实现轴上键槽尺寸位置理论定位误差为零的装置和方法

摘要

本发明公开一种实现轴上键槽尺寸位置理论定位误差为零的装置和方法，包括一机座和设置于该机座上的齿轮传动机构和轴定位机构，该轴定位机构包括两斜面定位块、一底面定位块和一压紧机构，所述两斜面定位块对称倾斜形成V形槽，该底面定位块位于V形槽的正下方，该压紧机构位于V形槽的上方，所述两斜面定位块与齿轮传动机构连接，并在齿轮传动机构的带动下同步翻转；对待加工轴进行夹紧时，利用两个可同步翻转的对称斜面定位块所形成V形槽和固定的底面定位块定位轴的两侧和底面，再利用上方压紧机构定位轴的顶面，该方法与装置能同时保证键槽的深度的尺寸误差和键槽宽度方向对称度的位置误差均为零的理想精度。

说明书

技术领域

本发明涉及轴上键槽加工定位领域技术，尤其是指一种实现轴上键槽尺寸位置理论定位误差为零的装置和方法。 

背景技术

如图1所示，为轴70上键槽71的截面加工尺寸，宽度为b，键槽71深度用H确定，另外需保证键槽71的对称度精度。目前，加工该类键槽71常见的定位方案有三种，分别为V形块定位、心轴定位(如果待加工轴为空心轴)和固定支承面定位。如图2所示，用V形块定位加工时，能保证键槽71高精度的对称性，使键槽71的位置误差为零，但由于轴70外径的尺寸偏差，会产生键槽71深度H的尺寸误差；如图3所示，用心轴定位加工时，由于轴70内径的尺寸偏差以及定位轴外径的尺寸偏差，会同时产生键槽71深度H的尺寸误差和键槽71宽度方向的位置误差；如图4所示，用固定支承面定位加工时，虽能保证键槽71深度H的尺寸误差为零，但由于轴70的外径的尺寸偏差，会产生键槽71宽度方向的位置误差。所以以上三种定位方式都存在一定的尺寸或位置误差，不能达到尺寸误差和位置误差均为零的理想精度，在某些场合下不能满足高精度的加工要求。 

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种实现轴上键槽尺寸位置理论定位误差为零的装置和方法，该装置和方法能 同时保证键槽的深度的尺寸误差和键槽宽度方向对称度的位置误差均为零的理想精度。 

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案： 

一种实现轴上键槽尺寸位置理论定位误差为零的装置，包括一机座和设置于该机座上的齿轮传动机构和轴定位机构，该轴定位机构包括两斜面定位块、一底面定位块和一压紧机构，所述两斜面定位块对称倾斜形成V形槽，该底面定位块位于V形槽的正下方，该压紧机构位于V形槽的上方，所述两斜面定位块与齿轮传动机构连接，并在齿轮传动机构的带动下同步翻转。 

作为一种优选方案，所述齿轮传动机构包括两个同步转动的齿轮，该两个齿轮大小相同，且两齿轮之轮轴与两斜面定位块连接。 

作为一种优选方案，所述两斜面定位块的上端两侧背对V形槽延伸有凸边，该凸边上设有轴孔，前述两齿轮之轮轴同时穿设在该凸边的轴孔中。 

作为一种优选方案，所述两齿轮为小齿轮，该齿轮传动机构还进一步包括两个相同大小的大齿轮，该两个大齿轮彼此啮合，且两大齿轮分别对应与两小齿轮啮合。 

作为一种优选方案，所述压紧机构为L形压板组件，该L形压板组件包括底座、L形压紧件、长螺柱和带手柄的偏心轮，该底座固定在机座上，长螺柱可转动地枢接在底座上，带手柄的偏心轮枢装在长螺柱的顶部，该L形压板包括一体连接的横向压板和纵向压板套，该纵向压板套套于长螺柱中，该横向压板压在待加工轴之端面的一侧。 

作为一种优选方案，所述压紧机构为定位压块组件，该定位压块组件包括气缸、支撑梁、压块和两底座，该两底座分别固定在待加工轴的两侧， 该气缸竖向固定在支撑梁上，气缸的活塞杆与压块螺纹连接，该支撑梁一端相对底座横向转动地枢接在其中一底座上；当进行轴夹紧定位时，支撑梁的另一端搭在另一底座上，该压块压紧在待加工轴上。 

作为一种优选方案，所述其中一斜面定位块的下方设有一固定在机座上的自动调节支承组件，该自动调节支承组件上设有一推动斜面定位块空载时能回转停留在一个较高位置的弹簧，该弹簧上套接有支承钉，该支承钉抵于斜面定位块的背面。 

