弹片固定夹紧所述锥形键。
按照本发明提供的方法，其特征在于，所述定位板包括位于两对侧面的V型槽和所述V型槽内的定位圆孔，所述将定位板和定位盘对接为利用机械手自动对接。
本发明提供的精确柔性定位夹具，使工具或工件预先与定位板连接，装有定位盘的夹具体与机床连接，而通过定位板的定位开口与定位盘的锥形键配合定位确定了工件相对机床主轴的径向位置；定位板基准面与定位盘的配合接触确定了工件与机床主轴的轴向位置，从而保证了工件相对于机床有唯一的安装位置，其重复定位精度为千分之几毫米，每次装夹时间可以以秒计算。从而，这种装置实现了定位板与定位盘快速有效的连接，使得工具或工件相对机床安装快捷、位置确定和夹紧可靠，对于多工序加工的工件效果更为显著，它可以免除工具或工件在各工序中的校正过程，确保工件的重复定位精度，特别适合于多品种、多工序、高精度工件的制造。
图1是本发明提供的精确柔性定位夹具的结构示意图。。
图2是图1所示夹具中的定位板示意图。
图3是定位板开口与定位盘锥形定位键连接时的初始位置示意图。
图4是定位板与定位盘联接中的示意图。
图5是定位板与定位盘夹紧定位后的示意图。
图6是图1所示夹具中的定位盘示意图。
图7是图1所示夹具的正视图。
图8是定位板开口与定位盘连接时的初始位置侧视图一。
图9是定位板开口与定位盘连接时的初始位置侧视图二。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1，该机床夹具包括定位板1和定位盘2。定位板1上包括定位板基准面3、拱形曲线面4和弹性薄片5；定位盘2上包括定位盘基准面6、定位盘锥形键7、锥面8、V型槽9以及定位圆孔10。
定位板1是用来连接工具或工件的元件，定位盘2是与机床主轴或工作台连接的元件；工具或工件与机床精确联接与定位就是通过轴向拉紧装置使定位板与定位盘配合定位连接实现的。
定位板1的基准面3上均布着四个相同的开口，形成开口的两个面之间有一定的距离，且垂直于基准面，与定位板开口对应是在定位盘2上有四个锥形键7，定位盘上还有四条与锥形键7间隔均布的条形基准面6。随着定位板1与定位盘沿轴向拉近，锥面台7逐渐进入定位板1的开口，并使开口接触到锥面8，使定位板获得径向定位，当定位板1的基准面3与定位盘2的基准面6接触后获得轴向定位如图2，定位板1的侧面，基准面3与拱形曲面4形成了拱形弹片5，在开口处的一端较薄，而在根部较厚，使弹片5既有一定的弹性根部又有足够的强度。
如图3，锥形键的上端宽度较定位板1的开口宽度小得多，可以使锥面台端部进入开口，定位板1的拱形空穴有足够的空间容纳进入开口的锥形键。当开口的任意一端接触到锥面台7的锥面8时，定位板1会沿锥面8移动，自动校正开口与锥面台的径向位置。直至相对应的另一面开口与锥面接触时，定位板1开口中心与锥形键的中心重合，此时完成定位板1与定位盘2的径向校正。
如图4，定位板1与定位盘2虽径向定位完成，但轴向没有达到稳定连接，定位板1的基准面3与定位盘2的基准面6之间仍存在较小距离，当轴向夹紧力增大时，定位板1继续接近定位盘。此时定位板1的开口与锥面8产生过盈量产生弹性变形，此时开口与锥面8相对不动而定位板1整体仍可向定位盘移动，径向分力则使拱形弹片产生足够大的径向抗力。
如图5，定位板在轴向夹紧力作用下继续沿轴向移动时，定位板1上基准面3的各对应面依次与定位盘2的基准面6接触，并有一定的轴向压力。保证接触的稳定性，完成定位板1的轴向定位。此时，定位板1开口处的拱形弹片在夹紧状态下有轴向变形，因此它总有一个背离定位盘2的趋势。当轴向夹紧力消除时，拱形弹片5会自动将定位盘弹出脱离定位盘。
如图6，定位盘2的基准面6和锥形键7均成条形均匀分布在径向位置，这种条形台面适宜与不同尺寸规格的定位板1的联接。
进一步，如图1，小基准面11和锥形键12与相对较大的基准面6和锥面台位于同一径向位置，而轴向有一定的距离，它适宜与更小的定位板1连接，该定位盘2包括两不同轴向层面的锥面台7和基准面6。
