一种点接触式可变径定心装置的制作方法

1.本发明涉及(数控)车削、(数控)铣削、镗削等机加领域的圆筒轴类结构件精密机械加工技术领域，尤其是指一种点接触式可变径定心装置。


背景技术：

2.目前，圆筒轴类结构件的精密机械加工，通常制作螺纹胀胎或定直径的圆柱芯轴工装进行定心找正。
3.其中，螺纹胀胎是随着螺纹胀胎中锥形螺钉的拧紧，胀胎内的锥形螺钉外圆锥体结构发生直线位移，推动与其配合的胀胎内圆锥面发生圆周方向的径向弹性变形，以此来自动找正圆筒轴类结构件的轴线中心，但螺纹胀胎的装夹为圆周线接触，在加工过程中，圆筒轴类结构件的内圆周侧壁沿着零件轴向方向上的夹紧力和切削力受力不均，加工精度不易保证。而定直径圆柱芯轴工装则是根据被加工零件的内孔尺寸，进行小间隙配合设计芯轴直径，同时，还需考虑沿轴向方向上的配合长度，若配合长度过长，则零件与定直径圆柱芯轴的装卸困难，在装卸零件时会损伤零件的内孔表面；若配合长度过短，则零件的定位稳定性较差，不易稳定的定位装夹。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种点接触式可变径定心装置，能有效保证零件加工精度，且具有容易实现与零件之间的拆装、不会损伤零件的内孔表面且与零件之间的定位稳定性高的优点。
5.为达到上述目的，本发明提供了一种点接触式可变径定心装置，其中，所述点接触式可变径定心装置包括基座、驱动机构及至少三组定心机构，所述基座包括呈圆柱状的底部及由所述底部的上表面向上延伸形成的呈柱状的延伸部，所述延伸部的内部沿其轴向开设有贯通的轴向通道，所述轴向通道与所述底部同心设置，所述底部的内部开设有至少三条沿其径向开设并贯通所述底部的外周面的径向通道，各所述径向通道沿所述底部的周向均匀间隔设置，且各所述径向通道均与所述轴向通道连通，各所述定心机构一一对应的设于各所述径向通道中，且所述驱动机构设于所述轴向通道内，所述驱动机构能沿所述轴向通道向下运动并同时与各组所述定心机构相抵接以推动各所述定心机构同步且等量的凸出于所述底部的外周面。
6.如上所述的点接触式可变径定心装置，其中，所述驱动机构包括推杆及主动球，所述主动球设于所述轴向通道的内部，所述推杆纵向设于所述轴向通道的内部，所述推杆的下端与所述主动球的顶部相接触，所述推杆的上端向上凸伸至所述延伸部的顶面上方。
7.如上所述的点接触式可变径定心装置，其中，所述延伸部的顶部能拆装地设有顶部盖板，所述顶部盖板的中央开设有与所述轴向通道同心的通孔，所述推杆的下端贯穿所述通孔伸入至所述轴向通道中。
8.如上所述的点接触式可变径定心装置，其中，所述推杆的外周面上设有外螺纹，所
述通孔的孔壁上设有能与所述外螺纹相螺接的内螺纹，所述推杆与所述通孔螺纹相接。
9.如上所述的点接触式可变径定心装置，其中，所述推杆的下端面为能与所述主动球的球面相配合的向上凹的球面，所述球面的半径与所述主动球的半径相等。
10.如上所述的点接触式可变径定心装置，其中，所述推杆的上端面上向下凹设有旋拧沉孔。
11.如上所述的点接触式可变径定心装置，其中，各组所述定心机构均包括从动球、顶推件及侧部盖板，所述从动球及所述顶推件沿着由所述径向通道的靠近所述底部的中心的一端至所述底部的外周面的方向设于对应的所述径向通道中，所述从动球与所述顶推件的靠近所述底部的中心的一端相接触，所述顶推件的另一端伸至所述底部的外周面处，所述侧部盖板能拆装地与所述底部的外周面相接并覆盖所述径向通道于所述底部的外周面上的贯通处，所述侧部盖板上开设有能供所述顶推件的远离所述从动球的一端穿过的穿孔，所述主动球与各所述定心机构的所述从动球相接触。
12.如上所述的点接触式可变径定心装置，其中，所述顶推件包括推板及顶杆，所述推板的一侧表面与所述从动球相接触，所述顶杆的一端与所述推板的另一侧表面固定相接，且所述顶杆的另一端伸至所述底部的外周面处，所述定心机构还包括复位弹簧，所述复位弹簧套设于所述顶杆上，且所述复位弹簧的两端分别与所述侧部盖板、所述推板相抵接，在所述主动球驱动各所述从动球推动对应的各所述顶推件的所述顶杆伸出至所述底部的外周面的状态下，所述复位弹簧呈压缩状态。
