用于两端对称产品加工的对称零点定位装置

技术领域：

本发明涉及机械加工设备技术领域，特别涉及一种用于两端对称产品加工的对称零点定位装置。

背景技术：

在车削加工等机加工工作中，经常涉及两端对称产品的加工操作，在使用传动加工定位方式时，通常采用单侧对刀定位方式，由加工设备去适应工件的实际位置，加工长度较大的产品会产生较大的累积误差，影响加工精度。在需要更换加工设备的情况下，每次移动工件都需要重新对刀并大幅度调整定位，当加工设备的加工区域受限时，还需要准确的吊装上料操作，长时间占用吊装设备，既增加了工作量，又降低了生产效率。

发明内容：

鉴于此，有必要设计一种用于两端对称产品加工的对称零点定位装置，使两端对称产品可以在较低精度的吊装后，通过与该对称零点定位支撑架的相对动作，实现工件适应设备的精确进料定位。

用于两端对称产品加工的对称零点定位装置，包括对称零点判定装置、定位修正装置、定位修正传动装置和驱动装置。

其中对称零点判定装置包括对称零点标记环和随动槽辊，对称零点标记环固定安装在待加工产品上，对称零点标记环设置有突出的环状脊，随动槽辊为设置有环状凹槽的转辊，在待加工产品放置到位时，环状凹槽与环状脊嵌合，随动槽辊相对待加工产品轴向定位。

上述对称零点标记环，包括标记环体、拉线绕轨、拉线和拉线装置；其中绕轨安装在代加工工件对称点处，其外表面设置有垂直工件轴线的多个环型凹槽，标记环体由三块相同的弧形体拼接组成，弧形体之间使用螺钉连接固定，标记环体套置在拉线绕轨外，拉线装置有三组，均布安装在标记环体内侧。

拉线装置由线轮、线轮基座、基座定高螺栓和基座插齿组成，其中线轮有四个分为两组，每组内两个线轮相互平行，对称安装在线轮基座四角处；线轮基座中央开通孔，基座定高螺栓穿过该通孔，与标记环体内侧设置的螺孔连接，线轮基座上表面设置至少两个基座插齿，标记环体内表面设置与基座插齿数量性状对应的插孔，基座插齿插入插孔内；拉线首尾相接并设置张紧接头，拉线在拉线绕轨与线轮间规律缠绕并张紧实现标记环体与拉线绕轨的连接定位，标记环体形成环状脊。

上述拉线绕轨采用片状聚乙烯塑料制作，安装时，将工件以两端支撑的方式架起，测量工件确定其对称零点，将裁剪至合适长度的拉线绕轨黏贴或捆扎固定在工件的对称零点处，微调使其环形凹槽所在平面准确垂直于工件轴线，拉线装置预先安装在弧形体上，环绕拉线绕轨拼接弧形体使标记环体成型，之后对拉线进行绕线操作，绕线完成后将拉线的首尾连接并首次张紧，使标记环体固定在拉线绕轨上，最后通过转动调整各基座定高螺栓使标记环体与工件共轴。

上述绕线过程中，拉线在由线轮引至拉线绕轨后，应沿拉线绕轨绕行二分之一圆周后再连接下一线轮，以顺时针标记线轮为a、b、c、d、e、f，推荐单轮绕法为顺时针a、f、e、d、c、b，推荐双轮绕法为顺时针ab、ef、cd；拉线首尾连接处应位于线轮与线轮之间或线轮与拉线绕轨之间。

定位修正装置由支撑轮、支撑轮座、轮座转轴和转轴基座组成，支撑轮安装在支撑轮座内，支撑轮工作面与代加工产品下表面接触并支撑代加工产品重力，支撑轮座通过轮座转轴与转轴基座转动连接，轮座转轴指向代加工产品轴线。

定位修正传动装置包括槽辊轴、槽辊轴滑槽、铰接杆和轮座旋转驱动杆，其中槽辊轴与代加工产品轴线平行，其始端作为随动槽辊的转轴，并与随动槽辊轴向定位，槽辊轴套装在槽辊轴滑槽内，槽辊轴滑槽安装在转轴基座侧面，用于限制槽辊轴只沿其轴向运动；轮座旋转驱动杆安装在轮座转轴或支撑轮座侧面，相对支撑轮座固定，铰接杆两端分别与槽辊轴末端、轮座旋转驱动杆外端铰接。

