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1、(10)申请公布号 CN 104325311 A (43)申请公布日 2015.02.04 C N 1 0 4 3 2 5 3 1 1 A (21)申请号 201410617207.3 (22)申请日 2014.11.05 B23Q 3/00(2006.01) (71)申请人山东华云机电科技有限公司 地址 250101 山东省济南市高新区新泺大街 1166号奥盛大厦1#楼21层 (72)发明人柏士增 王爱福 娄大庆 (74)专利代理机构济南日新专利代理事务所 37224 代理人王书刚 (54) 发明名称 一种金属盘装夹夹具 (57) 摘要 一种金属盘装夹夹具，包括工装座(1)和定 位盘(2)，。
2、所述定位盘(2)与所述工装座(1)固定 连接；所述定位盘(2)中间开设有与待加工金属 盘100端面外周面相配合的第一通孔(4)，使所 述待加工金属盘100的端面坐落于所述第一通孔 (4)中后所述待加工金属盘(100)端面与所述定 位盘(2)的端面配合形成一个具有圆形边缘的待 加工面；所述工装座(1)上设有夹紧金属盘(100) 的固定装置。与现有技术相比，本发明提供的金属 盘装夹夹具结构简单，装夹方便、牢固，能够将带 有中间空心轴的金属盘的非规则加工端面改造成 具有圆形边缘的可加工端面，防止超声波金属表 面处理过程中发生金属盘边缘的塌陷现象。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书6页 。
3、附图7页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书6页 附图7页 (10)申请公布号 CN 104325311 A CN 104325311 A 1/1页 2 1.金属盘装夹夹具，其特征在于，包括工装座(1)和定位盘(2)，所述定位盘(2)与所 述工装座(1)固定连接；所述定位盘(2)中间开设有与待加工金属盘(100)端面外周面相 配合的第一通孔(4)，使所述待加工金属盘(100)的端面坐落于所述第一通孔(4)中后所 述待加工金属盘(100)端面与所述定位盘(2)的盘面配合形成一个具有圆形边缘的待加工 面；所述工装座(1)上设有夹紧金属盘(100)的固。
4、定装置。 2.根据权利要求1所述的金属盘装夹夹具，其特征在于，所述固定装置采用如下结构： 所述工装座(1)中间设有容纳金属盘(100)中间轴孔的开孔(7)，所述开孔(7)的轴线与定 位盘(2)外盘面之间的夹角为A，所述夹角A即为待加工金属盘(100)中间轴孔(107)的轴 线与待加工金属盘(100)两个端面(104)之间的夹角；所述工装座(1)上开孔(7)的底部 设有第一螺纹孔(8)；还包括螺栓(6)，螺栓(6)与第一螺纹孔(8)螺纹连接。 3.根据权利要求2所述的金属盘装夹夹具，其特征在于，所述定位盘(2)上第一通孔 (4)的内周面与所述金属盘(100)外周面采用小间隙配合。 4.根据权利要。
5、求1所述的金属盘装夹夹具，其特征在于，所述固定装置采用如下结构： 所述工装座(1)中间设有容纳金属盘(100)中间轴孔(107)的开孔(7)，所述开孔(7)的轴 线与定位盘(2)外盘面之间的夹角为A，所述工装座上开孔(7)的底部设有固定轴(14)，所 述固定轴(14)与所述工装座(1)固定连接，所述固定轴(14)上设有第二螺纹孔(81)；还 包括螺栓(6)，所述螺栓(6)与第二螺纹孔(81)螺纹连接。 5.根据权利要求4所述的金属盘装夹夹具，其特征在于，所述固定轴(14)上设有销孔 (15)，所述固定轴(14)与所述工装座(1)通过销子(16)固定连接。 6.根据权利要求5所述的金属盘装夹夹具。
