CN103624612B - 一种高精度多球分度-定位装置的加工装配方法 - Google Patents
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Abstract
一种高精度多球分度-定位装置，由上连接板、高精度钢球、钢球保持架、定位板等组成；保持架孔与定位板上的定位孔在高精度分度装置上同时加工；钢球以上连接板的定位面为轴向基准，以保持架孔为径向基准，通过过盈配合与胶水粘接固定到保持架孔中；保持架通过螺栓固定到上连接板上。该装置通过对保持架孔和定位孔分度误差的精密测量与修研，来提高同时参与分度与定位钢球的数量，利用弹性过约束原理与多球误差均化效应实现高精度分度与定位。制备精良的多球分度装置组合分度精度可达2″以下，分度精度接近端齿分度系统的精度，但其制造成本远低于端齿盘的制造成本，可用于旋转工作台、分度系统、换刀定位装置等对分度精度和定位精度要求较高的领域。
Description
技术领域
本发明属于机械制造及自动化技术领域，涉及一种高精度的多球分度-定位装置的加工装配方法。
背景技术
分度系统是机械加工装备中非常重要的一个系统。分度系统的分度精度及定位精度将直接影响工件的加工质量。目前，高精度的分度系统有电子分度系统和机械分度系统两大类。机械分度系统根据分度元件的不同，又分为蜗轮蜗杆分度系统、齿轮齿条分度系统、槽轮分度系统、分度盘式分度系统和端齿分度系统等。其中，端齿分度系统的分度精度最高，一般可达到0.5″，最高可达到0.1″，为机械分度系统中分度精度最高的分度元件；其次是分度盘式分度系统，其分度精度可达5″～10″。中国发明专利【ZL200910309243.2】公开了一种基于端齿分度系统的磨齿机用高精度端齿自动分度装置，用于加工1级以上齿距精度的超精密齿轮。虽然应用端齿分度系统看可获得较高的分度精度，但由于高精度端齿盘制造工艺复杂，制造成本较高，端齿分度系统未在精度加工领域中广泛应用。
发明内容
为提高机械加工装备中分度系统的分度与定位精度，降低加工成本，本发明提供了一种高精度多球分度-定位装置的装配方法。
单球分度装置类似于分度盘分度装置，分度装置的精度主要来自于定位板上的锥形定位孔的分度精度或分度盘齿槽的分度精度。如果有多个均布的钢球同时参与分度与定位，则“误差均化效应”与“弹性过约束”作用会大大提高多球分度装置的分度与定位精度。多球分度装置的工作原理与端齿盘的工作原理类似。但由于钢球制造方便，圆度较好，因此多球分度装置的制造成本较低，分度精度仅次于端齿分度。
根据误差的均化效应，多球分度装置的组合分度精度大大高于保持架孔及钢球定位锥孔的分度精度。若定位锥孔和钢球保持架工的分度误差为θ0，同时参与定位的钢球数量为ni(3≤ni)，则组合分度误差θz≈θ0/ni。可见，提高多球分度装置分度精度的措施有：(1)提高钢球保持架孔和定位锥面的分度加工精度；(2)提高同时参与定位钢球的数量。
本发明的技术方案如下：
本发明提供的高精度多球分度装置包括上连接板、高精度钢球、钢球保持架、定位板。高精度钢球选用国标G5级以上的不锈钢钢球。
上连接板、定位板和钢球选用同一钢材料，可选用具有较高强度、硬度及耐腐蚀的轴承钢材料GCr15，材料的统一也减小了因温度变化引起的分度精度的下降。
钢球保持架可选用45钢调制处理得到。
上连接板的底面为钢球的安装定位面，其平面度不超过1μm。