如图7，机床夹具包括联接在一起的定位板1和定位盘2；如图8、9，该机床夹具包括需重新定位的定位板1和定位盘2。
如图9，定位板1侧面包括两对应的V型槽9，相互平行并平行于基准面3，该V型槽便于机械手的夹持，同时V型槽中的定位圆孔10是机械手的纵向定位点。
权利要求
1.一种精确柔性定位夹具，包括与工具或工件联接的定位板(1)和与机床联接的定位盘(2)，所述定位板(1)与定位盘(2)对应联接，其特征在于，所述定位板(1)的联接基准面(3)上包括四个或四个以上定位开口，所述定位开口口小穴大，开口处为夹紧弹片(5)；所述定位盘的联接基准面(6)上包括用于对应联接的可压入所述开口内的锥形键(7)，所述锥形键(7)的数量与所述定位开口的数量一致。
2.根据权利要求1所述夹具，其特征在于，所述定位板(1)可为方形，所述定位盘(2)可为圆形，所述定位开口和锥形键(7)的数量为四个，所述定位开口位于所述定位板四边的正中。
3.根据权利要求2所述夹具，其特征在于，所述定位开口的穴底为平面，开口处为口处薄、根部厚的拱桥形或斜坡型弹片(5)。
4.根据权利要求1、2或3所述夹具，其特征在于，所述开口的空穴尺寸大于所述锥形键(7)可进入所述开口部分的尺寸；所述开口的口的尺寸介于所述锥形键(7)的顶部和其进入所述开口部分底部的尺寸大小之间。
5.根据权利要求1所述夹具，其特征在于，所述定位盘(2)的联接基准面(6)为同心条形辐射线，且均匀间隔地分布在径向位置；所述锥形键(7)为条形锥面台(7)，其径向截面为条形且等间隔分布。
6.根据权利要求1或5所述夹具，其特征在于，所述定位盘(2)上可包括与不同尺寸规格所述定位板(1)配套的、处于不同轴向层面的锥面台(7)和基准面(6)；所述层面可以是两层或多层。
7.根据权利要求1或2所述夹具，其特征在于，所述定位板(1)包括位于其两对侧面的V型槽(9)和所述V型槽(9)内的定位圆孔(10)。
8.权利要求1所述夹具的夹紧定位方法，使用包括可分离的定位盘(2)和定位板(1)的所述夹具，所述定位盘(2)和定位板(1)分别包括四个或四个以上的锥形键(7)和对应定位开口以及各自的基准面(6、3)，所述定位开口的开口处包括夹紧弹片(5)，该夹紧定位方法包括8.1)将定位盘(2)与机床连接夹紧；8.2)准备预先将工具或工件与定位板(1)连接夹紧；8.3)对接将定位板(1)和定位盘(2)对接，利用所述锥形键(7)和对应定位开口自动调整和定位，增加对接力，所述锥形键(7)进入所述开口同时利用所述各自的基准面(6、3)进一步调整和定位，并利用所述开口的夹紧弹片(5)固定夹紧所述锥形键(7)。
9.根据权利要求8所述方法，其特征在于，所述定位板(1)包括位于其两对侧面的V型槽(9)和所述V型槽(9)内的定位圆孔(10)，所述将定位板(1)和定位盘(2)对接为利用机械手自动对接。
全文摘要
本发明涉及并公开了一种精确柔性定位夹具及其夹紧定位方法，其中夹具包括定位板(1)和定位盘(2)，其特征在于，所述定位板(1)的基准面(3)上包括四个或四个以上定位开口，所述定位开口口小穴大，开口处为夹紧弹片(5)；所述定位盘(2)的基准面(6)上包括用于压入联接并夹紧的与所述定位开口的数量一致的锥形键(7)；其中方法包括1)将定位盘与机床连接夹紧；2)预先将工具或工件与定位板连接夹紧；3)将定位板和定位盘对接。这种夹具实现了定位板与定位盘的快速有效连接，使工具或工件与机床安装快捷、位置确定且夹紧可靠，尤其对于多工序加工的工件，它可以免除工具或工件在各工序中的校正过程，确保工件的重复定位精度，适合于多品种、多工序、高精度工件的制造。
文档编号B23Q3/08GK1611324SQ20031010320
公开日2005年5月4日 申请日期2003年10月30日 优先权日2003年10月30日
发明者张海臣 申请人:张海臣