6、，其特征在于，所述定位盘(2)上第一通孔 (4)的内周面与所述金属盘(100)外周面采用小间隙配合。 权 利 要 求 书CN 104325311 A 1/6页 3 一种金属盘装夹夹具 技术领域 0001 本发明属于超声波金属表面处理工装技术领域，涉及一种金属盘的装夹夹具。 背景技术 0002 超声波金属表面处理方法是采用超声波金属表面处理装置对金属表面进行处理 的工艺，用超声波金属表面处理方法加工后的金属表面粗糙度可达到Ra0.05，耐磨性提高 50以上，疲劳强度和疲劳寿命提高一倍以上。超声波金属表面处理效果比传统车削、磨 削、抛光等金属表面处理方式明显改善，粗糙度、耐磨性、疲劳强度和疲劳寿命。
7、均明显提高。 因此，超声波金属表面处理装置被广泛的应用到车床、磨床、镗床、铣床等金属表面加工装 置中，对各种金属表面进行处理。对于具有规则几何形状的金属表面进行超声波表面处理 比较简单，有车床超声波金属表面加工装置、镗床超声波金属表面加工装置、铣床超声波金 属表面加工装置等。例如，专利申请号为CN201310031565、发明名称为“车床超声波金属表 面加工工艺”的中国发明专利申请介绍了在车床上针对金属工件上的内孔、外圆和端面进 行的超声波加工工艺；专利号为CN200910014789、发明名称为“一种用于普通车床的数控 超声波加工装置”的中国发明专利公开了一种用于车床的超声波金属表面加工装置。
8、，该装 置可实现对外圆面和圆弧面的超声加工。 0003 对于中间具有轴孔、端面为圆盘面的金属盘进行超声波表面处理，通常采用工件 绕金属盘中心旋转，超声波金属表面加工装置的刀头对圆盘端面进行加工，加工时刀头可 以在端面上由外向内直线进给，也可以由内向外直线进给，完成整个端面的加工。如图1所 示，金属盘100，其端面为圆形，通过金属盘中间的轴孔107装夹。采用上述工件旋转、刀头 走直线的加工方式，刀头200在圆形端面上走过的轨迹是渐开线的路径，如图2所示。因该 渐开线内外两段相邻弧线之间的间距为工件旋转一周刀头200在金属盘100端面径向上走 过的直线距离，该距离非常小,相对于工件金属盘旋转一周刀。
9、头走过的渐开线的周向长度 来说，该距离可以忽略不计，因此，可以认为刀头200在金属盘100端面上走过的路径为不 同内径的一组圆周，各组圆周之间的距离即为工件金属盘旋转一周刀头在金属盘端面径向 上走过的直线距离。刀头200走到金属盘圆形端面的外边缘时，金属盘端面边缘处与刀头 的接触面逐渐减小，受力面积减小，受力不变的情况下，压强变大，一旦刀头200脱离圆盘 的外边缘，金属盘边缘受力变形，就会造成对工件边缘的破坏，即蹋边现象，降低了工件的 使用性能。 0004 对于中间具有轴孔、端面为非圆盘面的金属盘面采用上述装夹方法和表面处理方 法进行表面加工时也会出现盘面边缘坍塌现象。如图3所示，非圆盘面的金。
10、属盘100，中间 为轴孔107。如图4所示，非圆盘面的金属盘100其端面外边缘为椭圆600，采用前述轴孔 107处装夹，金属盘工件100绕主轴旋转、刀头200走直线的加工方式，刀头200在金属盘面 上走过的轨道也是前述如图2所示的不同内径的一组圆周，当刀头200运动到椭圆600的 短轴400到长轴500之间的端面外边缘时，刀头会脱离金属盘端面外边缘，刀头继续运动再 次接触到金属盘端面相邻边缘时又重新回到端面上来，这种加工方式会使金属非圆盘端面 说 明 书CN 104325311 A 2/6页 4 边缘处产生蹋边。 0005 基于同样的原因，采用上述加工方法，金属盘面的端面外边缘为正方形、三角形。
