技術(shù)中心2025-03-14
隨著現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展，對機(jī)械制造產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求越來越高，從而使用于工業(yè)檢測、質(zhì)量控制和反求工程領(lǐng)域的三坐標(biāo)測量儀在汽車工業(yè)、航空航天工業(yè)及國防工業(yè)等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。
2、快速裝夾測量裝置的設(shè)計(jì)
首先將固定夾板、活動(dòng)夾板、導(dǎo)向柱、鉸鏈、彈簧等裝配好后再將固定夾板用螺栓緊固在三坐標(biāo)機(jī)的測量平臺(tái)上。其次，將 6 個(gè)直徑相同的零件安放在 V 形槽之間，旋轉(zhuǎn)鉸鏈?zhǔn)蛊渎湓诨顒?dòng)夾板的凹槽內(nèi)，推動(dòng)活動(dòng)夾板，壓住零件，旋緊夾緊螺母，即完成裝夾。測量完成后松開夾緊螺母，抬起鉸鏈，活動(dòng)夾板在彈簧的彈力作用下沿導(dǎo)向柱朝產(chǎn)品反方向移動(dòng)，自動(dòng)松開產(chǎn)品。裝夾裝置中單邊粘貼真空橡皮墊，固定夾板設(shè)計(jì)成剛性接觸，保證每個(gè)工件固定的位置基本一致，三坐標(biāo)機(jī)在編制測量程序后自動(dòng)測量無需找正，可相應(yīng)提高檢測效率。
該裝置結(jié)構(gòu)簡單，制作簡易，裝夾方便靈活。使用該裝置重復(fù)裝夾后零件固定的位置基本一致，故無需每次測量前找正零件，節(jié)約了大量時(shí)間。該裝置可一次裝夾 6 個(gè)零件，首批測量時(shí)按 6 個(gè)一組進(jìn)行編程，可縮短測量時(shí)間。用原方法測量平均每件約耗時(shí) 7min，而用該裝置裝夾測量平均每件耗時(shí)僅3min。使用本工裝在保證檢測精度和質(zhì)量的同時(shí)，極大地提高了檢測效率。
現(xiàn)考慮使用密集型多點(diǎn)支撐，使被測工件表面輪廓盡可能與夾具支撐部位輪廓相一致、貼合，從而起到支撐作用。而夾具支撐部分輪廓形狀可以隨被測工件表面輪廓的變化而改變，達(dá)到柔性夾具的要求。
夾具體為臺(tái)式結(jié)構(gòu)，1、13 頂桿為工件支撐部分，六邊形陣列共 91 根支撐頂桿，支撐頂桿上端支撐球面，下端圓柱部分直徑為準(zhǔn)80-0.030mm；頂桿下方螺紋連接5固定導(dǎo)桿，導(dǎo)桿下端在導(dǎo)向孔內(nèi)滑動(dòng)，保證支撐頂桿做垂直方向運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)向桿中部直徑為準(zhǔn)50-0.030mm，并與導(dǎo)向孔之間按H7/f6間隙配合，各導(dǎo)向孔之間孔心距為準(zhǔn)8+0.2100mm；固定導(dǎo)桿中部安裝彈簧，彈簧上端由支撐頂桿底部限制定位，彈簧下端由 10 夾具底座的上表面固定。
當(dāng)球形工件放置于支撐頂桿上時(shí)，在工件自身重力作用下，固定導(dǎo)桿上彈簧被壓縮；又由于各位置處支撐頂桿工作球面與工件曲面的接觸夾角不同，所以下降高度也有所差別，最終各支撐頂桿所受重力與彈簧彈力達(dá)到平衡，使球形工件在夾具上實(shí)現(xiàn)定位。當(dāng)夾具對球形工件實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定定位時(shí)，支撐頂桿陣列組上表面會(huì)形成如同工件幾何外形的凹陷，凹陷輪廓與工件外形輪廓緊密貼合。該夾具工作原理及定位效果，如圖 5所示。