钢球保持架通过螺栓与上连接板固定，钢球保持架上端面的平面度不超过1μm。钢球保持架的厚度要超过钢球半径的0.2～0.5mm。为了防止钢球保持架太薄而引起加工变形，建议多球分度装置选用钢球的半径不小于5mm。
定位板上有均匀分布在同一圆周上的定位锥孔。为确保定位锥孔的加工精度，对作为定位锥孔轴向加工基准的上端面的平面度要求不超过1μm。
选用小粒度的研磨剂，通过三平面互研的方式，使上连接板的下端面、保持架的上端面和定位板的上端面的平面度同步达到不超过1μm的平面度要求。
保持架钢球安装孔与钢球的配合为过盈配合，单边过盈量控制在2～4μm之间。保持架钢球安装孔与定位板轴孔的轴线应均匀布置在同一圆周上，为此采用统一加工的方式在具有高精度分装装置的设备上精加工保持架孔和定位孔，并根据实际需要选择加工的孔数及孔的分度精度。
对于更高精度的多球分度装置，需要增加定位孔数，并通过齿距测量与精密研磨的方式提高保持架孔和定位孔的加工精度。具体方法如下：
(1)提高保持架孔分度的加工精度。在精度齿距测量装置上测量分别测量出各孔左右内壁的齿距累积偏差Fp L(i)和Fp R(i)，利用公式E(i)＝[Fp R(i)-Fp L(i)]/2求出钢球保持架孔的分度精度。通过圆柱铸铁研磨棒修研孔的左右内壁，进一步提高钢球保持架孔的分度精度。
(2)提高定位板上的定位锥孔的加工精度。利用选配的G5级高精度钢球置于定位孔上，在精密齿距测量装置上分别测量钢球最大直径处左右面齿距累积偏差Fp L(i)和Fp R(i)，利用公式E(i)＝[Fp R(i)-Fp L(i)]/2求出定位孔的分度精度，同时用平测头测出钢球径向变动量Fr(i)(如图3所示)。利用圆锥铸铁研磨块修研定位锥孔时要同时考虑减小定位孔的分度误差与定位锥孔的径向误差。保持架孔的分度误差可控制到10″以下，径向跳动可控制在1.5μm以下。
钢球与保持架及上连接板的固定方法。钢球从保持架孔的上端放入，然后以上连接板的下端面为基准将钢球压入保持架中。由于钢球与保持架孔为过盈配合，钢球能固定在保持中。将保持架钢球未露出的部分朝上，将低粘度、耐腐蚀的金属胶水(每孔一滴)滴入钢球与保持架孔的缝隙中(注意不要污染保持架的定位面)，在胶水未完全达到使用强度之前，使用螺栓连接将保持架固定到上连接板上，并用一平面度不低于1μm的平板居中压到钢球上24小时，直到胶水达到最大强度。这样钢球就以上连接板的定位面为轴向基准，以保持架孔为径向基准固定到上连接板上。
本发明提供的高精度多球分度-定位装置的加工装配方法，可以通过提高选配钢球的精度，及通过修研提高保持架孔和定位孔的精度来提高其组合分度精度。制备精良的多球分度装置组合分度精度可达2″以下，分度精度接近端齿分度系统的精度，但其制造成本远低于端齿盘的制造成本。多球分度装置具有较高的分度与定位精度，可用于制造装备中的旋转工作台、分度系统、换刀定位装置等对分度精度和定位精度要求较高的领域。本发明提供的高精度多球分度装置的有益效果在于制造简便、组合分度精度及定位精度高、制造成本低，具有重要的工程应用价值。
附图说明
图1a是高精度多球定位装置示意图。
图1b是高精度多球定位装置的局部放大图。
图2是钢球保持架结构图。
图3是定位孔研修时测头的测量位置。
图4是多球分度定位装置模型图。
图中：1 上连接板；2 胶水；3 高精度钢球；4 钢球保持架；5 定位板；6 下连接板；7 保持架固定连接螺纹孔；8 左面齿距偏差测量球测头；9 右面齿距偏差测量球测头；10 定位孔深度偏差测量平测头。