作为一种优选方案，进一步包括有一辅助夹紧机构，该辅助夹紧机构正对待加工轴地设置在机座的侧旁，辅助夹紧机构包括气控移动压板组件和V形调节支承组件，该V形调节支承组件支撑在待加工轴的下方，该气控移动压板组件压紧在待加工轴的上方。 

作为一种优选方案，所述气控移动压板组件包括底座、气缸、螺柱、弹簧和移动压板，该气缸固定在底座中，弹簧套于螺柱外，移动压板固定在螺柱上端，螺柱下端穿过底座的顶板与气缸的活塞杆连接；当进行轴夹紧定位时，该移动压板由气缸带动紧压在待加工轴的上方； 

所述V形调节支承组件包括底座、V形块、支承柱、顶销和气缸；所述底座顶面设有一贯穿到底座底面的纵向孔，于底座的侧面设有一与纵向孔连通的横向孔，该支承柱可上下弹性活动地插在纵向孔中，并该支承柱正对横向孔设有一卡槽；该V形块连接在支承柱上端，气缸固定在底座侧壁上，顶销置于横向孔内，该顶销的一端与支承柱的卡槽卡接，另一端与气缸的活塞杆连接；当进行轴夹紧定位时，气缸压缩带动顶销朝气缸方向移动，顶销之端部与卡槽脱离，支承柱弹性上升，V形块顶紧在待加工轴的下方。 

一种实现轴上键槽尺寸位置理论定位误差为零的方法，使用两个可同步翻转的对称斜面定位块形成V形槽，用固定的底面定位块定位待加工轴之下母线，两个斜面定位块关于过轴线的竖直面高度对称，将待加工轴放在V形槽中，利用上方压紧机构将轴下压至其与斜面定位块接触。 

本发明采用上述技术方案后，其有益效果在于： 

一、通过左右斜面定位块、底面定位块和顶面压紧机构对待加工轴进行定位，该两个斜面定位块关于过轴线的竖直面高度对称，并通过齿轮传动机构保证其同步转动，以此来保证左右斜面定位块所形成的V形槽的对称性并消除过定位，从而对轴进行定位时，轴的周向被底面定位块和两可同步摆动的左右斜面定位块定位，V形槽可以保证键槽良好的对称度，底面定位块可以保证键槽深度的尺寸精度，并利用V形槽上方的压紧机构对待加工轴进行压紧定位，达到从理论上实现了键槽加工的尺寸位置定位误差均为零的效果，比目前常用的几种定位方案加工精度高。 

二、在进行轴加工时，于待加工轴的上下方正对地设有由气控移动压板组件和V形调节支承组件构成的辅助夹紧机构，进一步对待加工轴夹紧定位，提供对待加工轴绕自身轴线回转以外的六个约束，从而加工过程中轴固定无松动，提高了键槽的加工精度。 

三、该装置通用性强，能通用于较大范围不同直径的轴的加工；另外该装置多处采用自动夹紧，操作简便，适用于大批量生产；并且该装置结构简单、成本较低、通用性强，具有较强的实用性。 