11、等 其他任意平面形状时，都会在工件边缘出现蹋边现象。 0006 同时，在刀头走过不规则工件边缘时，刀头会反复从一边掉下边缘，又从另一边接 触到另一段边缘，由于刀头受力的这种时有时无的状态，使超声波金属表面处理装置的刀 头和变幅杆不断的受到冲击，严重影响了刀头和变幅杆的使用寿命，甚至无法加工该金属 工件。 0007 有些待加工金属盘不仅具有不规则的端面，其中间轴孔也比较特别，如图5所示， 待加工件金属盘100包括前后两个端面104、一个外周面103，中间是空心轴102，空心轴 102的中间是轴孔107，所述轴孔107的轴线与两个端面104呈一定水平夹角A，夹角A：0 A90。当A90时，金属盘1。
12、00是图1或者图3所示的金属盘。所以，本发明适 用的金属盘100其轴孔107与其待加工端面的夹角为A，A的大小为：0A90。 发明内容 0008 针对采用工件旋转、刀头走直线的加工方式对中间具有轴孔、端面具有外边缘的 金属盘进行超声波表面处理过程中出现的蹋边现象，本发明提供一种加工过程中保护盘面 边缘的金属盘装夹夹具。 0009 金属盘装夹夹具，包括工装座(1)和定位盘(2)，所述定位盘(2)与所述工装座 (1)固定连接；所述定位盘(2)中间开设有与待加工金属盘100端面外周面相配合的第一 通孔(4)，使所述待加工金属盘100的端面坐落于所述第一通孔(4)中后所述待加工金属 盘100端面与所述。
13、定位盘(2)的端面配合形成一个具有圆形边缘的待加工面；所述工装座 (1)上设有夹紧金属盘(100)的固定装置。 0010 所述固定装置的一种可能的结构是：所述工装座(1)中间设有容纳金属盘(100) 中间轴孔的开孔(7)，所述开孔(7)的轴线与定位盘(2)外盘面之间的夹角为A；所述工装 座(1)上开孔(7)的底部设有第一螺纹孔(8)；还包括螺栓(6)，螺栓(6)与第一螺纹孔(8) 螺纹连接。所述夹角A即为待加工金属盘(100)中间轴孔(107)的轴线与待加工金属盘 (100)两个端面(104)之间的夹角。 0011 为了便于加工完毕后取出被加工件金属盘(100)，所述定位盘(2)上第一通孔(4。
14、) 的内周面与所述金属盘100外周面采用小间隙配合。 0012 优选的，所述第一通孔(4)的内周面与金属盘100外周面之间的配合间隙为 0.02-0.05mm。 0013 为了便于拆卸加工件金属盘(100)，进一步的技术改进是，在所述工装座(1)的开 孔(7)内设置助力装置，所述助力装置可以是顶块、弹簧或者气动装置、液压装置等。 0014 所述助力装置可以是顶块(3)，所述顶块(3)中间开设第二通孔(9)，装夹时所述 螺栓(6)穿过所述第二通孔(9)，所述工装座(1)上开设工艺孔(10)。所述助力装置还可 以是弹簧(11)，所述弹簧(11)一端抵靠在所述工装座(1)的开孔(7)底部，所述弹簧(。
15、11) 的另一端抵靠在所述金属盘(100)中间空心轴的端面上，装夹时所述螺栓(6)穿过所述弹 簧(11)并使弹簧(11)处于压缩状态。 0015 所述助力装置为气动装置，在工装座(1)上设置一进气孔(12)，所述进气孔(12) 说 明 书CN 104325311 A 3/6页 5 与所述开孔(7)连通，在工装座开孔(7)与金属盘(100)端面间形成一个空气腔。 0016 所述定位盘(2)与所述工装座(1)固定连接的方式有很多种，工艺上比较简单的 方式包括：所述定位盘(2)与所述工装座(1)以可拆卸的方式固定连接。 0017 进一步的改进方案是，所述工装座(1)周边设有第一台阶(105)，所述定。
16、位盘(2) 周边开设与工装座(1)周边第一台阶相配合的第二台阶(205)；所述定位盘(2)周边开设 若干螺纹通孔(206)，所述工装座(1)周边对应开设若干螺纹孔(106)，所述定位盘(2)与 所述工装座(1)通过螺钉(13)固定连接。更进一步的，所述定位盘(2)第一通孔(4)内侧 开设第三台阶(207)。 0018 更进一步的改进方案是，在螺栓(6)的螺帽与金属盘(100)中间轴孔的接触面上 设置垫片(5)。 0019 上述第一种夹紧金属盘(100)的固定装置，即在工装座(1)中间设有开孔(7)，在 所述开孔(7)的底部设有第一螺纹孔(8)的方案在工艺上比较复杂， 0020 本发明提供的固定。
