一、背景技术

机械加工，即通过专门机械设备改变工件形状和性能的过程。根据加工方式的差异，可分为切削加工和压力加工。而机器生产过程则涵盖了从原材料到成品的全过程，包括原材料运输和储存、生产准备、毛坯制造、零件加工和热处理、产品装配、调试、油漆和包装等环节。现代企业运用系统工程学原理和方法组织生产和指导生产。机械零件由多个表面构成，研究零件表面相对关系时，需要确定一个基准。基准是确定其他点、线、面位置的参考点、线、面。根据基准的不同功能，可分为设计基准和工艺基准两大类。目前，利用机械加工直接在模板或机械结构件上加工固定销孔，再用固定销进行定位连接，但现有定位结构的定位精度和重复精度仍有待提高，这不仅降低了工作效率，影响生产质量，还增加了工人的工作负担。

二、结构技术方案和创新设计

（一）重复定位结构的创新设想

在机械加工行业中，为提高零部件的加工效率和质量，在其制造工艺过程中的部分工序按需提供工装夹具，以保证毛坯的装夹定位。夹具是以零部件设计或工艺转换选定要素基准进行的结构设计，就会形成千差万别的定位与压紧结构方式[1]。滚珠衬套和衬套重复定位结构是一种用于提高定位精度的机械装置，主要由滚珠衬套、衬套和重复定位结构组成。这种结构能够有效减少运动部件间的摩擦，提高运动精度，延长使用寿命。本文旨在探索如何运用滚珠衬套和衬套重复定位结构，提高重复定位精度。

滚珠衬套和衬套的尺寸直接影响其与运动部件间的配合精度。因此，在设计滚珠衬套和衬套尺寸时，应确保其与运动部件间的配合间隙适中，以减小摩擦和磨损。

滚珠衬套和衬套的精密重复定位结构设计可采用无油衬套，该衬套可实现高精度的滚动运动，与轴的间隙极小，且由于衬套不循环，可实现低摩擦的运动。此外，衬套的使用灵活性较高，可起到多种作用，如保护设备、减少磨损、振动和噪音，以及防腐蚀等。同时，衬套的使用还能便于机械设备的维修，简化设备结构和制造工艺。

重复定位结构在设计时，需要考虑以下几个重要因素：

1.衬套与轴的公差：这是确保衬套能够正确配合轴的关键因素。

2.轴的粗糙度和硬度：这些属性将影响衬套的使用寿命和性能。

3.配合面的材料和表面光洁度：为了确保平稳运行和长寿命，这两个属性需要得到恰当的管理。

4.相邻部件的设计：良好的设计能够确保整个结构的稳定和效率。

此外，对于多轴情况，可选择“固定块一体化结构”或“固定块分离”方式。两种方式各有利弊，可根据加工和装配成本进行选择。如一体化方式加工耗时较多，但装配耗时较少；反之亦然。

（二）滚珠衬套精密重复定位结构的技术方案

本结构目的在于提供精密重复定位结构，具备精密重复定位的优点，解决了现有的定位结构重复定位精度低的问题。

为实现此目标，本实用新型提出如下技术方案：精密重复定位结构，机械零件A的内腔设有固定销，机械零件B的内腔设有衬套，固定销表面套设滚珠衬套，且滚珠衬套、固定销与衬套内壁过盈配合，衬套可安装于机械零件A或B上。

图1 滚珠衬套和衬套的连接示意图

1.机械零件A；2.机械零件B；3.固定销；4.衬套、5.滚珠衬套

三、重复定位结构的具体实施方式

结合图2对本实施例中的精密重复定位结构进行清楚、完整地描述，机械零件A和固定销通过孔和轴进行过盈配合，滚珠衬套的和固定销轴通过间隙配合可上下移动，滚珠衬套高精度伸缩的特性，决定了固定销和滚珠衬套具有精密定位的特点。滚珠衬套和衬套过盈配合，滚珠以轴心为基准进行缩放，保证高精度的要求。设计以滚珠和衬套配合，单个零件损坏可以随时更换，降低生产成本。

