技術(shù)中心2024-09-20
隨著現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展，對機械制造產(chǎn)品的設(shè)計要求越來越高，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
首先將固定夾板、活動夾板、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機的測量平臺上。其次，將 6 個直徑相同的零件安放在 V 形槽之間，旋轉(zhuǎn)鉸鏈使其落在活動夾板的凹槽內(nèi)，推動活動夾板，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，自動松開產(chǎn)品。裝夾裝置中單邊粘貼真空橡皮墊，固定夾板設(shè)計成剛性接觸，保證每個工件固定的位置基本一致，三坐標機在編制測量程序后自動測量無需找正，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)約了大量時間。該裝置可一次裝夾 6 個零件，首批測量時按 6 個一組進行編程，可縮短測量時間。用原方法測量平均每件約耗時 7min，而用該裝置裝夾測量平均每件耗時僅3min。使用本工裝在保證檢測精度和質(zhì)量的同時，極大地提高了檢測效率。
現(xiàn)考慮使用密集型多點支撐，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，達到柔性夾具的要求。
夾具體為臺式結(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，保證支撐頂桿做垂直方向運動，導(dǎo)向桿中部直徑為準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，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到平衡，使球形工件在夾具上實現(xiàn)定位。當(dāng)夾具對球形工件實現(xiàn)穩(wěn)定定位時，支撐頂桿陣列組上表面會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8mm通孔，可與組合式柔性夾具工作底板通過螺栓固定，同時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測量儀工作臺上進行測量等操作；但對于空間管道類工件，還需通過外部的輔助夾具對其進一步夾緊來完成定位，此時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、鎖緊機構(gòu)設(shè)計
如圖4所示，圖中2推動齒環(huán)、3鎖緊齒、4鎖緊齒環(huán)、8推動齒和9夾緊環(huán)支架組成夾具支撐頂桿的鎖緊機構(gòu)。當(dāng)工件放置于支撐頂桿陣列面上時，在工件重力與彈簧彈性力的共同作用下，整個結(jié)構(gòu)最終達到平衡，各支撐頂桿下降高度不再變化。如圖6所示，1推動齒與2推動齒環(huán)螺栓連接（圖6中省略推動齒環(huán)），2鎖緊齒與3鎖緊齒環(huán)也通過螺栓連接。
在進行支撐頂桿鎖緊操作時，沿逆時針方向帶動推動齒環(huán)，推動齒環(huán)帶動推動齒一起作圓周運動；當(dāng)推動齒連續(xù)轉(zhuǎn)動時，推動齒與鎖緊齒相切位置不斷變換，同時將鎖緊齒向夾具體中心推動；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，最終達到鎖緊支撐頂桿的功能。夾具夾緊機構(gòu)爆炸圖，如圖8所示。
4、柔性定位夾具特點
此定位夾具對于球類零件可以根據(jù)其曲面輪廓自動調(diào)整定位結(jié)合面，使工件穩(wěn)定支撐于三坐標工作臺，且該夾具可與市面上現(xiàn)有三坐標組合式柔性夾具相互組合配套使用，提高利用價值。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
快速裝夾裝置實現(xiàn)了三坐標機上批量產(chǎn)品的快速裝夾測量，同時裝置方便靈活，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，可以實現(xiàn)球類零部件的有效支撐，同時可與組合夾具搭配，實現(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)計時很具有參考價值。
目前，三坐標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)成夾持機構(gòu)。本文將介紹應(yīng)用于三坐標機測量儀上的快速裝夾和柔性定位裝置設(shè)計思路。
一、應(yīng)用于三坐標機測量批量產(chǎn)品的快速裝夾裝置
1、三坐標測量儀
三坐標測量機（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。三坐標測量的基本步驟是：裝夾零件、建立測量基準、編制測量程序。零件的裝夾是其中的重要一環(huán)。
圖1 三坐標測量機
2、快速裝夾測量裝置的設(shè)計
針對上述三坐標測量裝夾效率低的問題，設(shè)計一套如圖 2所示的快速裝夾裝置，主要由固定夾板、活動夾板、導(dǎo)向柱、鉸鏈、彈簧、真空橡皮墊、夾緊螺母組成。
圖2 三坐標機測量快速裝夾裝置
3、使用方法
4、 三坐標機快速裝夾裝置特點
二、應(yīng)用于三坐標測量儀對球類工件進行定位的柔性夾具
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現(xiàn)有效夾持與定位。針對此類零部件在三坐標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)計了一種柔性定位夾具，可以實現(xiàn)球類零部件的有效支撐，同時可與組合夾具搭配，實現(xiàn)個多工位定位。
1、功能及設(shè)計要求
三坐標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。三坐標測量儀在進行接觸式測量時，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)計要求
三坐標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。三坐標測量儀在進行接觸式測量時，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，達到柔性夾具的要求。
2、結(jié)構(gòu)設(shè)計
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，保證支撐頂桿做垂直方向運動，導(dǎo)向桿中部直徑為準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，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到平衡，使球形工件在夾具上實現(xiàn)定位。當(dāng)夾具對球形工件實現(xiàn)穩(wěn)定定位時，支撐頂桿陣列組上表面會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8mm通孔，可與組合式柔性夾具工作底板通過螺栓固定，同時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測量儀工作臺上進行測量等操作；但對于空間管道類工件，還需通過外部的輔助夾具對其進一步夾緊來完成定位，此時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、鎖緊機構(gòu)設(shè)計
如圖4所示，圖中2推動齒環(huán)、3鎖緊齒、4鎖緊齒環(huán)、8推動齒和9夾緊環(huán)支架組成夾具支撐頂桿的鎖緊機構(gòu)。當(dāng)工件放置于支撐頂桿陣列面上時，在工件重力與彈簧彈性力的共同作用下，整個結(jié)構(gòu)最終達到平衡，各支撐頂桿下降高度不再變化。如圖6所示，1推動齒與2推動齒環(huán)螺栓連接（圖6中省略推動齒環(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)做直線運動，鎖緊齒的結(jié)構(gòu)，如圖7所示。在松開狀態(tài)下，推動齒圓弧與鎖緊齒凸起臺階的傾斜面相切。
圖7 鎖緊齒結(jié)構(gòu)
1-推動齒 2-鎖緊齒 3-鎖緊齒環(huán) 4-夾緊環(huán)支架
在進行支撐頂桿鎖緊操作時，沿逆時針方向帶動推動齒環(huán)，推動齒環(huán)帶動推動齒一起作圓周運動；當(dāng)推動齒連續(xù)轉(zhuǎn)動時，推動齒與鎖緊齒相切位置不斷變換，同時將鎖緊齒向夾具體中心推動；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，最終達到鎖緊支撐頂桿的功能。夾具夾緊機構(gòu)爆炸圖，如圖8所示。
圖8 夾緊機構(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-推動齒 6-推動齒環(huán) 7-推動緊固螺釘
4、柔性定位夾具特點
此定位夾具對于球類零件可以根據(jù)其曲面輪廓自動調(diào)整定位結(jié)合面，使工件穩(wěn)定支撐于三坐標工作臺，且該夾具可與市面上現(xiàn)有三坐標組合式柔性夾具相互組合配套使用，提高利用價值。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
快速裝夾裝置實現(xiàn)了三坐標機上批量產(chǎn)品的快速裝夾測量，同時裝置方便靈活，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，可以實現(xiàn)球類零部件的有效支撐，同時可與組合夾具搭配，實現(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)計時很具有參考價值。
