CN205363291U - 万能空间角度孔加工定位器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种万能空间角度孔加工定位器，包括定位体，定位体的头端设有球头，定位体的尾端设有同轴设置且直径大小不等的三段圆柱体，其中，第一段圆柱体的直径小于第二段圆柱体的直径，第二段圆柱体的直径小于第三段圆柱体的直径，第二段圆柱体位于第一段圆柱体和第三段圆柱体之间，在定位体尾端形成定位台阶，定位体的尾端端头通过螺钉固定有压板，将定位体固定在加工零件的定位基准孔中，定位体的轴心线经过球头的中心，定位体的中间段上间隔固定有两根相互平行的心轴，心轴的轴心线与定位体的轴心线垂直。采用本定位器进行空间角度孔加工，提高了加工精度，大大节约了成本，效率高，操作简单，易掌握，合格率高。

Description

万能空间角度孔加工定位器

技术领域

本实用新型涉及空间角度孔加工领域，特别是涉及一种万能空间角度孔加工定位器。

背景技术

在机床工装夹具和各类箱体的制造过程中，会遇到加工一些具有严格空间位置的空间角度孔，一般由精镗床或坐标镗床完成。普通卧式镗床虽能胜任，但实际操作却很困难，需要通过各种分析计算。其通常采用以下几种手段加工：

1)使用在工件侧面进行辅助孔加工，插入芯棒后，再转动角度进行测量加工；

2)使用中心顶针在水平面时对倾斜面刻线，再转动角度，用中心顶针对线后进行加工；

3)使用量棒夹持于主轴，再用块规测量松紧度，通过复杂的计算后进行加工。

以上三种方法都有其不足之处：

1)使用辅助孔加工法对工件的侧面外观及强度产生一定的破坏。加工辅助孔的精度、芯棒自身的精度、两者配合后的精度，对斜孔的加工精度会产生很大的影响，转动角度的精度也无保障；

2)使用顶针刻线对照法，不管角度还是移动坐标尺寸，都要靠肉眼观察估计，精度不高；

3)使用量棒、块规定位法，对测量时经验、手感要求很高，生产的工件质量不稳定。

这三种常规的加工方法不仅加工成本高、周期长、不易掌握、合格率低，而且无法对其直接进行在线测量，需加工完一件产品后再测量，才知道加工是否合格。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种万能空间角度孔加工定位器，采用本定位器进行空间角度孔加工，提高了加工精度，大大节约了成本，效率高，操作简单，易掌握，合格率高。

本实用新型的目的是这样实现的：一种万能空间角度孔加工定位器，包括定位体，所述定位体的头端设有球头，所述定位体的尾端设有同轴设置且直径大小不等的三段圆柱体，三段圆柱体的轴心线经过球头中心，也与定位体的轴心线同轴。其中，所述第一段圆柱体的直径小于第二段圆柱体的直径，所述第二段圆柱体的直径小于第三段圆柱体的直径，所述第二段圆柱体位于第一段圆柱体和第三段圆柱体之间，在定位体尾端形成定位台阶，所述定位体的尾端端头通过螺钉固定有压板，将定位体固定在加工零件的定位基准孔中，所述定位体与加工零件的定位基准孔间隙配合，所述定位体的轴心线经过球头的中心，所述定位体的中间段上间隔固定有两根相互平行的心轴，所述心轴的轴心线与定位体的轴心线垂直。心轴穿在定位体上的两个固定孔上，通过测量心轴与定位体球头点之间的距离和心轴与定位端面之间的距离，从而实现加工孔的定位。通过主轴夹持千分表找出球头旋转后的球心坐标点及心轴坐标点，两个坐标点之差即为距离。在加工相关空间角度孔时，都是以这个孔为定位基础，实现各孔之间的位置检测和定位。这个孔是指万能空间角度器插入的孔为定位基础。两根心轴将定位器的倾斜角度转换为坐标直线距离，使得转角的精度较高。

所述第一段圆柱体的直径为φ20。所述第二段圆柱体的直径为φ40。

该定位器还包括衬套，所述衬套过盈配合在加工零件的定位基准孔中，所述定位体与加工零件的定位基准孔中的衬套间隙配合。当加工零件的定位基准孔的孔径φD＜φ40时，选用相配的衬套孔径为φ20，当加工零件的定位基准孔的孔径φD＞φ40时，选用相配的衬套孔径为φ40，衬套外圆与孔φD配合间隙＜0.01mm，且其内外圆同心度不大于0.01mm。定位体1通过衬套与加工零件的定位基准孔相配合。