驱动装置包括机架、电机、驱动皮带、皮带轮系和传动齿轮；其中机架为上宽下窄的梯形板式机架，其梯形四角处各设置一个转轴，机架上部一侧向外延伸，该延伸部安装有电机；皮带轮系由皮带导引轮、导引轮外延架、外延架弹簧和驱动轮组成，导引轮外延架有两根，其中段铰接在机架上部的转轴上，两根导引轮外延架的上端由外延架弹簧相互连接，外延架弹簧为拉力弹簧，皮带导引轮有六个，其中四个分别安装在机架梯形四角的转轴上，另两个分别安装在导引轮外延架下端，驱动轮安装在机架中央，并设置有外延的驱动轴，驱动轴通过传动齿轮与电极传动连接；驱动皮带环绕机架，与所有皮带导引轮外侧接触限位，并在机架梯形下部两角的皮带导引轮之间向上延伸，绕行驱动轮。

在工作时，电机通过传动齿轮、驱动轮传动使驱动皮带转动，外延架弹簧拉动导引轮外延架，使安装在导引轮外延架下端的皮带导引轮外移，进而使皮带张紧并贴附在工件侧上方表面上，通过驱动皮带与工件表面的摩擦力带动工件转动，实现设计功能。

驱动皮带于在机架梯形下部两角的皮带导引轮之间向上延伸并接触驱动轮，其技术效果在于使驱动轮与驱动皮带的摩擦传动过程、驱动皮带与工件的摩擦传动过程都集中发生在驱动皮带的同一面上，方便在驱动皮带的该工作面上设置增加摩擦力的结构或材料，提高传动效率；同时，该结构还将驱动皮带与工件的接触传动面分隔为两段，使接触传动面的构型趋近于两侧夹持工件，避免从工件正上方向下张紧接触，降低该驱动过程对工件的下压力，减少了支撑轮的受力以防止该定位操作过程影响工件的轴线位置。

本设计中，相关装置均设置在代加工产品中段，预先在代加工产品上进行一次测量后，安装对称零点标记凸脊，使环状脊对齐对称零点并垂直于产品轴线，在吊装操作后，环状脊嵌入环状凹槽，使用驱动装置驱动代加工产品低速转动，随动槽辊、支撑轮在工件转动的带动下随动，当环状脊偏离加工设备的预设对称点时，其会挤压环状凹槽并带动随动槽辊沿其轴线移动，通过铰接杆传动后驱动支撑轮座转动，使支撑轮转向偏离工件轴线的垂直面，进而在随动过程中产生沿工件轴线的摩擦力分量，由该摩擦力分量驱动工件沿其轴线运动，使其的对称零点趋近加工设备的预设对称点，实现定位功能。该过程中，支撑轮的转动角度与工件受轴向力的大小正相关，而支撑轮的转动角度与工件偏离加工设备预设对称点的距离亦为正相关，因此形成对工件回归预设对称点的正反馈控制，即偏离距离越远，回位的驱动力越大，在偏离距离缩小的过程中回位驱动力同步减小，最终依靠工件惯性达到加工设备的预设对称点。由于上述工作原理，本设计具有很高的定位对齐操作效率和定位对齐精度。

在加工过程中，如需要更换加工设备，仅需要在吊装工件后驱动工件短时间旋转即可使其对齐加工设备的预设对称点，无需重新测量的步骤，相关工作量大幅降低。

优选的，环状凹槽为坡面V型槽，对应的，环状脊外缘设置有倒角坡面。该坡面结构除了扩大嵌合落位范围，放宽吊装进料精度要求外，还具有适应环状凸脊外缘圆度公差的效果，进一步提高定位操作的精度，并减小工件振动。

优选的，定位修正装置有多个，减小单个支撑轮受力，降低设备故障率，定位修正装置应沿代加工产品轴线方向顺次布置。

进一步的，多个定位修正装置中，最接近随动槽辊的定位修正装置如上所述与通过铰接杆与槽辊轴铰接传动，其他定位修正装置通过铰接杆以平行四边形铰接联动方式与最接近随动槽辊的定位修正装置铰接传动并同步动作。

进一步的，由于多次铰接传动存在传动误差累积问题，会造成定位精度下降，因此定位修正装置为四个或以上时，应将定位修正装置分布在随动槽辊两侧，其结构以随动槽辊为界呈镜面对称。

优选的，支撑轮工作面设置有橡胶垫层，防止支撑轮与代加工工件相互摩擦磨损，同时增加两者间的摩擦力，提高定位对齐操作效率。

优选的，拉线绕轨的宽度大于线轮的轴向间距，环形凹槽设置在拉线绕轨的两侧边缘处，使拉线外偏为A型结构，提高标记环体的轴向稳定性。进一步的，线轮的转轴外偏，形成A型结构，适配拉线的A型结构，防止拉线在张紧过程中脱离线轮。

