一种保证板式工件平行度、同轴度定位工装的设计研究

朱家洲，杭恩照，吴林林，王新华

（南京埃斯顿机器人工程有限公司，江苏 南京 210000）

在工业自动化装配中，为了使工件在每次工序的操作过程中都具有确定、准确的位置，保证操作的精度，必须通过定位夹具来保证，定位夹具可以保证每次操作时工件位置的一致性。许多板式工件对平行度和同轴度都有装配的精度要求，仅靠人工安装，无法保证其精度，且多次安装调整还会损坏相互配合的其它零件，大大影响了产品性能。不仅增加成本，也会增加相应的劳动量，严重不满足自动化的需求。一套工装设计质量的好坏，最为关键的就是其结构设计。故针对以上情况，需要设计一种保证板式工件的平行度、同轴度的杆式定位工装。

1 杆式定位工装的结构和工作原理

杆式定位工装由高精度安装轴、防松螺母、轴端U型挡圈、工件、定位隔套、U型隔板、防松螺母、球头柱塞组成，杆式定位工装结构如图1所示。

图1 杆式定位工装结构示意图

图1所示的结构含有4种装配板式工件。现结合图1，对定位工装进行详细介绍。装配体按照从左向右的顺序依次安装，4工件由3轴端U型挡圈凸台圆柱面来定位工件上的孔位，保证同轴度，由3轴端U型挡圈和5定位隔套（短）端面去定位轴向位置；6工件由7定位隔套（长）凸台圆柱面来定位工件上的孔位，保证同轴度，由5定位隔套（短）和7定位隔套（长）端面去定位轴向位置；10工件由9定位隔套（长）凸台圆柱面定位了工件上的孔位，保证同轴度，由11定位隔套（短）和9定位隔套（长）端面去定位轴向位置；12工件由13轴端U型挡圈凸台圆柱面再定位工件上的孔位，保证同轴度，由13轴端U型挡圈和11定位隔套（短）端面去定位轴向位置。15球头柱塞安装在1高精度安装轴内，用于消除1高精度安装轴与5定位隔套（短）之间的间隙，柔性配合，防止1高精度安装轴和5定位隔套（短）相对转动；16球头柱塞安装在1高精度安装轴内，用于消除1高精度安装轴与7定位隔套（长）之间的间隙，柔性配合，防止1高精度安装轴和7定位隔套（长）相对转动；17球头柱塞安装在1高精度安装轴内，用于消除1高精度安装轴与9定位隔套（长）之间的间隙，柔性配合，防止1高精度安装轴和9定位隔套（长）相对转动；18球头柱塞安装在1高精度安装轴内，用于消除1高精度安装轴与11定位隔套（短）之间的间隙，柔性配合，防止1高精度安装轴和11定位隔套（短）相对转动；15球头柱塞、16球头柱塞、17球头柱塞、18球头柱塞的顶部为一滚珠，采用弹簧顶滚珠的方式，使得滚珠下压的距离可以自动地柔性调整，以此来消除间隙，防止相对转动，方便安装和定位。

2 关键技术

2.1 保证板式工件的同轴度和平面度

安装轴的设计根据轴上定位工件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。轴的工作能力包含轴的强度、刚度和振动稳定性等方面。工装由高精度安装轴和定位隔套构成，依靠定位隔套的定位面来保证多个板式工件之间的平行度，定位隔套端面的加工精度容易保证，利用凸台和高精度安装轴来保证板料对应孔的同轴度。安装轴利用对中顶尖孔定位，方便加工，两端防松螺母向中间锁紧，调节方便，保证了稳固的夹紧力。杆式定位工装细化结构如图2。

图2 杆式定位工装细化结构示意图

2.2 消除安装轴和定位隔套的间隙

依靠多个球头柱塞来消除安装轴和定位隔套的间隙，提高了工装的安装精度，同时利用球头柱塞的柔性配合，解决了传统工装精度低的问题。

2.3 解决装配、拆卸困难的问题

如图2所示，相邻定位隔套之间安装有U型隔板，轴端采用轴端U型挡圈限位，拆卸时，松螺母后，可先直接取下U型隔板和轴端U型挡圈，再依次取出其余零件，拆卸十分方便，反之，安装时也可先依次装入其它零件，再插上U型隔板和U型挡圈，最后锁紧两端螺母即可；装拆时，球头柱塞上的滚珠可跟随定位隔套滚动，变滑动摩擦为滚动摩擦，减小装拆时的阻力，解决了传统工装法的安装与拆卸困难的问题。

3 结语

针对板式工件对平行度和同轴度均有装配精度要求的情况，设计了一种保证板料平行度、同轴度的杆式定位工装。可以有效解决现实中的问题，在保证装配精度的情况下，安装拆卸方便，保证工件本体不受损坏，同时提高生产效率，降低生产成本。