CN104999294B - 快速高精度定位单元 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种快速高精度定位单元，包括芯轴、护套、盘头螺钉和多个等直径的钢球；所述芯轴的中部设有台阶，该台阶将芯轴分成上定位段和下定位段，在台阶上设有沉头螺钉孔，所述护套的内表面沿周向设有环形槽，该环形槽的宽度D3略大于钢球的直径D1，并在环形槽的底部设有多个通孔，该通孔的直径D4略小于钢球的直径的D1，所述护套套在芯轴的上定位段上，多个钢球设置在芯轴与所述环形槽形成的空间内，多个钢球与多个通孔一一对应，且每一所述钢球有一部分从对应通孔处露出该护套。本发明的成本低廉，且能够快速、精确定位。

Description

快速高精度定位单元
技术领域
本发明属于汽车夹具，具体涉及一种快速高精度定位单元。
背景技术
机械制造行业的高速化生产线上，壳体、箱体类工件各孔系之间往往有着高精密的位置度要求，在批量生产中，对于这些孔系的加工以及检测，要求既要快速、也要精确。
首先，在加工中要满足这些工件各孔系精确的位置度关系，常规方式就是一次性定位装夹加工完成，对于那些不在同一个平面上的孔系，则只能靠付出高昂的代价购买精密的四轴甚至五轴加工中心才能满足精度要求。
其次，由于常规的检测辅具不能精确定位，每个工件检测都要耗费大量时间重新建基准。要满足这些零件快速、精确的检测控制，就只有通过增加检测设备数量及检测工人劳动强度来实现。
发明内容
本发明的目的是提供一种成本低廉，且能快速、精确定位的快速高精度定位单元。
本发明所述的快速高精度定位单元，包括芯轴、护套、盘头螺钉和多个等直径的钢球；
所述芯轴的中部设有台阶，该台阶将芯轴分成上定位段和下定位段；
在台阶上设有沉头螺钉孔；
所述护套的内表面沿周向设有环形槽，该环形槽的宽度D3略大于钢球的直径D1，并在环形槽的底部设有多个通孔，该通孔的直径D4略小于钢球的直径D1；
所述护套套在芯轴的上定位段上，多个钢球设置在芯轴与所述环形槽形成的空间内，多个钢球与多个通孔一一对应，且每一所述钢球有一部分从对应通孔处露出该护套。
还包括盖和沉头螺钉，在盖的中部设有沉头螺钉过孔，在芯轴的上端中心设有螺纹孔，所述盖与芯轴通过沉头螺钉过孔、螺纹孔用沉头螺钉连接，盖住护套和钢球，且盖的直径D6小于等于护套的外径D5，以防止灰尘、渣滓进入，而影响定位精度。
所述护套的外径D5比D小0.2mm～0.4mm，其中D为快速高精度定位单元在钢球所在位置处的最大直径，且D满足：当钢球的数量为奇数且沿周向均布时，所述D为工件上的定位基准孔的直径D’的极大值，当钢球的数量为偶数且沿周向均布时，所述D略小于D’的极大值。
所述护套的上端与盖之间设有密封圈，所述护套的下端与台阶之间设有密封圈，以防止灰尘、渣滓进入，而影响定位精度。
进一步，所述多个通孔沿周向均布在护套上。
本发明的有益效果：
（1）采用本发明可起到事半功倍的作用：将本发明用在检测设备上，可实现快速安装、精确定位到检测基准上，检测设备只管直接测量其余部位，无需重新测量并确定定位基准；在加工上，本发明可保证零件多次定位加工精度，省掉四轴、五轴加工中心的投资；
（2）由于钢球定位时是与被定位工件的定位基准孔的孔壁点式接触，且在装拆过程中钢球还可滚动，这种结构对工件的装拆极其容易，可节约大量装拆时间；
（3）从精度方面分析：通过配磨芯轴的上定位段的直径D2，使D2与两个钢球直径D1尺寸之和更贴近定位基准孔的直径D´的极大值，即可实现零间隙甚至微量过盈的配合，与常规的定位方式，即圆柱销与孔的间隙配合相比，达到了大幅度地减少定位误差的目的；