该定位器还包括增长块，用于加长定位器的长度。所述增长块配合在加工零件的定位基准孔中，定位体配合在增长块中。所述增长块设有用于与定位体1的间隙配合的中心通孔，所述增长块设有同轴设置且直径大小不等的两段圆柱体，所述增长块的第一段圆柱体的直径与加工零件的定位基准孔的孔径相等，所述增长块的第二段圆柱体的直径大于增长块的第一段圆柱体的直径。

所述增长块的中心通孔的孔径与定位体尾端的第一段圆柱体11的直径相等。

所述定位体的中间段上间隔设有两个用于固定心轴的固定孔，各心轴分别过渡配合在定位体设有的固定孔中。

所述定位体位于球头与第三段圆柱体之间的中间段为圆锥体。

所述定位体位于球头与第三段圆柱体之间的中间段为圆柱体。

本实用新型的有益效果为：由于定位体的头端设有球头，便于找准定位体的头端中心。所述定位体的尾端设有同轴设置且直径大小不等的三段圆柱体，其中，所述第一段圆柱体的直径小于第二段圆柱体的直径，所述第二段圆柱体的直径小于第三段圆柱体的直径，所述第二段圆柱体位于第一段圆柱体和第三段圆柱体之间，在定位体尾端形成定位台阶，所述定位体的尾端端头通过螺钉固定有压板，将定位体固定在加工零件的定位基准孔中。在定位体的尾端设置定位台阶，将定位体与定位基准孔定位固定。

所述定位体的中间段上间隔固定有两根相互平行的心轴，所述心轴的轴心线与定位体的轴心线垂直，两根心轴将定位器的倾斜角度转换为坐标直线距离，转角的精度较高。两根心轴的中心距不变，随着角度变化，心轴的垂直距离在改变，根据确定垂直距离可确定转角角度。

本万能空间角度孔加工定位器通过自身的精度，将各空间坐标点转化为实点，利于各类倾斜孔、空间轴交孔的计算、定位、加工、检验。其操作简单，也很容易轻松掌握和运用，无需专用检验设备即可进行互检、自检，减少了原有加工的繁琐步骤，也不破坏工件任何部位，保证工件的强度及外观，提高了加工精度，大大节约了成本。

通过近年来空间角度孔加工的生产实践表明，万能空间角度孔加工定位器完全适用于各类空间角度孔的加工，质量也完全满足设计、使用要求，效率也得到了很大提高。该技术已经应用于公司模具制造中，为公司节约了大量的设备费用和生产费用，创造了较大的经济效益。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型的万能空间角度孔加工定位器的结构示意图；