13.如上所述的点接触式可变径定心装置，其中，各所述定心机构的各所述顶推件的所述顶杆的能伸出至所述底部的外周面的端部均呈朝向远离对应的所述从动球的方向凸起的球面。
14.如上所述的点接触式可变径定心装置，其中，所述主动球与所述轴向通道之间以及所述从动球与对应的所述径向通道之间的单边间隙为0.01mm～0.02mm。
15.与现有技术相比，本发明的优点如下：
16.本发明提供的点接触式可变径定心装置，通过驱动机构能同步驱动至少三组定心机构沿底部的径向通道等量凸出底部的外周面，各组定心机构凸出于底部外周面的端部均与零件的内孔表面接触，保证了零件的径向定心精度，从而保证零件的加工精度；且通过控制各组定心机构凸出于底部的外周面的位移能顺利实现本发明与零件之间的拆装，各组定心机构的凸出于底部的外周面的端部均与零件的内孔表面接触，且能有效保证本发明与零件之间的定位稳定性。各组定心机构凸出于底部外周面的端部朝远离零件内孔表面的方向回缩时，与零件的内孔表面分离，则顺利实现了本发明与零件的拆分，且零件内孔表面不会受到机械损伤。
附图说明
17.以下附图仅旨在于对本发明进行示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
18.图1是本发明提供的点接触式可变径定心装置的立体结构示意图；
19.图2是本发明提供的点接触式可变径定心装置的平面结构示意图；
20.图3是本发明提供的点接触式可变径定心装置的俯视结构示意图；
21.图4是沿图3中a-a线的剖面结构示意图；
22.图5是本发明提供的点接触式可变径定心装置的基座的立体结构示意图；
23.图6是本发明提供的点接触式可变径定心装置的基座的平面结构示意图；
24.图7是沿图6中b-b线的剖面结构示意图；
25.图8是本发明提供的点接触式可变径定心装置的基座的俯视结构示意图；
26.图9是沿图8中c-c线的剖面结构示意图；
27.图10是本发明提供的点接触式可变径定心装置的驱动机构的推杆的平面结构示意图；
28.图11是沿图10中d-d线的剖面结构示意图；
29.图12是本发明提供的点接触式可变径定心装置的驱动机构的推杆的俯视结构示意图；
30.图13是本发明提供的点接触式可变径定心装置的顶部盖板的俯视结构示意图；
31.图14是沿图13中e-e线的剖面结构示意图；
32.图15是本发明提供的点接触式可变径定心装置的顶推件的顶杆的立体结构示意图；
33.图16是本发明提供的点接触式可变径定心装置的顶推件的顶杆的平面结构示意图；
34.图17是本发明提供的点接触式可变径定心装置的侧部盖板的立体结构示意图；
35.图18是本发明提供的点接触式可变径定心装置的侧部盖板的平面结构示意图；
36.图19是沿图18中f-f线的剖面结构示意图；
37.图20是本发明提供的点接触式可变径定心装置的于一零件中的使用状态示意图。
38.附图标号说明：
39.1、基座；
40.11、底部；
41.111、径向通道；
42.12、延伸部；
43.121、轴向通道；
44.13、顶部盖板；
45.131、通孔；
46.14、连接座；
47.141、底部沉孔；
48.142、凹槽；
49.2、驱动机构；
50.21、推杆；
51.211、旋拧沉孔；
52.22、主动球；
53.3、定心机构；
54.31、从动球；
55.32、顶推件；
56.321、推板；
57.322、顶杆；
58.33、侧部盖板；
59.331、穿孔；
60.34、复位弹簧；
61.4、压紧件；
62.41、卡爪式压板；
63.411、爪部；
64.42、垫圈；
65.43、紧固螺母。
具体实施方式
66.为了对本发明的技术方案、目的和效果有更清楚的理解，现结合附图说明本发明的具体实施方式。