优选的，拉线有两根，其一缠绕左侧线轮与左侧环形凹槽，另一缠绕右侧线轮与右侧环形凹槽，即将拉线对标记环体的轴向支撑分为左右两组拉线结构，该结构下可以通过调整两组拉线的张紧幅度来微调标记环体在工件轴向上的位置，提高其定位准确性。

优选的，环形凹槽与拉线接触面设置有弹性垫，用于减小拉线与拉线绕轨间的摩擦，防止拉线在操作过程中割伤环形凹槽而导致标记环体的定位松动。进一步的，弹性垫为包裹拉线的尼龙线套。

优选的，机架由两块梯形板和角铁组成，两块梯形板之间通过转轴连接固定，驱动皮带、皮带轮系夹在两块梯形板之间，角铁安装在其中一块梯形板上部并外延，电机安装在角铁上，外延的角铁可作为驱动器的举升支架，通过在其末端设置铰接及举升装置来控制驱动器与工件的接触状态。

优选的，传动齿轮为伞齿轮副，即电机安装在机架侧面，电机轴与工件轴垂直，大幅减小驱动器在工件轴方向上的尺寸，提高其适装性。

优选的，驱动皮带与驱动轮的接触面设置有防滑槽，提高驱动轮与驱动皮带、驱动皮带与工件的摩擦传动效率。

本发明提供了一种用于两端对称产品加工的对称零点定位支撑架，通过无牙螺母工作原理的变形结构，实现了加工两端对称产品时，工件主动动作对齐加工设备预设对称点的功能，并且具有很高的对齐操作效率和对齐精度，大幅降低了相关工作量。

附图说明：

附图1是用于两端对称产品加工的对称零点定位装置具体实施例结构示意图；附图2是用于两端对称产品加工的对称零点定位装置具体实施例仰视结构示意图；

附图3是用于两端对称产品加工的对称零点定位装置随动槽辊安装结构示意图；附图4是用于两端对称产品加工的对称零点定位装置定位修正装置安装结构示意图；

附图5是用于两端对称产品加工的对称零点定位装置对称零点标记环结构示意图；

附图6是用于两端对称产品加工的对称零点定位装置对称零点标记环剖视结构示意图；

附图7是用于两端对称产品加工的对称零点定位装置驱动装置测试结构示意图。图中，对称零点标记环1、标记环体101、螺孔1011、插孔1012、拉线绕轨102、环型凹槽1021、拉线103、张紧接头1031、拉线装置104、线轮1041、线轮基座1042、基座定高螺栓1043、基座插齿1044、随动槽辊202、环状凹槽2021、支撑轮2031、支撑轮座2032、轮座转轴2033、转轴基座2034、槽辊轴2041、槽辊轴滑槽2042、铰接杆2043、轮座旋转驱动杆2044、机架301、角铁3011、转轴3012、电机302、驱动皮带303、皮带导引轮3041、导引轮外延架3042、外延架弹簧3043、驱动轮3044、传动齿轮305、工件4。

具体实施方式：

用于两端对称产品加工的对称零点定位装置，包括对称零点判定装置、定位修正装置、定位修正传动装置和驱动装置。

其中对称零点判定装置包括对称零点标记环1和随动槽辊202，对称零点标记环1固定安装在待加工产品上，对称零点标记环1设置有突出的环状脊，随动槽辊202为设置有环状凹槽2021的转辊，在待加工产品放置到位时，环状凹槽2021与环状脊嵌合，随动槽辊202相对待加工产品轴向定位。上述环状凹槽2021为坡面V型槽，对应的，环状脊外缘设置有倒角坡面。该坡面结构除了扩大嵌合落位范围，放宽吊装进料精度要求外，还具有适应环状凸脊外缘圆度公差的效果，进一步提高定位操作的精度，并减小工件4振动。。

上述对称零点标记环1，包括标记环体101、拉线绕轨102、拉线103和拉线装置104；其中绕轨安装在代加工工件4对称点处，其外表面设置有垂直工件4轴线的多个环型凹槽，标记环体101由三块相同的弧形体拼接组成，弧形体之间使用螺钉连接固定，标记环体101套置在拉线绕轨102外，拉线装置104有三组，均布安装在标记环体101内侧。