图2 滚珠衬套精密重复定位结构零件图

通过设置机械零件A、机械零件B、固定销3、衬套4和滚珠衬套5的配合使用，解决了现有的定位结构重复定位精度低的问题，该精密重复定位结构，具备精密重复定位的优点，提高了工作效率，提高生产质量，不易损坏，定位精确，能够为企业节约成本，抗剪强度高，能够重复使用，能够消除累计误差，降低了工作者的工作强度，有利于人们的使用，值得推广。使用时，固定销3、衬套4、滚珠衬套5之间可实现过盈配合的同时模板或结构件不会因过盈导致变形之特性。

综上所述：该精密重复定位结构，通过设置机械零件A、机械零件B、固定销3、衬套4和滚珠衬套5的配合使用，解决了现有的定位结构重复定位精度低与机械零件或模板变形的问题。

四、应用案例分析

滚珠衬套精密重复定位结构的创新设计在实际应用中取得了显著的成效，创新设计的实际效果和应用价值较大。

1.定位精度提升

引入滚珠衬套精密重复定位机构后，冲压模具的定位精度得到显著提升。产品的尺寸精度和形状精度均达到设计要求，大大提高了产品质量。

2.重复性增强

滚珠衬套的滚动接触特性使得冲压模具在多次冲压过程中保持稳定的定位，重复性得到显著增强。这有助于减少产品之间的尺寸差异，提高生产一致性。

3.生产效率提高

由于定位精度和重复性的提升，冲压模具的换模时间和调试时间大大缩短，提高了生产效率。同时，减少了因定位不准确导致的废品率，降低了生产成本。

4.设备寿命延长

滚珠衬套的高耐磨性使得冲压模具的使用寿命得到延长。同时，由于定位稳定性的提高，减少了模具在冲压过程中的磨损和损坏，降低了维修成本。

图3 重复定位机构在冲压模具中的应用

通过以上几个案例的分析，我们可以看出滚珠衬套精密重复定位结构的创新设计在实际应用中具有广泛的适用性和显著的优势。这种结构不仅能够提高定位精度和重复性，还能够提高设备的稳定性和可靠性，从而提高生产效率和产品质量。未来，随着技术的不断进步和应用的不断拓展，滚珠衬套精密重复定位结构将在更多领域得到应用和推广。

五、滚珠衬套精密重复定位结构的创新设计

重复定位精度是导轨系统重要的性能指标，仅能通过反复拆装进行控制，在缺乏理论指导下，具有很大的不确定性[2]。与现有技术相比，滚珠衬套精密重复定位结构体现以下的创新：

1.通过设置机械零件A、机械零件B、固定销、衬套和滚珠衬套的配合使用，解决了现有的定位结构重复定位精度低的问题，该精密重复定位结构，具备精密重复定位的优点，提高了工作效率，提高生产质量，不易损坏，定位精确，能够为企业节约成本，能够重复使用，能够消除累计误差，降低了工作者的工作强度，有利于人们的使用，值得推广。

2.通过配合传统定位销结构一起使用，即实现高抗剪强度又能实现精密重复定位。适用于高精密定位结构，有利于人们的使用，值得推广。

三、结语

精密重复定位结构的先进性使其在各个领域得到了广泛的应用。随着科技的发展，精密重复定位结构的应用将更加广泛，其重要性也将更加突出。我们期待通过不断的研究和创新，进一步提高精密重复定位结构的性能，推动相关领域的发展。

参考文献：

【1】以轴心为基准的膨胀式无间隙配合夹具结构与研究，成钢，《兵器技术研究》，2018年9月

【2】导轨系统重复定位精度关键影响因素研究，喻精辉，《组合机床与自动化加工技术》，2023年8月