67.其中，本发明中所记载的表示方向的“上”、“下”，请参考图4，图4中的上方即为“上”，图4中的下方即为“下”，需要说明的是，本发明中所记载的表示方向的“上”、“下”仅是为了更清楚详细地说明本发明的具体结构，本发明并不以此为限。
68.如图1～图9及图20所示，本发明提供了一种点接触式可变径定心装置，其中，点接触式可变径定心装置包括基座1、驱动机构2及至少三组定心机构3，基座1包括呈圆柱状的底部11及由底部11的上表面向上延伸形成的呈柱状(优选圆柱状)的延伸部12，延伸部12的内部沿其轴向开设有贯通的轴向通道121，轴向通道121与底部11同心设置，优选为延伸部12、底部11及轴向通道121三者同心(同轴)设置，底部11的内部开设有至少三条沿其径向开设并贯通底部11的外周面的径向通道111，即各径向通道111均沿底部11的径向延伸设置，每条径向通道111的一端均延伸至底部11的中心处并相互连通，且每条径向通道111的另一端均贯穿底部11的外周面，各径向通道111沿底部11的周向均匀间隔分布设置，且各径向通道111均于底部11的中心处与轴向通道121的下端连通，各定心机构3一一对应的设于各径向通道111中，且驱动机构2设于轴向通道121内，驱动机构2能沿轴向通道121上下往复运动，在驱动机构2沿轴向通道121向下运动的过程中，驱动机构2的下端能同时与各组定心机构3的靠近底部11的中心的一端相抵接以推动各定心机构3的远离底部11的中心的一端同步且等量的凸出于底部11的外周面，且在驱动机构2沿轴向通道121向上运动撤去施加于各定心机构3上的作用力后，各定心机构3能向底部11的内部回缩以与零件的内孔表面分离。
69.本发明提供的点接触式可变径定心装置，通过驱动机构2能同步驱动至少三组定心机构3沿底部11的径向通道等量凸出于底部11的外周面，各组定心机构3凸出于底部11外周面的端部均与零件的内孔表面接触，保证了零件的径向定心精度，从而保证零件的加工精度；且通过控制各组定心机构3凸出于底部11的外周面的位移能顺利实现本发明与零件之间的拆装，各组定心机构3的凸出于底部11的外周面的端部均与零件的内孔表面接触，且能有效保证本发明与零件之间的定位稳定性，各组定心机构3的凸出于底部11外周面的端部朝向远离零件的内孔表面的方向回缩时，与零件的内孔表面分离，则顺利了实现本发明与零件的拆分，且使零件的内孔表面不会受到机械损伤。
70.进一步地，如图1～图4及图20所示，本发明提供的点接触式可变径定心装置，其中，驱动机构2包括推杆21及主动球22，主动球22设于轴向通道121的内部，推杆21纵向设于轴向通道121的内部并位于主动球22的上方，推杆21的下端与主动球22的顶部相接触，主动球22与各定心机构3的靠近底部11的中心的一端相抵接，推杆21的上端向上凸伸至延伸部12的顶面上方，通过调整推杆21向伸入轴向通道121的方向(向下)移动，推杆21的下端能推动主动球22向下运动，从而使主动球22的外表面推抵各定心机构3朝向相互远离的方向移动，以达到使各定心机构3的远离底部11的中心的一端同步且等量的凸伸至底部11的外部的效果。
71.更进一步地，如图1～图4、图13～图14及图20所示，本发明提供的点接触式可变径定心装置，其中，延伸部12的顶部能拆装地设有顶部盖板13，顶部盖板13的中央开设有与轴向通道121同心的通孔131，推杆21的下端贯穿通孔131伸入至轴向通道121中；
72.其中，顶部盖板13可以通过多个螺栓或螺钉与延伸部12的顶部能拆装地相接，请参见图3及图13所示，螺钉或螺栓优选为四个，沿顶部盖板13的周向均匀间隔设置，且顶部盖板13上用于安装螺栓或螺钉的孔均为沉头孔；