拉线装置104由线轮1041、线轮基座1042、基座定高螺栓1043和基座插齿1044组成，其中线轮1041有四个分为两组，每组内两个线轮1041相互平行，对称安装在线轮基座1042四角处；线轮基座1042中央开通孔，基座定高螺栓1043穿过该通孔，与标记环体101内侧设置的螺孔1011连接，线轮基座1042上表面设置至少两个基座插齿1044，标记环体101内表面设置与基座插齿1044数量性状对应的插孔1012，基座插齿1044插入插孔1012内；拉线103首尾相接并设置张紧接头1031，拉线103在拉线绕轨102与线轮1041间规律缠绕并张紧实现标记环体101与拉线绕轨102的连接定位，标记环体101形成环状脊。

拉线绕轨102的宽度大于线轮1041的轴向间距，环形凹槽1021设置在拉线绕轨102的两侧边缘处，使拉线103外偏为A型结构，提高标记环体101的轴向稳定性。进一步的，线轮1041的转轴3012外偏，形成A型结构，适配拉线103的A型结构，防止拉线103在张紧过程中脱离线轮1041。

拉线103有两根，其一缠绕左侧线轮1041与左侧环形凹槽1021，另一缠绕右侧线轮1041与右侧环形凹槽1021，即将拉线103对标记环体101的轴向支撑分为左右两组拉线103结构，该结构下可以通过调整两组拉线103的张紧幅度来微调标记环体101在工件4轴向上的位置，提高其定位准确性。

环形凹槽1021与拉线103接触面设置有弹性垫，用于减小拉线103与拉线绕轨102间的摩擦，防止拉线103在操作过程中割伤环形凹槽1021而导致标记环体101的定位松动。本实施例中，弹性垫为包裹拉线103的尼龙线套。

上述拉线绕轨102采用片状聚乙烯塑料制作，安装时，将工件4以两端支撑的方式架起，测量工件4确定其对称零点，将裁剪至合适长度的拉线绕轨102黏贴或捆扎固定在工件4的对称零点处，微调使其环形凹槽1021所在平面准确垂直于工件4轴线，拉线装置104预先安装在弧形体上，环绕拉线绕轨102拼接弧形体使标记环体101成型，之后对拉线103进行绕线操作，绕线完成后将拉线103的首尾连接并首次张紧，使标记环体101固定在拉线绕轨102上，最后通过转动调整各基座定高螺栓1043使标记环体101与工件4共轴。

上述绕线过程中，拉线103在由线轮1041引至拉线绕轨102后，应沿拉线绕轨102绕行二分之一圆周后再连接下一线轮1041，以顺时针标记线轮1041为a、b、c、d、e、f，推荐单轮绕法为顺时针a、f、e、d、c、b，推荐双轮绕法为顺时针ab、ef、cd；拉线103首尾连接处应位于线轮1041与线轮1041之间或线轮1041与拉线绕轨102之间，本实施例附图为上述双轮绕法方案展示。

定位修正装置由支撑轮2031、支撑轮座2032、轮座转轴2033和转轴基座2034组成，支撑轮2031安装在支撑轮座2032内，支撑轮2031工作面与代加工产品下表面接触并支撑代加工产品重力，支撑轮座2032通过轮座转轴2033与转轴基座2034转动连接，轮座转轴2033指向代加工产品轴线。

定位修正传动装置包括槽辊轴2041、槽辊轴滑槽2042、铰接杆2043和轮座旋转驱动杆2044，其中槽辊轴2041与代加工产品轴线平行，其始端作为随动槽辊202的转轴3012，并与随动槽辊202轴向定位，槽辊轴2041套装在槽辊轴滑槽2042内，槽辊轴滑槽2042安装在转轴基座2034侧面，用于限制槽辊轴2041只沿其轴向运动；轮座旋转驱动杆2044安装在轮座转轴2033或支撑轮座2032侧面，相对支撑轮座2032固定，铰接杆2043两端分别与槽辊轴2041末端、轮座旋转驱动杆2044外端铰接。支撑轮2031工作面设置有橡胶垫层，防止支撑轮2031与代加工工件4相互摩擦磨损，同时增加两者间的摩擦力，提高定位对齐操作效率。

定位修正装置有多个，减小单个支撑轮2031受力，降低设备故障率，定位修正装置应沿代加工产品轴线方向顺次布置。多个定位修正装置中，最接近随动槽辊202的定位修正装置如上所述与通过铰接杆2043与槽辊轴2041铰接传动，其他定位修正装置通过铰接杆2043以平行四边形铰接联动方式与最接近随动槽辊202的定位修正装置铰接传动并同步动作。由于多次铰接传动存在传动误差累积问题，会造成定位精度下降，因此定位修正装置为四个或以上时，应将定位修正装置分布在随动槽辊202两侧，其结构以随动槽辊202为界呈镜面对称。