图2为加工零件的定位基准孔的孔径φD＜φ40时，本实用新型的安装示意图；

图3为加工零件的定位基准孔的孔径φD＞φ40时，本实用新型的安装示意图；

图4为安装增长块时，本实用新型的安装示意图；

图5为本实用新型的增长块的结构示意图；

图6为坐标镗床垂直分度时未用定位器加工孔时的误差分析示例图；

图7为坐标镗床垂直分度时未用定位器加工孔时的误差分析坐标图；

图8为坐标镗床垂直分度时使用定位器的误差分析示例图；

图9为坐标镗床水平分度使用定位器后的转角测量示意图；

图10为用定位器加工汽车转向节钻模的实例图；

图11为转向节钻模在定位器的作用下的尺寸转换计算图；

图12为定位器在面轴交叉孔加工中的示意图；

图13为利用定位器加工斜面角度孔示意图的实施例一；

图14为利用定位器加工斜面角度孔示意图的实施例二；

图15为利用定位器加工平面倾斜孔示意图；

图16为利用定位器加工三维空间孔示意图(所有图中插有定位器的孔为已加工基准孔，其余为待加工孔)。

具体实施方式

参见图1至图5，一种万能空间角度孔加工定位器，包括定位体1，所述定位体的头端设有球头14，所述定位体1的尾端设有同轴设置且直径大小不等的三段圆柱体，其中，所述第一段圆柱体11的直径小于第二段圆柱体12的直径，所述第二段圆柱体12的直径小于第三段圆柱体13的直径，所述第二段圆柱体12位于第一段圆柱体11和第三段圆柱体13之间，在定位体尾端形成定位台阶，所述定位体的尾端端头通过螺钉5固定有压板4，将定位体1固定在加工零件的定位基准孔中，所述定位体1与加工零件7的定位基准孔间隙配合，所述定位体1的轴心线经过球头14的中心，所述定位体1的中间段上间隔固定有两根相互平行的心轴2，所述心轴2的轴心线与定位体1的轴心线垂直。所述定位体1的中间段上间隔设有两个用于固定心轴2的固定孔，各心轴2分别过渡配合在定位体1设有的固定孔中。所述定位体1位于球头14与第三段圆柱体13之间的中间段为圆锥体，效果较佳，当然所述定位体1位于球头14与第三段圆柱体13之间的中间段也可以为圆柱体。心轴2穿在定位体1上的两个固定孔上，通过测量心轴2与定位体1球头点之间的距离和心轴2与定位端面之间的距离，从而实现加工孔的定位。在加工相关空间角度孔时，都是以这些孔为定位基础，实现各孔之间的位置检测和定位。两根心轴将定位器的倾斜角度转换为坐标直线距离。所有图中插有定位器的孔为已加工的定位基准孔，其余为待加工孔。

该定位器还包括衬套3，所述衬套3过盈配合在加工零件的定位基准孔中，所述定位体1与加工零件的定位基准孔中的衬套3间隙配合。当加工零件的定位基准孔的孔径φD＜φ40时，选用相配的衬套孔径为φ20，当加工零件的定位基准孔的孔径φD＞φ40时，选用相配的衬套孔径为φ40，衬套外圆与孔φD配合间隙＜0.01mm，且其内外圆同心度不大于0.01mm。定位体1通过衬套与加工零件的定位基准孔相配合。

该定位器还包括增长块6，用于加长定位器的长度。当需要使用增长块时，所述增长块配合在加工零件的定位基准孔中，定位体配合在增长块中，不需要使用衬套3。所述增长块设有用于与定位体1的间隙配合的中心通孔，所述增长块设有同轴设置且直径大小不等的两段圆柱体，所述增长块的第一段圆柱体的直径与加工零件的定位基准孔的孔径相等，所述增长块的第二段圆柱体的直径大于增长块的第一段圆柱体的直径。所述增长块的中心通孔的孔径与定位体尾端的第一段圆柱体11的直径相等。

本万能空间角度孔加工定位器的应用实施例如下：

1、万能空间角度孔加工定位器误差分析

坐标镗床万能转台台面是利用刻度盘与游标装置来进行倾斜分度的，它所能达到的倾斜分度读数的准确度为1′。在加上肉眼读数误差与机床自身误差，所引进的误差值将达到±2′。那么，孔的中心线距离误差将是多少？以高度为200mm、宽度取300mm的半径150mm的工作为例进行计算。

在苏联T2450型光学坐标镗床进行加工测验。

如图6所示，已知分度头转盘中心A点距离转角中心O点距离为：BO＝50.02mm，AB＝134.79mm，从而得出坐标图7所示：以转角中心点O为中心，C转至C′为2′时就可求得在2′误差下，C点的线性误差值。

已知：OD＝150+50.02＝200.02

CD＝200+134.79＝334.79

求得： $CO=\sqrt{{334.79}^2+{200.02}^2}=389.99$

当COD＝59°8′37″加上2′时，即∠C′OD＝59°10′38″

已知C′O＝CO＝389.99，

则D′O＝389.99×cos59°10′38″＝199.82

C′D′＝389.99×sin59°10′38″＝334.91

ΔY＝200.02-199.82＝0.2

ΔX＝334.91-334.79＝0.12

所以分度头倾斜分度误差为2′时，其线形值为ΔY0.2，ΔX0.12。

而用万能空间角度孔加工定位器进行分度头倾斜分度，其线形误差可达到±0.01mm～±0.02mm，其原理如图8所示：

已知转角A＝30°AB＝40

在A、B两孔内插一心轴，并校正

BC＝sinA×AB＝sin30°×40＝20

在主轴上夹持千分表，在A、B两心轴测出距离BC，调节转角将BC尺寸精确到±0.01即可得到精确的转角30°。

其转角误差

也可测B点和球头可得到更精度的转角误差。

2、利用万能空间角度孔加工定位器实现转台转角的精确测量

坐标镗床万能分度盘是利用差动微调来保证精度，其精度误差为±2′，卧式镗床分度盘是利用刻度盘与游标来保证精度，共精度误差为±2′。而利用万能空间角度孔加工定位器可以实现对转台转角精确测量(误差为±1′)。如图9所示：