73.另外，请参见图4及图14所示，顶部盖板13的下表面上可以向下凸设一同轴的台阶，台阶的径向尺寸小于顶部盖板13的径向尺寸，也就是使顶部盖板13的下表面形成由上至下尺寸缩小的台阶结构，同时，请配合参见图4及图9所示，于轴向通道121的上端处通过变径形成一个朝上的台阶面，也就是使轴向通道121形成由上至下尺寸缩小的台阶孔，在安装顶部盖板13时，使顶部盖板13下表面的台阶结构伸入至轴向通道121上端处的台阶面上方，以在通过螺栓或螺钉将顶部盖板13与延伸部12固定之前，顶部盖板13能受到一定的径向限位而保持在延伸部12的顶部处，需要注意的是，台阶结构与轴向通道121的内周面之间无配合关系，二者之间具有一定的间隙，以便于对顶部盖板13与延伸部12之间的径向相对位置进行调整，以保证通孔131与轴向通道121的同轴。
74.作为优选，如图4、图9及图14所示，本发明提供的点接触式可变径定心装置，其中，推杆21的外周面上设有外螺纹，通孔131的孔壁上设有能与外螺纹相螺接的内螺纹，推杆21与通孔131螺纹相接，在使用过程中，通过旋转推杆21以实现推杆21沿轴向通道121的往复移动。
75.作为优选，如图4及图10～图12所示，本发明提供的点接触式可变径定心装置，其中，推杆21的下端面为能与主动球22的球面相配合的向上凹的球面，球面的半径与主动球22的半径相等，以增加推杆21的下端面与主动球22的球面之间的接触面积，避免出现主动球22与推杆21之间接触面积太小而导致二者之间的接触位置容易磨损的情况。
76.作为优选，如图1、图3～图4及图11～图12所示，本发明提供的点接触式可变径定心装置，其中，推杆21的上端面上向下凹设有旋拧沉孔211，以便于采用工具与推杆21相接，以顺利实现推杆21的旋动。
77.进一步地，如图1～图4、图15～图19所示，本发明提供的点接触式可变径定心装置，其中，各组定心机构3均包括从动球31、顶推件32及侧部盖板33，从动球31及顶推件32沿着由径向通道111的靠近底部11的中心的一端至底部11的外周面的方向设于对应的径向通道111中，从动球31与顶推件32的靠近底部11的中心的一端相接触，顶推件32的另一端伸至底部11的外周面处，侧部盖板33能拆装地与底部11的外周面相接并覆盖径向通道111于底
部11的外周面上的贯通处，侧部盖板33上开设有能供顶推件32的远离从动球31的一端穿过的穿孔331，主动球22与各定心机构3的从动球31相接触，推杆21向下运动的过程中，推杆21的下端推动主动球22，通过主动球22推动各从动球31以使各顶推件32朝向相互远离的方向移动，以达到各顶推件32的远离底部11的中心的一端同步且等量的伸出至底部11的外周面，在推杆21向上运动的过程中，推杆21的下端不再向主动球22施加作用力，此时从动球31及顶推件32均不再受到来自主动球22的推力，此时各顶推件32在受到其他朝向底部11的中心的作用力的情况下能顺利向底部11的内部回缩；
78.其中，侧部盖板33与底部11之间也可以采用螺栓或螺钉能拆装地连接，螺栓或螺钉优选为四个，均布于侧部盖板33的四个角处，且侧部盖板33上用于安装螺栓或螺钉的孔均为沉头孔。
79.更进一步地，如图4及图15～图16所示，本发明提供的点接触式可变径定心装置，其中，顶推件32包括推板321及顶杆322，推板321沿对应的径向通道111的径向布设，推板321的一侧表面与从动球31相接触，顶杆322的一端与推板321的另一侧表面固定相接，且顶杆322的另一端伸至底部11的外周面处，定心机构3还包括复位弹簧34，复位弹簧34套设于顶杆322上，且复位弹簧34的两端分别与侧部盖板33、推板321相抵接，在主动球22驱动各从动球31推动对应的各顶推件32的顶杆322伸出至底部11的外周面的状态下，复位弹簧34呈压缩状态，且在主动球22不再向各从动球31施加作用力的状态下，由于各复位弹簧34自身的弹性回复力，推动推板321并带动顶杆322朝向底部11的内部回缩。