为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。 

附图说明

图1是轴上键槽的截面加工尺寸示意图； 

图2是传统使用V形块定位的轴上键槽加工示意图； 

图3是传统使用心轴定位的轴上键槽加工示意图； 

图4是传统使用固定支承面定位的轴上键槽加工示意图； 

图5是本发明之实施例的轴上键槽加工示意图； 

图6是本发明之实施例中夹具装置的组装结构示意图； 

图7是本发明之实施例中夹具装置的分解结构示意图； 

图8是本发明之实施例中夹具装置的俯视图； 

图9是本发明之实施例中夹具装置的左视图； 

图10是图9中B-B处的截面图； 

图11是图9中D-D处的截面图； 

图12是本发明之实施例中齿轮传动组件的分解结构示意图； 

图13是本发明之实施例中自动调节支承组件的剖面图； 

图14是本发明之实施例中定位压板组件的组装结构示意图； 

图15是本发明之实施例中V形调节支承组件剖面图； 

图16是本发明之实施例中气控的移动压板组件的剖面图； 

图17是本发明之实施例中钩形压板组件的剖面图； 

图18是本发明之实施例中钩形压板组件右视图。 

附图标识说明： 

10、机座    20、轴定位机构 

11、垫板    21、斜面定位块 

12、螺孔    211、V形槽 

212、凸边            443、小齿轮轴 

213、轴孔            444、轴瓦 

22、底面定位块       50、定位压块组件 

222、弧形缺口        51、底座 

30、自动调节支承组件 52、气缸 

31、底座             53、支撑梁 

32、弹簧             54、螺栓 

33、支承钉           55、压块 

34、衬套             56、第一卡槽 

35、凹槽             57、活塞杆 

40、齿轮传动机构     58、第二卡槽 

41、大齿轮           60、辅助夹紧机构 

42、小齿轮           61、移动压板组件 

43、大齿支座         611、底座 

431、支承板          612、气缸 

432、螺栓            613、螺钉 

433、轴承盖          614、螺柱 

434、大齿轮轴孔      615、弹簧 

435、大齿轮轮轴      616、螺母 

436、轴瓦            617、移动压板 

44、小齿轮支座       618、容置腔 

441、支架            619、螺孔 

442、小齿轮轴孔      62、V形调节支承组件 

621、底座    70、轴 

622、弹簧    71、键槽 

623、支承柱  80、L形压板组件 

624、衬套    81、底座 

625、挡盖    811、通孔 

626、V形块   82、L形压紧件 

627、顶销    821、横向压板 

628、气缸    822、纵向压板套 

629、螺塞    83、长螺柱 

630、纵向孔  84、手柄 

631、横向孔  85、偏心轮 

632、活塞杆  86、弹簧。 

633、卡槽 

具体实施方式

如图5至图18所示，其显示出了本发明之实施例的具体结构，该轴上键槽尺寸位置理论定位误差为零的夹具装置(下称夹具装置)包括机座10和设置于该机座10上的轴定位机构20、齿轮传动机构30、自动调节支承组件40、定位压块组件50和辅助夹紧机构60。 

具体而言，如图7所示，所述机座10的表面铺设有数块垫板11，于各垫板11的适当位置设有螺孔12，方便组成该夹具装置的各组件通过螺钉固装在该垫板10上。 

如图5至图7以及图11所示，所述轴定位机构20包括两斜面定位块 21、一底面定位块22和一压紧机构，所述两斜面定位块21是两可同步翻转的平薄斜板，该斜板最好为质硬的金属材质。该两斜板对称倾斜形成V形槽211，斜板朝向V形槽的壁面最好稍微粗糙，以加大与待加工轴70之间的摩擦力，该斜板的顶部背向V形槽211延伸出两凸边212，该两凸边212上设有轴孔213，于轴孔中套设有小齿轮轴443。 

而底面定位块22位于V形槽211的正下方，该底面定位块22通过螺钉固定在垫板11上，于该底面定位块11顶端靠近两斜板的两侧分别设有长弧形缺口222，该弧形缺口222与待加工轴70之轴心线方向平行，以使斜面定位块21翻转时其下端在弧形缺口222中滑过，不会卡在该底面定位块22上。 

所述压紧机构位于V形槽211的上方，该压紧机构可以为L形压板组件80，结合图7至图9、图17和图18来看，L形压板组件80用于压紧待加工轴70的前端面顶部，该L形压板组件80包括底座81、L形压紧件82、长螺柱83和带手柄84的偏心轮85，该底座81固定在机座10上，底座81顶面中部设有一贯穿到底面的通孔811，长螺柱83可转动地插伸在底座81的通孔811中，该带手柄84的偏心轮85枢装在长螺柱83的顶部，该L形压紧件82包括一体连接的横向压板821和纵向压板套822，该纵向压板套822套于长螺柱83中，并于纵向压板套822下方的长螺柱83外套设有一嵌于通孔811中的弹簧86。进行轴加工的过程中，当于水平方向掰动手柄84时，该L形压紧件82随手柄84的转动而相对底座81转动，从而横向压板821可以以底座81为中心360度旋转，轻松地锁定待加工轴70的定位点；当纵向向下掰动手柄84直至手柄84倾斜向下时，在偏心轮85的作用下，该弹簧86处于弹性压缩状态、L形压紧件82被锁紧不动，待加工轴70被 横向压板821紧紧压住；当纵向向上掰动手柄84直至手柄84与长螺柱83形成一条直线时，在偏心轮85的作用下，该弹簧86恢复形变，L形压紧件82解锁松开轴；此时再在水平方向转动手柄84将横向压板821移回原位。 