1)将万能空间角度孔加工定位器100置于点A上，测出AO的距离；

2)转动角度α使点A至点B；

3)已知BO＝AO和∠α，所以EO＝BO×cos∠α＝AO×sin∠α,故：AE＝AO-EO；

4)用主轴夹持千分表，转动分度转盘200精确调整AE尺寸，精确至±0.02即可得到精确的α转角。

3、万能空间角度孔加工定位器在孔系中计算相对坐标

如图10所示为汽车转向节钻模，其要求加工A、B和O孔。为保证其位置精度，在镗床上加工是一大难题，以往加工是通过复杂的换算，多用二类工具反复的装夹，还要在模具上加工一些辅助孔，生产效率低。再起利用万能空间角度孔加工定位器100可以实现快速加工转向节钻模。

在钻模图中给出AB两孔距为斜边130，直角边91.92，相对一点O为160，转角为45°，当插入万能空间角度孔加工定位器100，球头距三孔轴心交点距离为60(160-100)，要求以球头中心C为原点，求A孔、B孔的坐标值，以图11为坐标分析图。

已知AB＝130，AE＝65，EC＝60，CO＝100，∠A＝45°，AD＝91.92

根据公式：

CN＝EN-EC＝65-60＝5

AN＝AE×cos∠A＝45.96

CM＝CN×sin45°＝3.54

NM＝CN×cos45°＝3.54

AM＝AN-NM＝42.42

A点要对于C点坐标为A(AM，CM)，即A(45.42，3.54)

同理可求得B点相对于C点坐标(CK，KB)为(49.5，88.38)

CK＝MD＝AD-AM＝91.92-42.42＝49.5

BK＝BD-CM＝AB×sin45°-3.54＝88.38

4、万能空间角度孔加工定位器在面轴交叉孔中的应用

在生产加工中，经常会遇到一些面轴交叉孔，应用万能空间角度孔加工定位器会变得非常简单，如图12所示：

1)校正M面，将B孔加工好；

2)校正N面，将定位器插入B孔；

3)已知α＝40°和BC＝100，即求得ED＝50-BE＝50-BC×cos40°＝-26.6(点E在点D的右边)

1)用千分表找正圆球头点C中心，移动尺寸ED，即可加工A孔。

5、万能空间角度孔加工定位器在斜面角度孔加工中的应用

在加工斜面角度孔时，一般将会给出尺寸L，但有时并没有，就使顶面形成一个可变量，要加工保证尺寸，并测出尺寸L，用万能空间角度孔加工定位器便可轻松获得。如图13所示：

1)校正N面，将B孔加工好，插入定位器；

2)校正M面，将主轴中心校正并位于球头中心，以此可确定球头中心的坐标；

3)已知α＝35°和Bc＝100，所以CD＝BC×sinα＝100×sin35°＝57.36；

4)移动117.36(CD+60)尺寸即可加工A孔；

5)将万能转台平放，用千分表测出球头中心C至M面的实际尺寸，用所得实际尺寸测量尺寸加上DB(BC×cos35°＝81.92)即得尺寸L。

而当加工斜面角度孔时，如果给出尺寸L，就可先加工平行孔，再加工倾斜孔。如图14所示，圆锥体给出两孔中心点尺寸50，倾斜孔角度30°，L尺寸为30。

已知BE＝50，∠EBC＝30°，则∠A＝30°

EC＝BE×tan30°＝50×tan30°＝28.87

AC＝50+30+EC＝108.87

AD＝AC×cos30°＝94.28

1)将孔A加工后插入定位器100；

2)将万能转台转至90°-30°＝60°，并利用定位器上的两根心轴对转动角度精确调整至合格；两根心轴的中心距AB不变，随着角度变化，心轴的垂直距离在改变，根据确定垂直距离可确定转角角度。

3)主轴夹千分表，将主轴中心与球头中心对正；

4)移动坐标尺寸AD，即可加工B孔，分度盘回转180°，可加工另一孔。

6、万能空间角度孔加工定位器在平面倾斜孔加工的应用

平面倾斜孔加工是我们经常遇到的一种类型，在镗工高级技工的操作考试中也经常以此为题。传统加工方法经常是刻线、对线或作二类辅助孔。但操作繁琐，又不利于外观和工件的强度，基准的二次转换也令加工精度大打折扣，转角的不精确也会使误差达0.2mm左右。应用万能空间角度孔加工定位器加工，精度可达0.005mm。如图15所示：

已知∠E＝40°，AB＝50

所以BE＝50÷tan40°＝59.588

CE＝CB+BE＝59.588+40＝99.588

CD＝CE×sin∠E＝99.588×sin40°＝64.014

1)将孔B加工完后，插入定位器100；

2)在定位器上插入二根心轴，将转台转动40°，利用心轴的间距调整角度，角度是加工孔与基面之间的角度，也是工件实际旋转的角度，镗床主轴夹持千分表，对准球头C点中心后，移动CD＝64.014距离，即可加工孔A。