夾具底座上開有準(zhǔn)8mm通孔，可與組合式柔性夾具工作底板通過螺栓固定，同時(shí)可利用該孔安裝其他組合式柔性夾具配合操作。對于球類工件，僅提供支撐面定位即可放置于三坐標(biāo)測量儀工作臺(tái)上進(jìn)行測量等操作；但對于空間管道類工件，還需通過外部的輔助夾具對其進(jìn)一步夾緊來完成定位，此時(shí)所介紹的柔性定位夾具則主要起到定位支撐作用，為輔助夾具提供鎖緊支撐。
3、鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
如圖4所示，圖中2推動(dòng)齒環(huán)、3鎖緊齒、4鎖緊齒環(huán)、8推動(dòng)齒和9夾緊環(huán)支架組成夾具支撐頂桿的鎖緊機(jī)構(gòu)。當(dāng)工件放置于支撐頂桿陣列面上時(shí)，在工件重力與彈簧彈性力的共同作用下，整個(gè)結(jié)構(gòu)最終達(dá)到平衡，各支撐頂桿下降高度不再變化。如圖6所示，1推動(dòng)齒與2推動(dòng)齒環(huán)螺栓連接（圖6中省略推動(dòng)齒環(huán)），2鎖緊齒與3鎖緊齒環(huán)也通過螺栓連接。
在進(jìn)行支撐頂桿鎖緊操作時(shí)，沿逆時(shí)針方向帶動(dòng)推動(dòng)齒環(huán)，推動(dòng)齒環(huán)帶動(dòng)推動(dòng)齒一起作圓周運(yùn)動(dòng)；當(dāng)推動(dòng)齒連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，推動(dòng)齒與鎖緊齒相切位置不斷變換，同時(shí)將鎖緊齒向夾具體中心推動(dòng)；支撐頂桿陣列組在鎖緊齒的夾緊力作用下產(chǎn)生微量形變，各支撐頂桿相互擠壓，最終達(dá)到鎖緊支撐頂桿的功能。夾具夾緊機(jī)構(gòu)爆炸圖，如圖8所示。
4、柔性定位夾具特點(diǎn)
此定位夾具對于球類零件可以根據(jù)其曲面輪廓自動(dòng)調(diào)整定位結(jié)合面，使工件穩(wěn)定支撐于三坐標(biāo)工作臺(tái)，且該夾具可與市面上現(xiàn)有三坐標(biāo)組合式柔性夾具相互組合配套使用，提高利用價(jià)值。該夾具具有廣泛的使用范圍，有效保證定位可靠性，提高測量精度，提高儀器測量測量效率。
結(jié)語
快速裝夾裝置實(shí)現(xiàn)了三坐標(biāo)機(jī)上批量產(chǎn)品的快速裝夾測量，同時(shí)裝置方便靈活，一致性好，大幅提高了測量效率，保證了快速測量時(shí)的精度。柔性定位夾具在綜合組合夾具優(yōu)勢的基礎(chǔ)之上，可以實(shí)現(xiàn)球類零部件的有效支撐，同時(shí)可與組合夾具搭配，實(shí)現(xiàn)多工位定位。兩者的應(yīng)用將在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上繼續(xù)提高三坐標(biāo)測量儀的使用效率。而其中體現(xiàn)出來的快速，多用性這兩種思路在新型夾具設(shè)計(jì)時(shí)很具有參考價(jià)值。
目前，三坐標(biāo)測量儀所使用的夾具以組合式柔性夾具為主，該夾具由不同部件組成套裝，針對不同形狀、不同規(guī)格的被測零件，相互組合構(gòu)成夾持機(jī)構(gòu)。本文將介紹應(yīng)用于三坐標(biāo)機(jī)測量儀上的快速裝夾和柔性定位裝置設(shè)計(jì)思路。
一、應(yīng)用于三坐標(biāo)機(jī)測量批量產(chǎn)品的快速裝夾裝置
1、三坐標(biāo)測量儀
三坐標(biāo)測量機(jī)（如圖1）被大量應(yīng)用于現(xiàn)場檢測，其測量精度高，能完成普通測量無法檢測的尺寸，例如曲面的形位誤差、空間尺寸的測量等，但測量效率相對較低。三坐標(biāo)測量的基本步驟是：裝夾零件、建立測量基準(zhǔn)、編制測量程序。零件的裝夾是其中的重要一環(huán)。
圖1 三坐標(biāo)測量機(jī)
2、快速裝夾測量裝置的設(shè)計(jì)