17、装置的第二种改进方案是： 0021 所述工装座(1)中间设有容纳金属盘(100)中间轴孔(107)的开孔(7)，所述开 孔(7)的轴线与定位盘(2)外盘面之间的夹角为A，所述工装座上开孔(7)的底部设有固定 轴(14)，所述固定轴(14)与所述工装座(1)固定连接，所述固定轴(14)上设有第二螺纹孔 (81)；还包括螺栓(6)，所述螺栓(6)与第二螺纹孔(81)螺纹连接。 0022 一种优选的连接方式是，所述固定轴(14)上设有销孔(15)，所述固定轴(14)与所 述工装座(1)通过销子(16)固定连接。 0023 为了保护螺栓(6)与金属盘(100)中间空心轴的接触面，强化紧固效果，在螺栓 。
18、(6)的螺帽与金属盘(100)中间轴孔的接触面上设置垫片(5)。 0024 其余技术改进与采用上述第一种固定装置的改进方案相同。 0025 针对金属盘100端面外边缘为椭圆形平面的情况，所述定位盘(2)中间开设与待 加工金属盘100端面外周面相配合的椭圆形通孔(4)，使所述待加工金属盘100的端面坐落 于所述椭圆形通孔(4)中后形成一个具有圆形边缘的待加工平面，该圆形边缘是指比该金 属盘100的椭圆形端面的长轴所在的圆周更大一点的圆周，只要能保证加工过程中加工刀 头始终留在金属盘100端面与定位盘(2)的盘面相配合而形成的盘面上即可。 0026 同样的，针对金属盘100端面外边缘为正方形平面时。
19、，所述定位盘(2)中间开设与 待加工金属盘100端面外周面相配合的正方形通孔，使所述待加工金属盘100的端面坐落 于所述正方形通孔(17)中后形成一个具有圆形边缘的待加工平面，该圆形边缘是指比该 金属盘100的正方形端面的对角线所在的圆周更大一点的圆周，只要能保证加工过程中加 工刀头始终留在金属盘100端面与定位盘(2)的盘面相配合而形成的盘面上即可。 0027 针对金属盘100端面外边缘为三角形的情况时，所述定位盘(2)中间开设与待加 工金属盘100端面外周面相配合的三角形通孔，使所述待加工金属盘100的端面坐落于所 述三角形通孔(4)中后形成一个具有圆形边缘的待加工面。所述圆形边缘是指比该。
20、金属盘 100的三角形端面所在的圆周更大一点的圆周，只要能保证加工过程中加工刀头始终留在 金属盘100端面与定位盘(2)的盘面相配合而形成的盘面上即可。 0028 与现有技术相比，本发明提供的金属盘装夹夹具结构简单，装夹方便、牢固，能够 将带有中间空心轴的金属盘的非规则加工端面改造成具有圆形边缘的可加工端面，防止超 说 明 书CN 104325311 A 4/6页 6 声波金属表面处理过程中发生金属盘边缘的塌陷现象。该金属盘装夹夹具可适用于各种具 有非规则形状的端面和中间具有轴孔的金属盘，所述的非规则形状的端面包括任何平面； 所述的金属盘中间轴孔轴线与金属盘端面之间的夹角可以是任何角度。 附图。
21、说明 0029 图1是圆形端面金属盘加工方式结构示意图； 0030 图2是刀头在金属盘的圆形端面上走过的轨迹结构示意图； 0031 图3是椭圆形端面金属盘加工方式结构示意图； 0032 图4是刀头在金属盘的椭圆形端面上走过的轨迹结构示意图； 0033 图5是一种待加工金属盘的结构示意图； 0034 图6是本发明提供的第一种金属盘装夹夹具的结构示意图； 0035 图7是本发明提供的第二种金属盘装夹夹具的结构示意图； 0036 图8是本发明提供的第三种金属盘装夹夹具的结构示意图； 0037 图9是本发明提供的第四种金属盘装夹夹具的结构示意图； 0038 图10是图9的BB剖结构示意图； 0039 。