综上所述，本发明适用于高精度定位的工作场所，根据设计及制造精度的不同，可达到几微米至十微米左右的定位精度，而目前行业中最常用的销、孔配合的定位模式，即使是高精度的，其定位误差也在几十微米以上。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中芯轴的结构示意图；
图3为图2的俯视图；
图4为图1中护套的结构示意图；
图5为图4的轴测示意图；
图6为图1中盖的结构示意图；
图7为图1的使用状态图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
在机械制造行业中，箱、盖类零件的加工或测量，常规的定位方式为一面两销，其中一个销为主定位销，该主定位销通常情况下既是产品的设计基准、也是加工和测量的基准。主定位销的定位精度的高低直接关系到测量精度及加工精度的优劣。本发明所述的快速高精度定位单元是一个非独立使用的部件机构，适用于固定在测量夹具板或机加夹具板上作为主定位销使用。
如图1至图6所示的快速高精度定位单元，包括芯轴1、护套2、盘头螺钉7和多个等直径的钢球5，钢球5的数量根据实际需求设置。所述芯轴1的中部设有台阶1f，该台阶1f将芯轴1分成上定位段1a和下定位段1d，在台阶1f上设有沉头螺钉孔1b。所述护套2的内表面沿周向设有环形槽2a，该环形槽2a的宽度D3略大于钢球5的直径D1，确保钢球5能自由滚动即可，并在环形槽2a的底部设有多个通孔2b，该通孔2b的直径D4略小于钢球5的直径D1，能够保证钢球5不从该通孔2b处脱落出来。所述护套2套在芯轴1的上定位段1a上，多个钢球5设置在芯轴1与所述环形槽2a形成的空间内，多个钢球5与多个通孔2b一一对应，且每一钢球5有一部分从对应通孔2b处露出该护套2。
如图1所示，本发明所述的快速高精度定位单元还包括盖3和沉头螺钉4，在盖3的中部设有沉头螺钉过孔3a，在芯轴1的上端中心设有螺纹孔1c，所述盖3与芯轴1通过沉头螺钉过孔3a、螺纹孔1c用沉头螺钉4连接，盖住护套2和钢球5，且盖3的直径D6小于等于护套2的外径D5，以防止灰尘、渣滓进入，而影响定位精度。
如图1所示，所述护套2的上端与盖3之间设有O形的密封圈6，所述护套2的下端与台阶1f之间设有O形的密封圈6，以防止灰尘、渣滓进入，而影响定位精度。
如图7所示，使用时，快速高精度定位单元11的下端（即芯轴1的下定位段1d）穿插于夹具板10上，用于芯轴1定位，并通过沉头螺钉孔1b用盘头螺钉7固定在夹具板10上；并在工件8与夹具板10之间设有定位块9，然后将快速高精度定位单元11的上端穿插于工件8的定位基准孔8a内。
工件8的定位基准孔8a的直径D´为已知条件，当钢球5的数量为奇数且沿周向均布时，快速高精度定位单元11在钢球5所在位置处的最大直径D值可取D´的极大值；当钢球5的数量为偶数且沿周向均布时，D值应略小于D´的极大值。如图1所示，当钢球5的数量为偶数时，快速高精度定位单元11的在钢球5所在位置处的最大直径D值等于芯轴1的上定位段1a的直径D2加上2倍钢球5的直径D1。钢球5的直径D1通过精密量具选定，选定的各钢球5的直径D1之差尽可能小（＜1μm），并多选备用，然后配磨芯轴1的上定位段1a的直径D2等于D´减去2倍钢球5的直径D1，根据工件8定位精度要求及工艺制造能力，D2可精确到2μm，甚至1μm以内。
护套2采用车、镗、钻、扩孔加工而成，各尺寸控制以装配后尽可能不易调入渣滓为宜，其中护套2的外径D5比D小0.2mm～0.4mm为宜。