針對上述三坐標(biāo)測量裝夾效率低的問題，設(shè)計(jì)一套如圖 2所示的快速裝夾裝置，主要由固定夾板、活動(dòng)夾板、導(dǎo)向柱、鉸鏈、彈簧、真空橡皮墊、夾緊螺母組成。
圖2 三坐標(biāo)機(jī)測量快速裝夾裝置
3、使用方法
4、 三坐標(biāo)機(jī)快速裝夾裝置特點(diǎn)
二、應(yīng)用于三坐標(biāo)測量儀對球類工件進(jìn)行定位的柔性夾具
對于球類和空間管道類等異型結(jié)構(gòu)零部件的測量，現(xiàn)有的組合夾具大都無法對其實(shí)現(xiàn)有效夾持與定位。針對此類零部件在三坐標(biāo)測量儀上的定位測量，在綜合組合夾具優(yōu)勢的基礎(chǔ)之上，設(shè)計(jì)了一種柔性定位夾具，可以實(shí)現(xiàn)球類零部件的有效支撐，同時(shí)可與組合夾具搭配，實(shí)現(xiàn)個(gè)多工位定位。
1、功能及設(shè)計(jì)要求
三坐標(biāo)測量儀上一待測工件，如圖 3 所示。球體直徑約為80mm，現(xiàn)要求通過接觸式測量方式測量球體直徑且判斷該球的表面輪廓度。三坐標(biāo)測量儀在進(jìn)行接觸式測量時(shí)，測量接觸力約為6N，被測工件僅需固定其空間姿態(tài)便可完成一般性測量工作。
1、功能及設(shè)計(jì)要求
三坐標(biāo)測量儀上一待測工件，如圖 3 所示。球體直徑約為80mm，現(xiàn)要求通過接觸式測量方式測量球體直徑且判斷該球的表面輪廓度。三坐標(biāo)測量儀在進(jìn)行接觸式測量時(shí)，測量接觸力約為6N，被測工件僅需固定其空間姿態(tài)便可完成一般性測量工作。
圖3 球類被測工件
現(xiàn)考慮使用密集型多點(diǎn)支撐，使被測工件表面輪廓盡可能與夾具支撐部位輪廓相一致、貼合，從而起到支撐作用。而夾具支撐部分輪廓形狀可以隨被測工件表面輪廓的變化而改變，達(dá)到柔性夾具的要求。
2、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
柔性定位夾具體結(jié)構(gòu)，如圖 4所示。
圖4 柔性夾具裝配圖
1、13-支撐頂桿 2-推動(dòng)齒環(huán) 3-鎖緊齒 4-鎖緊齒環(huán) 5-固定導(dǎo)桿 6-彈簧 7-頂蓋 8-推動(dòng)齒 9-夾緊環(huán)支架 10-夾具底座 11-導(dǎo)向孔 12-頂蓋固定螺栓
夾具體為臺(tái)式結(jié)構(gòu)，1、13 頂桿為工件支撐部分，六邊形陣列共 91 根支撐頂桿，支撐頂桿上端支撐球面，下端圓柱部分直徑為準(zhǔn)80-0.030mm；頂桿下方螺紋連接5固定導(dǎo)桿，導(dǎo)桿下端在導(dǎo)向孔內(nèi)滑動(dòng)，保證支撐頂桿做垂直方向運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)向桿中部直徑為準(zhǔn)50-0.030mm，并與導(dǎo)向孔之間按H7/f6間隙配合，各導(dǎo)向孔之間孔心距為準(zhǔn)8+0.2100mm；固定導(dǎo)桿中部安裝彈簧，彈簧上端由支撐頂桿底部限制定位，彈簧下端由 10 夾具底座的上表面固定。
當(dāng)球形工件放置于支撐頂桿上時(shí)，在工件自身重力作用下，固定導(dǎo)桿上彈簧被壓縮；又由于各位置處支撐頂桿工作球面與工件曲面的接觸夾角不同，所以下降高度也有所差別，最終各支撐頂桿所受重力與彈簧彈力達(dá)到平衡，使球形工件在夾具上實(shí)現(xiàn)定位。當(dāng)夾具對球形工件實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定定位時(shí)，支撐頂桿陣列組上表面會(huì)形成如同工件幾何外形的凹陷，凹陷輪廓與工件外形輪廓緊密貼合。該夾具工作原理及定位效果，如圖 5所示。
圖5 夾具工作原理