7、万能空间角度孔加工定位器在三维空间角度孔加工中的应用

三维空间角度孔，在镗床加工中是一个非常大的难题，用以往的辅助孔加工法根本无法加工，只能在高级数控镗床上加工。

但应用万能空间角度孔加工定位器可在变通镗床进行精确加工，如图16所示：

加工步骤：

1)校平N面，粗定位孔，并平行移动尺寸50，用顶尖刻出A孔位置；

2)校平M面，用顶针对正刻线，钻镗A孔至合格；

3)将定位器插入A孔，计算出CF＝CA×sinA，CF+50即为A孔球头至B孔的Y坐标量，如图示(16a)；

4)用主轴夹持千分表测出球头至N面的距离，通过图(16d)和图(16f)可知，测定值为C点至N面的垂直距离L，在图(16f)中为BC；

5)已知∠B＝30°和BC的尺寸如图示(16b)，求得WC＝BC×sin∠B，WC即为A孔上球头C至B孔中心的X坐标量，如图示(16c)；

6)将转台200转动30°，校正球头，移动坐标Y和X坐标量，即可加工孔B。

本万能空间角度孔加工定位器将使斜孔、空间角度孔的加工变得非常简单容易，加工效率提高5倍以上。不需专用的三坐标测量仪直接检测，只需要把这些尺寸和公差转化为工艺上可以直接测量或直接控制的工艺尺寸及公差。通过对转化后的工艺尺寸及公差的控制，间接地保证零件尺寸及其公差要求。并可方便地进行自检、互检、专检。

本实用新型不仅仅局限于上述实施例，在不背离本实用新型技术方案原则精神的情况下进行些许改动的技术方案，应落入本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种万能空间角度孔加工定位器，其特征在于：包括定位体（1），所述定位体的头端设有球头（14），所述定位体（1）的尾端设有同轴设置且直径大小不等的三段圆柱体，其中，第一段圆柱体（11）的直径小于第二段圆柱体（12）的直径，所述第二段圆柱体（12）的直径小于第三段圆柱体（13）的直径，所述第二段圆柱体（12）位于第一段圆柱体（11）和第三段圆柱体（13）之间，在定位体尾端形成定位台阶，所述定位体的尾端端头通过螺钉（5）固定有压板（4），将定位体（1）固定在加工零件的定位基准孔中，所述定位体（1）与加工零件的定位基准孔间隙配合，所述定位体（1）的轴心线经过球头（14）的中心，所述定位体（1）的中间段上间隔固定有两根相互平行的心轴（2），所述心轴（2）的轴心线与定位体（1）的轴心线垂直。

2.根据权利要求1所述的万能空间角度孔加工定位器，其特征在于：还包括衬套（3），所述衬套（3）过盈配合在加工零件的定位基准孔中，所述定位体（1）与加工零件的定位基准孔中的衬套（3）间隙配合。

3.根据权利要求2所述的万能空间角度孔加工定位器，其特征在于：所述衬套的外圆与加工零件的定位基准孔的配合间隙小于0.01mm，且其内外圆同心度不大于0.01mm。

4.根据权利要求1所述的万能空间角度孔加工定位器，其特征在于：还包括增长块（6），所述增长块设有用于与定位体（1）的间隙配合的中心通孔，所述增长块设有同轴设置且直径大小不等的两段圆柱体，所述增长块的第一段圆柱体的直径与加工零件的定位基准孔的孔径相等，所述增长块的第二段圆柱体的直径大于增长块的第一段圆柱体的直径。

5.根据权利要求4所述的万能空间角度孔加工定位器，其特征在于：所述增长块的中心通孔的孔径与定位体尾端的第一段圆柱体（11）的直径相等。

6.根据权利要求1所述的万能空间角度孔加工定位器，其特征在于：所述定位体（1）的中间段上间隔设有两个用于固定心轴（2）的固定孔，各心轴（2）分别过渡配合在定位体（1）设有的固定孔中。

7.根据权利要求1所述的万能空间角度孔加工定位器，其特征在于：所述定位体（1）位于球头（14）与第三段圆柱体（13）之间的中间段为圆锥体。

8.根据权利要求1所述的万能空间角度孔加工定位器，其特征在于：所述定位体（1）位于球头（14）与第三段圆柱体（13）之间的中间段为圆柱体。