所述压紧机构亦可以为定位压块组件50，如图5至图11以及图14所示，该定位块组件50也是压紧在待加工轴70的顶面，将待加工轴70定位。该定位压块组件50由底座51、气缸52、支撑梁53、螺栓54和压块55组成，所述底座51包括左右的两个，该两个分别位于待加工轴70两侧、固定在下述两个小齿轮支座44顶部，该两底座51上分别设有第一卡槽56和第二卡槽58，该气缸52竖向固定在支撑梁53上，压块55连接在气缸52的活塞杆57上，该支撑梁53一端通过螺栓枢接在其中一底座51上，该支撑梁53可相对底座51横向转动；当进行轴夹紧定位时，支撑梁51的另一端卡在另一底座51的第二卡槽58上，该压块55在气缸52的作用下压紧在待加工轴70的上方，当轴定位完毕后，支撑梁53的端部卡在第一卡槽56上，压块55松开待加工轴70被移向侧旁。 

如图7、图11和图13所示，所述自动调节支承组件30设置在其中一斜面定位块21的下方，该自动调节支承组件30由底座31、弹簧32、支承钉33和衬套34组成，该底座31朝向斜面定位块21的壁面上设有凹槽35，该衬套34通过外螺纹固定在凹槽35中，该弹簧32位于支承钉33的底部同时嵌入在凹槽35中，该支承钉33的一端嵌于衬套34内，另一端露出在底座31外并抵于斜面定位块21的背面。该支承钉33和弹簧32配合可推动斜面定位块21，使斜面定位块21在空载时能回转停留在一个较高位置。 

所述齿轮传动机构40包括两个大齿轮41和两个小齿轮42，针对该大 齿轮41和小齿轮42，机座10上设有一大齿支座43和两位于大齿轮座43侧旁的小齿轮支座44，两个大齿轮41安装在大齿轮支座43上，两小齿轮42安装在两小齿轮支座44上，并两大齿轮41分别对应与两小齿轮42啮合。 

请参照图6至图8和图12，该大齿轮座43包括两块竖立的支承板431，于每块支承板431的顶面通过螺栓432固定有轴承盖433，于支承板431与轴承盖433的连接处设有两大齿轮轴孔434，于大齿轮轴孔434中枢接有大齿轮轮轴435，大齿轮轮轴435和大齿轮轴孔434之间设有轴瓦436，两个大齿轮41通过平键分别与两个大齿轮轮轴435连接在两支承板431中间，且两个大齿轮41相互啮合。 

请参照图6至图9，所述每个小齿轮座44包括两个竖立的支架441，于每个支架441的上端设有小齿轮轴孔442，小齿轮轴孔442上枢接有前述连接在斜面定位块21上的小齿轮轮轴443，于该小齿轮轮轴443和小齿轮轴孔442中也设有轴瓦444；上述斜面定位块21通过小齿轮轮轴443被夹于两支架441之间，两个小齿轮42分别套在露出支架441外的小齿轮轮轴443中，各小齿轮42分别与各大齿轮41啮合。 

齿轮传动机构40正常运作时，由两大齿轮41带动小齿轮42同步转动，由于两斜面定位块21连接在小齿轮轮轴443上，因此能达到两斜面定位块21在小齿轮轮轴443的作用下同步翻转效果。 

所述辅助夹紧机构60由气控移动压板组件61和V形调节支承组件62构成，用于配合轴定位机构20将待加工轴70夹紧，以利于对轴进行键槽铣加工时，待加工轴70固定无移动。 

如图6至图10以及图16所示，所述气控移动压板组件61固设于机座10侧旁，其由底座611、气缸612、螺钉613、螺柱614、弹簧615、螺母 616和移动压板617组成，该底座上设有一容置腔618，底座611的顶板上设有一螺孔619，移动压板617由螺母616固定在螺柱614上端，螺柱614下端插入底座611的螺孔619中与气缸612的活塞杆连接，气缸612由螺钉613固定在底座611的容置腔618中，该弹簧615套在螺柱614上，并置于螺母616和底座611的螺孔619之间。使用时，气缸612可推动螺柱614上下活动，从而将移动压板617调节到适当高度将待加工轴70压紧。 