本发明在单件制造时，护套2、钢球5、芯轴1的装配如无特殊工装协助，较难装配，可采用下述方式：将黄油填充于护套2的环形槽2a内，将每颗钢球5陷入其中并从通孔2b中露出，此时钢球5在黄油固定作用下不会沿环形槽2a周向滚动，然后将带钢球5的护套2套入芯轴1的上定位段1a上，装上盖3及沉头螺钉4即完成装配，根据使用要求，黄油可用去脂类溶剂清洗或不用清洗。
本发明中，D值等于或接近于D´值的极大值，根据正态分布规律，工件8的定位基准孔8a的直径D´大多数居于公差中值，所以，多数情况下本发明的定位其实是一种微量过盈的配合。经实验验证，即便D´居于公差值下限时，其过盈量达20μm以上，该过盈量配合经过多次装配后,工件8的定位基准孔8a仍无任何损伤痕迹。其原因在于各环节（工件8、钢球5、芯轴1上的接触点皆在弹性变形范围内。
本发明类似一个去掉外圈的精密球轴承，每一个钢球5定位接触虽然为一点，但钢球5每次可以有几个方向的旋转，故理论上其磨损是均匀的，使用寿命同样长久。经过试验，在一套机加夹具上使用了本发明，在经历近百万次的装夹后，其定位精度仍然满足。
本发明实际上实现了零间隙甚至微量过盈的配合定位方式，理论上这种配合的定位误差为零，所以满足了高精度的测量或加工的定位要求；而常规的定位方式——圆柱销与圆柱孔的配合，由于销与孔都有形状误差和尺寸偏差，必须考虑到较大的间隙配合才方便工件8的装拆，故圆柱销的直径比D´值的下限还要小许多，定位误差自然就大幅度地增加了。如果要满足零间隙的配合方式，不仅工件8难以装拆，而且还会破坏工件8基准孔甚至损坏定位元件。

Claims (4)

1.一种快速高精度定位单元，其特征在于： 包括芯轴（1）、护套（2）、盘头螺钉（7）和多个等直径的钢球（5）；
所述芯轴（1）的中部设有台阶（1f），该台阶（1f）将芯轴（1）分成上定位段（1a）和下定位段（1d）；
在台阶（1f）上设有沉头螺钉孔（1b）；
所述护套（2）的内表面沿周向设有环形槽（2a），该环形槽（2a）的宽度D3略大于钢球（5）的直径D1，并在环形槽（2a）的底部设有多个通孔（2b），该通孔（2b）的直径D4略小于钢球（5）的直径D1；
所述护套（2）套在芯轴（1）的上定位段（1a）上，多个钢球（5）设置在芯轴（1）与所述环形槽（2a）形成的空间内，多个钢球（5）与多个通孔（2b）一一对应，且每一所述钢球（5）有一部分从对应通孔（2b）处露出该护套（2）；
还包括盖（3）和沉头螺钉（4），在盖（3）的中部设有沉头螺钉过孔（3a），在芯轴（1）的上端中心设有螺纹孔（1c），所述盖（3）与芯轴（1）通过沉头螺钉过孔（3a）、螺纹孔（1c）用沉头螺钉（4）连接，盖住护套（2）和钢球（5），且盖（3）的直径D6小于等于护套（2）的外径D5。
2.根据权利要求1所述的快速高精度定位单元，其特征在于：所述护套（2）的外径D5比D小0.2mm～0.4mm，其中D为快速高精度定位单元（11）在钢球（5）所在位置处的最大直径，且D满足：当钢球（5）的数量为奇数且沿周向均布时，所述D为工件（8）上的定位基准孔（8a）的直径D’的极大值，当钢球（5）的数量为偶数且沿周向均布时，所述D略小于D’的极大值。
3.根据权利要求1或2所述的快速高精度定位单元，其特征在于：所述护套（2）的上端与盖（3）之间设有密封圈（6），所述护套（2）的下端与台阶（1f）之间设有密封圈（6）。
4.根据权利要求1或2所述的快速高精度定位单元，其特征在于：所述多个通孔（2b）沿周向均布在护套（2）上。
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