22、图11是金属盘装夹夹具的使用方法结构示意图。 具体实施方式 0040 如图6所示，金属盘装夹夹具，包括工装座1和定位盘2，所述定位盘2与所述工 装座1固定连接；所述定位盘2中间开设有与待加工金属盘100端面外周面相配合的第一 通孔4，使所述待加工金属盘100的端面坐落于所述第一通孔4中后所述待加工金属盘100 端面与所述定位盘2的盘面配合形成一个具有圆形边缘的待加工面；所述工装座1上设有 夹紧金属盘100的固定装置。 0041 所述固定装置的一种结构是：如图6所示，所述工装座1中间设有容纳金属盘100 中间轴孔的开孔7，所述开孔7的轴线与定位盘2的端面之间的夹角为A；所述工装座1上 开孔7的底。
23、部设有第一螺纹孔8；还包括螺栓6，螺栓6与第一螺纹孔8螺纹连接。所述夹 角A即为待加工金属盘100中间轴孔107的轴线与待加工金属盘100两个端面104之间的 夹角。 0042 如图11所示，采用待加工金属盘100绕中间轴孔107旋转、刀头200在金属盘100 端面上走直线的加工方式对中间具有轴孔、端面具有外边缘的金属盘100进行超声波表面 处理前，先将金属盘100中间轴孔107插入工装座1上开孔7、金属盘100端面放入定位盘 2中间开设的与金属盘100端面外周面相配合的第一通孔4中，将所述螺栓6穿过金属盘 100中间轴孔107后与第一螺纹孔8螺纹连接，将待加工金属盘100固定在所述金属盘装夹。
24、 夹具中，将所述工装座1固定在超声波金属表面处理设备的机床旋转主轴上，与机床主轴 连接可以直接通过三爪卡盘夹紧或者其他方式固定连接后，装夹完毕。所述金属盘100通 过该装夹夹具随车床主轴一起旋转，将超声波表面加工装置的刀头抵靠在金属盘100端面 上，开始进行金属盘100随机床主轴旋转、刀头200在金属盘100端面上走直线的加工方式 进行表面处理，刀头走到金属盘100端面短边边缘处时，由于有定位盘保护，刀头不会掉下 金属盘外边缘，避免了蹋边现象，待刀头在金属盘面径向上走过金属盘100端面最长边缘 说 明 书CN 104325311 A 5/6页 7 处后加工完毕，松开螺栓6，取出金属盘100。 。
25、0043 为了便于加工完毕后取出被加工件金属盘100，所述定位盘2上第一通孔4的内周 面与所述金属盘100外周面采用小间隙配合。 0044 优选的，所述第一通孔4的内周面与金属盘100外周面之间的配合间隙为 0.02-0.05mm。 0045 为了便于拆卸加工件金属盘100，进一步的技术改进是，在所述工装座1的开孔7 内设置助力装置，所述助力装置可以是顶块、弹簧或者气动装置、液压装置等。 0046 如图6所示，所述助力装置为顶块3，所述顶块3中间开设第二通孔9，装夹时所述 螺栓6穿过所述第二通孔9。所述工装座1上开设工艺孔10，拆卸工件时，将螺栓6拆卸后， 用工具通过工装座1上的工艺孔10撬动。
26、顶块3，利用杠杆的原理将金属盘100顶出。 0047 如图7所示，所述助力装置为弹簧11，所述弹簧11一端抵靠在所述工装座1的开 孔7底部，所述弹簧11的另一端抵靠在所述金属盘100中间空心轴的端面上，装夹时所述 螺栓6穿过所述弹簧11并使弹簧11处于压缩状态。拆卸的时候将螺栓6拆卸后，利用压 缩弹簧11弹力自动将金属盘100顶出。 0048 如图8所示，所述助力装置为气动装置，在工装座1上设置一进气孔12，所述进气 孔12与所述开孔7连通，在工装座开孔7与金属盘100端面间形成一个空气腔。拆卸工件 时，首先将螺栓6拆下，然后在进气孔12处通入压缩空气，利用压缩空气的瞬间气流，将金 属盘100。
27、顶出。 0049 所述定位盘2与所述工装座1固定连接的方式有很多种，工艺上比较简单的方式 包括：所述定位盘2与所述工装座1以可拆卸的方式固定连接。 0050 如图6所示，进一步的改进方案是，所述工装座1周边设有第一台阶105，所述定位 盘2周边开设与工装座1周边第一台阶105相配合的第二台阶205；所述定位盘2周边开 设若干螺纹通孔206，所述工装座1周边对应开设若干螺纹孔106，所述定位盘2与所述工 装座1通过螺钉13固定连接。 0051 更进一步的改进是，所述定位盘2第一通孔4内侧开设第三台阶207，第三台阶的 作用是减小定位盘2与金属盘100外周间的接触面积，便于配合；同时防止金属盘10。