80.作为优选，如图1～图4及图15～图16所示，本发明提供的点接触式可变径定心装置，其中，各定心机构3的各顶推件32的顶杆322的能伸出至底部11的外周面的端部均呈朝向远离对应的从动球31的方向凸起的球面，以使各顶杆322与零件的内孔表面之间形成点接触，从而提高二者之间的定心精度，且避免本发明对内孔表面造成损伤。
81.作为优选，本发明提供的点接触式可变径定心装置，其中，主动球22与轴向通道121之间以及从动球31与对应的径向通道111之间的单边间隙为0.01mm～0.02mm，以保证本发明的精度。
82.其中，主动球22与从动球31均为钢球，在使用时可以在轴向通道121及径向通道111内涂抹少量的润滑脂，以减少主动球22及各从动球31的磨损。
83.另外，如图20所示，基座1的底部11的下方一体成型设有连接座14，连接座14与底部11同轴设置，且连接座14的外径大于底部11的外径，连接座14与底部11之间的连接处形成朝上的环形台阶面，连接座14的底面上向上凹设形成有与连接座14同轴的底部沉孔141，连接座14用于与机床工作台定位相接，通过底部沉孔141的设置，能减少连接座14的底面与机床工作台之间的接触面积，提高二者之间接触面的形位精度和表面质量，并且通过底部沉孔141实现能与机床之间的定位安装，提高二者之间的位置精度，如垂直度、位置度要求，同时还具有减重作用，提高本发明的轻便性；
84.在使用时，本发明的基座1的底部11及延伸部12均伸入至零件的内孔中，且通过各定心机构3，使本发明与零件同轴安装，同时还可以通过压紧件4来提高本发明与零件之间连接的紧固性，防止在加工过程中二者之间产生周向相对转动，例如压紧件4可以包括卡爪式压板41、垫圈42及紧固螺母43，卡爪式压板41套设于推杆21上，垫圈42套设于推杆21上并位于卡爪式压板41的上方，最后将紧固螺母43旋拧于推杆21上并向下顶抵于垫圈42上，卡
爪式压板41具有多个径向延伸的爪部411，在紧固螺母43抵紧于卡爪式压板41的上表面时，各爪部411与零件之间压紧定位，其中压紧件4的具体结构是根据图20中的零件的具体结构而设置的，对应具有不同结构的零件，可以使压紧件4具有不同的结构，只要能起到紧固作用即可，本发明并不以此为限；接着将本发明的基座1的连接座14与机床工作台定位安装，即可保证零件径向定心精度，从而保证零件的加工精度。
85.其中，连接座14与基座1之间的环形台阶面上凹设有多条沿其径向延伸的凹槽142，以便于切屑和切削液的排出。
86.与现有技术相比，本发明的优点如下：
87.1、本发明适用于圆筒轴类零件的径向定心，使用快捷方面，精度高。
88.2、本发明充分并巧妙的利用球体接触运动原理，将主动球的直线位移转换成从动球的沿径向的径向扩展位移，结构简单，在设有三组定心机构时，径向扩展方向呈120
°
均布结构，从动球进一步推动顶推件，顶推件的顶杆的呈弧形的端面与圆筒轴类零件的内孔形成三点接触，能够自动定心，同时，顶推件受复位弹簧自身的弹性回复力，在整个定心作用结束后能自动复位，效率高。
89.3、本发明对被定位的圆筒轴类零件的内孔尺寸精度要求不高，因其具有可变径作用设计，顶推件的径向扩展位移可以在厘米级范围内运动，且多处顶推件的扩展位移量始终保持一致，针对同批次圆筒轴类零件内孔尺寸不一致时，可以完美兼容使用。
90.4、在本发明顶推件的径向扩展位移活动范围内，本发明具有通用性广的优点。
91.5、本发明可进行结构同比例增减设计，定心机构也可以增加设计成四处及以上结构，以满足特殊的定位需求。
92.6、本发明既能够应用于结构规则的圆柱体结构，同时又可以根据被定位零件的结构不同，如零件的内部结构为偏心式方形结构(即零件的主要结构轴线与定位结构的轴线存在一定的偏置距离)，将本发明设计成定心机构径向扩展位移不等距的形式(即不同定心机构的径向扩展位移量不等)，用于满足特殊形状尺寸定位结构零件的径向定心需求。
93.以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。