夾具底座上開有準(zhǔn)8mm通孔，可與組合式柔性夾具工作底板通過螺栓固定，同時(shí)可利用該孔安裝其他組合式柔性夾具配合操作。對于球類工件，僅提供支撐面定位即可放置于三坐標(biāo)測量儀工作臺(tái)上進(jìn)行測量等操作；但對于空間管道類工件，還需通過外部的輔助夾具對其進(jìn)一步夾緊來完成定位，此時(shí)所介紹的柔性定位夾具則主要起到定位支撐作用，為輔助夾具提供鎖緊支撐。
3、鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
如圖4所示，圖中2推動(dòng)齒環(huán)、3鎖緊齒、4鎖緊齒環(huán)、8推動(dòng)齒和9夾緊環(huán)支架組成夾具支撐頂桿的鎖緊機(jī)構(gòu)。當(dāng)工件放置于支撐頂桿陣列面上時(shí)，在工件重力與彈簧彈性力的共同作用下，整個(gè)結(jié)構(gòu)最終達(dá)到平衡，各支撐頂桿下降高度不再變化。如圖6所示，1推動(dòng)齒與2推動(dòng)齒環(huán)螺栓連接（圖6中省略推動(dòng)齒環(huán)），2鎖緊齒與3鎖緊齒環(huán)也通過螺栓連接。
圖6 夾具夾緊機(jī)構(gòu)示意圖
鎖緊齒如圖6所示圍繞支撐頂桿安裝在鎖緊齒環(huán)圓周方向，且靠近支撐頂桿一側(cè)有臺(tái)階式凸起，且該凸起靠圓弧端與法線的垂線有約2°的夾角；鎖緊齒下側(cè)有矩形滑塊，可在鎖緊齒環(huán)的法線方向滑槽內(nèi)做直線運(yùn)動(dòng)，鎖緊齒的結(jié)構(gòu)，如圖7所示。在松開狀態(tài)下，推動(dòng)齒圓弧與鎖緊齒凸起臺(tái)階的傾斜面相切。
圖7 鎖緊齒結(jié)構(gòu)
1-推動(dòng)齒 2-鎖緊齒 3-鎖緊齒環(huán) 4-夾緊環(huán)支架
在進(jìn)行支撐頂桿鎖緊操作時(shí)，沿逆時(shí)針方向帶動(dòng)推動(dòng)齒環(huán)，推動(dòng)齒環(huán)帶動(dòng)推動(dòng)齒一起作圓周運(yùn)動(dòng)；當(dāng)推動(dòng)齒連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，推動(dòng)齒與鎖緊齒相切位置不斷變換，同時(shí)將鎖緊齒向夾具體中心推動(dòng)；支撐頂桿陣列組在鎖緊齒的夾緊力作用下產(chǎn)生微量形變，各支撐頂桿相互擠壓，最終達(dá)到鎖緊支撐頂桿的功能。夾具夾緊機(jī)構(gòu)爆炸圖，如圖8所示。
圖8 夾緊機(jī)構(gòu)爆炸圖
1-支架緊固螺栓 2-夾緊環(huán)支架 3-鎖緊齒環(huán) 4-鎖緊齒 5-推動(dòng)齒 6-推動(dòng)齒環(huán) 7-推動(dòng)緊固螺釘
4、柔性定位夾具特點(diǎn)
此定位夾具對于球類零件可以根據(jù)其曲面輪廓自動(dòng)調(diào)整定位結(jié)合面，使工件穩(wěn)定支撐于三坐標(biāo)工作臺(tái)，且該夾具可與市面上現(xiàn)有三坐標(biāo)組合式柔性夾具相互組合配套使用，提高利用價(jià)值。該夾具具有廣泛的使用范圍，有效保證定位可靠性，提高測量精度，提高儀器測量測量效率。
結(jié)語
快速裝夾裝置實(shí)現(xiàn)了三坐標(biāo)機(jī)上批量產(chǎn)品的快速裝夾測量，同時(shí)裝置方便靈活，一致性好，大幅提高了測量效率，保證了快速測量時(shí)的精度。柔性定位夾具在綜合組合夾具優(yōu)勢的基礎(chǔ)之上，可以實(shí)現(xiàn)球類零部件的有效支撐，同時(shí)可與組合夾具搭配，實(shí)現(xiàn)多工位定位。兩者的應(yīng)用將在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上繼續(xù)提高三坐標(biāo)測量儀的使用效率。而其中體現(xiàn)出來的快速，多用性這兩種思路在新型夾具設(shè)計(jì)時(shí)很具有參考價(jià)值。