28、0端面 和金属盘100外周面交界处有毛刺时，金属盘100的端面与工装座1端面接触不紧密，从而 导致定位不牢固的现象。 0052 为了保护螺栓6与金属盘100中间空心轴的接触面，强化紧固效果，在螺栓6的螺 帽与金属盘100中间轴孔的接触面上设置垫片5。 0053 上述第一种夹紧金属盘100的固定装置，即在工装座1中间设有开孔7，在所述开 孔7的底部设有第一螺纹孔8的方案在工艺上比较复杂， 0054 本发明提供的固定装置的第二种改进方案是： 0055 如图9所示，所述工装座1中间设有容纳金属盘100中间轴孔107的开孔7，所述 开孔7的轴线与定位盘2外盘面之间的夹角为A，所述工装座上开孔7的底部设。
29、有固定轴 14，所述固定轴14与所述工装座1固定连接，所述固定轴14上设有第二螺纹孔81；还包括 螺栓6，所述螺栓6与第二螺纹孔81螺纹连接。 0056 一种优选的连接方式是，所述固定轴14上设有销孔15，所述固定轴14与所述工装 座1通过销子16固定连接。 说 明 书CN 104325311 A 6/6页 8 0057 如图9所示，为了保护螺栓6与金属盘100中间空心轴的接触面，强化紧固效果， 在螺栓6的螺帽与金属盘100中间轴孔的接触面上设置垫片5。 0058 为了便于拆卸加工件金属盘100，进一步的技术改进与采用上述第一种固定装置 的改进方案相同，即在所述工装座1的开孔7内设置助力装置，。
30、所述助力装置可以是顶块、 弹簧或者气动装置、液压装置等。 0059 针对金属盘100端面外边缘为椭圆形平面的情况，所述定位盘2中间开设与待加 工金属盘100端面外周面相配合的椭圆形通孔4，使所述待加工金属盘100的端面坐落于 所述椭圆形通孔4中后形成一个具有圆形边缘的待加工平面，该圆形边缘是指比该金属盘 100的椭圆形端面的长轴所在的圆周更大一点的圆周，只要能保证加工过程中加工刀头始 终留在金属盘100端面与定位盘2的盘面相配合而形成的盘面上即可。 0060 同样的，针对金属盘100端面外边缘为正方形平面时，所述定位盘2中间开设与待 加工金属盘100端面外周面相配合的正方形通孔，使所述待加工金。
31、属盘100的端面坐落于 所述正方形通孔17中后形成一个具有圆形边缘的待加工平面，该圆形边缘是指比该金属 盘100的正方形端面的对角线所在的圆周更大一点的圆周，只要能保证加工过程中加工刀 头始终留在金属盘100端面与定位盘2的盘面相配合而形成的盘面上即可。 0061 针对金属盘100端面外边缘为三角形的情况时，所述定位盘2中间开设与待加工 金属盘100端面外周面相配合的三角形通孔，使所述待加工金属盘100的端面坐落于所述 三角形通孔4中后形成一个具有圆形边缘的待加工面。所述圆形边缘是指比该金属盘100 的三角形端面所在的圆周更大一点的圆周，只要能保证加工过程中加工刀头始终留在金属 盘100端面与。
32、定位盘2的盘面相配合而形成的盘面上即可。 说 明 书CN 104325311 A 1/7页 9 图1 图2 图3 说 明 书 附 图CN 104325311 A 2/7页 10 图4 图5 图6 说 明 书 附 图CN 104325311 A 10 3/7页 11 图7 说 明 书 附 图CN 104325311 A 11 4/7页 12 图8 说 明 书 附 图CN 104325311 A 12 5/7页 13 图9 说 明 书 附 图CN 104325311 A 13 6/7页 14 图10 说 明 书 附 图CN 104325311 A 14 7/7页 15 图11 说 明 书 附 图CN 104325311 A 15 。