驱动装置包括机架301、电机302、驱动皮带303、皮带轮系和传动齿轮305；其中机架301为上宽下窄的梯形板式机架301，其梯形四角处各设置一个转轴3012，由两块梯形板和角铁3011组成，两块梯形板之间通过转轴3012连接固定，驱动皮带303、皮带轮系夹在两块梯形板之间，角铁3011安装在其中一块梯形板上部并外延，电机302安装在角铁3011上，外延的角铁3011可作为驱动器的举升支架，通过在其末端设置铰接及举升装置来控制驱动器与工件4的接触状态；皮带轮系由皮带导引轮3041、导引轮外延架3042、外延架弹簧3043和驱动轮3044组成，导引轮外延架3042有两根，其中段铰接在机架301上部的转轴3012上，两根导引轮外延架3042的上端由外延架弹簧3043相互连接，外延架弹簧3043为拉力弹簧，皮带导引轮3041有六个，其中四个分别安装在机架301梯形四角的转轴3012上，另两个分别安装在导引轮外延架3042下端，驱动轮3044安装在机架301中央，并设置有外延的驱动轴，驱动轴通过传动齿轮305与电极传动连接；驱动皮带303环绕机架301，与所有皮带导引轮3041外侧接触限位，并在机架301梯形下部两角的皮带导引轮3041之间向上延伸，绕行驱动轮3044。

上述传动齿轮305为伞齿轮副，即电机302安装在机架301侧面，电机302轴与工件4轴垂直，大幅减小驱动器在工件4轴方向上的尺寸，提高其适装性。驱动皮带303与驱动轮3044的接触面设置有防滑槽，提高驱动轮3044与驱动皮带303、驱动皮带303与工件4的摩擦传动效率。

在工作时，电机302通过传动齿轮305、驱动轮3044传动使驱动皮带303转动，外延架弹簧3043拉动导引轮外延架3042，使安装在导引轮外延架3042下端的皮带导引轮3041外移，进而使皮带张紧并贴附在工件4侧上方表面上，通过驱动皮带303与工件4表面的摩擦力带动工件4转动，实现设计功能。

驱动皮带303于在机架301梯形下部两角的皮带导引轮3041之间向上延伸并接触驱动轮3044，其技术效果在于使驱动轮3044与驱动皮带303的摩擦传动过程、驱动皮带303与工件4的摩擦传动过程都集中发生在驱动皮带303的同一面上，方便在驱动皮带303的该工作面上设置增加摩擦力的结构或材料，提高传动效率；同时，该结构还将驱动皮带303与工件4的接触传动面分隔为两段，使接触传动面的构型趋近于两侧夹持工件4，避免从工件4正上方向下张紧接触，降低该驱动过程对工件4的下压力，减少了支撑轮2031的受力以防止该定位操作过程影响工件4的轴线位置。

本设计中，相关装置均设置在代加工产品中段，预先在代加工产品上进行一次测量后，安装对称零点标记凸脊，使环状脊对齐对称零点并垂直于产品轴线，在吊装操作后，环状脊嵌入环状凹槽2021，使用驱动装置驱动代加工产品低速转动，随动槽辊202、支撑轮2031在工件4转动的带动下随动，当环状脊偏离加工设备的预设对称点时，其会挤压环状凹槽2021并带动随动槽辊202沿其轴线移动，通过铰接杆2043传动后驱动支撑轮座2032转动，使支撑轮2031转向偏离工件4轴线的垂直面，进而在随动过程中产生沿工件4轴线的摩擦力分量，由该摩擦力分量驱动工件4沿其轴线运动，使其的对称零点趋近加工设备的预设对称点，实现定位功能。该过程中，支撑轮2031的转动角度与工件4受轴向力的大小正相关，而支撑轮2031的转动角度与工件4偏离加工设备预设对称点的距离亦为正相关，因此形成对工件4回归预设对称点的正反馈控制，即偏离距离越远，回位的驱动力越大，在偏离距离缩小的过程中回位驱动力同步减小，最终依靠工件4惯性达到加工设备的预设对称点。由于上述工作原理，本设计具有很高的定位对齐操作效率和定位对齐精度。

在加工过程中，如需要更换加工设备，仅需要在吊装工件4后驱动工件4短时间旋转即可使其对齐加工设备的预设对称点，无需重新测量的步骤，相关工作量大幅降低。