如图15所示，所述V形调节支承组件62位于待加工轴70的正下方，其正对前述气控移动压板组件61，其由底座621、弹簧622、支承柱623、衬套624、挡盖625、V形块626、顶销627、气缸628和螺塞629组成；所述底座621的上表面设有一贯穿到底座621底面的纵向孔630，于底座621的侧面设有一与纵向孔630连通的横向孔631，螺塞629和衬套624固定在底座621的纵向孔630内，挡盖625与衬套624螺纹连接；支承柱623上端与V形块626连接，下端插入衬套624内，并该支承柱623正对横向孔631设有一卡槽633，螺塞629塞紧在纵向孔630的底部，弹簧622置于支承柱623与螺塞629之间，气缸628固定在底座621设有横向孔631的侧壁上，顶销627置于横向孔631内，该顶销627的一端卡于支承柱623的卡槽633中，另一端与气缸628的活塞杆632连接。当进行轴夹紧定位时，气缸628压缩带动顶销627朝气缸628方向移动，顶销627之端部与卡槽633脱离，支承柱623弹性上升，V形块626顶紧在待加工轴70的下方。 

夹具装置的装配过程可以按以下步骤完成：先将垫板11固定在机座10上，再将底面定位块22和L形压板组件80固定在垫板11上，接着往左右斜面定位块21的轴孔213上套上小齿轮轮轴443，然后分别插入四个支架441的小齿轮轴孔442内，再将支架441分别固定在左右两边的垫板11上， 固定后再将两个小齿轮42分别固定在左右斜面定位块21的轴端。再调整左右斜面定位块21使其对称，然后装入大齿轮41，再将自动调节支承组件30固定在垫板11上并位于其中一斜面定位块21的下方。接着将V形调节支承组件62和移动压板组件62固定在机座10的后侧面，最后将定位压块组件50固定在四个小齿轮支座44上，如此即完成整个夹具装置的装配。 

该夹具装置定位夹紧过程如下：装配好后，首先转动支撑梁53将定位压块组件50的压块55往外旋转，至其手柄卡在底座51的第一卡槽56内；所述V形调节支承组件62中，气缸628的活塞杆632向内缩进带动顶销627退出，使V形块626处于浮动状态；所述移动压板组件61中，气缸612的活塞杆向外伸出使移动压板617上升；松开L形压板组件80。然后将待加工轴70放在两斜面定位块21和浮动的V形块626上，待加工轴70前端与底面定位块22垂直面接触。再将定位压块组件50的支撑梁53向内旋转，使非手柄的一端卡在底座51的第二卡槽58内，然后打开支撑梁53上面的气缸52，使压块55下移，将待加工轴70下压。通过齿轮传动机构40的传动，左右斜面定位块21会同步摆开，直到待加工轴70下压到与底面定位块22接触时停止，至此完成待加工轴70的定位。然后打开气缸628，活塞杆632向外伸出使顶销627顶住支承柱623，使V形块626固定。然后移动压板组件61的气缸612工作，气缸612活塞杆向内缩进，带动移动压板617下移，直至将待加工轴70夹紧。再转动手柄84，将压板231下压，使其夹紧待加工轴70的前端。最后再打开气缸52，将压块55上提，接着再转动支撑梁53带动压块55往外移出，让开铣刀加工位置，这样就可以加工键槽了。 

实现轴上键槽尺寸位置理论定位误差为零的方法是：采用V形槽211 和底面定位块22耦合定位的方式，两个可调斜面定位块21形成V形槽，用固定的底面定位块22定位轴之下母线，两个斜面定位块21关于过轴线的竖直面高度对称，并能同步翻转；将待加工轴70放在V形槽211上，利用待加工轴70上方压紧机构将轴下压至其与底面定位块22接触，停止下移，再用辅助夹紧机构60将轴夹紧，进行键槽的铣削加工。 

综合而言，本发明的设计重点在于： 

一、通过左右斜面定位块、底面定位块和顶面压紧机构对待加工轴进行定位，且左右斜面定位块与齿轮机构连接，从而轴的周向被底面定位块和两可同步摆动的左右斜面定位块定位，左右斜面形成的V形槽可以保证键槽良好的对称度，底面定位块可以保证键槽深度尺寸H的尺寸精度，并于V形槽的正上方设有压紧块对待加工轴进行压紧定位，达到从理论上实现了键槽加工的尺寸位置定位误差均为零的效果，比目前常用的几种定位方案加工精度高。 

二、在进行轴加工时，于待加工轴的上下方正对地设有由气控移动压板组件和V形调节支承组件构成的辅助夹紧机构，进一步对待加工轴夹紧定位，提供对待加工轴绕自身轴线回转以外的六个约束，以使加工过程中轴固定无松动，提高了键槽的加工精度。 

三、该装置通用性强，能通用于较大范围不同直径的轴的加工；另外，该装置多处采用自动夹紧，操作简便，适用于大批量生产；还有，该发明装置结构简单、成本较低、通用性强，具有较强的实用性。 

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。