具体实施方式
以分度圆直径为160mm，24球的多球分度装置为例，阐述多球分度装置的加工参数及工作过程。
钢球选用10.010mm的G5级不锈钢钢球，保持架孔的厚度为5.2mm，定位锥孔锥度角为60°，深度控制到与钢球接触圆处于锥面的中间位置，保持架孔修研后控制在为10.002mm～10.006mm。
多球分度装置工作过程如下，多球分度装置由固定部分、活动部分及控制部分组成。固定部分包括定位板和下连接板，在工作过程中要保持足够的刚度与稳定性；活动部分包括高精度钢球、保持架、上连接板及固定到上连接板上的零部件；控制部分包括驱动运动部分轴向及圆周运动的装置。
活动部分可通过自重(轴线竖直布置的情况)或弹簧与定位板紧密配合，当需要分度的时候，活动部分通过凸轮顶起，使钢球完全脱离定位板，然后通过齿轮传动或步进电机直接驱动，使活动部分大致转过某一角度(该过程也称粗分度过程)，接着在重力或弹簧力的作用下缓慢回落，利用多球与定位孔的配合中的误差均化效应实现精密分度。该装置在使用过程中，随着细微的磨损与啮合撞击变形，误差的均化效应会使参与定位的钢球的数量增加，从而进一步提高该装置的组合分度与定位精度。
Claims (1)
1.一种高精度多球分度-定位装置的加工装配方法，所述的高精度多球分度-定位装置包括上连接板、高精度钢球、钢球保持架和定位板；其特征在于，高精度钢球的半径不小于5mm；上连接板、定位板和高精度钢球选用同一钢材料；上连接板的底面为高精度钢球的安装定位面，其平面度不超过1μm；钢球保持架通过螺栓与上连接板固定，钢球保持架上端面的平面度不超过1μm；钢球保持架的厚度要超过高精度钢球半径的0.2～0.5mm；定位板上有均匀分布在同一圆周上的钢球定位锥孔，作为钢球定位锥孔轴向加工基准的上端面的平面度要求不超过1μm；上连接板的下端面、钢球保持架的上端面和定位板的上端面的平面度均不超过1μm；钢球保持架孔与高精度钢球的配合为过盈配合，单边过盈量控制在2～4μm之间；钢球保持架孔与钢球定位锥孔的轴线应均匀布置在同一圆周上；
高精度钢球选用国标G5级以上的不锈钢钢球，钢球保持架选用45钢；
高精度多球分度-定位装置的加工装配方法包括以下步骤：
(1)提高钢球保持架孔分度的加工精度：在精密齿距测量装置上分别测量出各孔左右内壁的齿距累积偏差Fp L(i)和Fp R(i)，利用公式E(i)＝[Fp R(i)-Fp L(i)]/2求出钢球保持架孔的分度精度；通过圆柱铸铁研磨棒修研钢球保持架孔的左右内壁，进一步提高钢球保持架孔的分度精度；
(2)提高定位板上的钢球定位锥孔的加工精度：利用选配的G5级高精度钢球置于钢球定位锥孔上，在精密齿距测量装置上分别测量高精度钢球最大直径处左右面齿距累积偏差Fp L(i)和Fp R(i)，利用公式E(i)＝[Fp R(i)-Fp L(i)]/2求出钢球定位锥孔的分度精度，同时用平测头测出钢球径向变动量Fr(i)；利用圆锥铸铁研磨块修研钢球定位锥孔时要同时考虑减小钢球定位锥孔的分度误差与径向误差；钢球定位锥孔的分度误差控制到10″以下，径向跳动控制在1.5μm以下；
(3)高精度钢球与钢球保持架及上连接板的固定：高精度钢球从钢球保持架孔的上端放入，然后以上连接板的下端面为基准将高精度钢球压入钢球保持架中；将钢球保持架一侧钢球未露出的部分朝上，将低粘度、耐腐蚀的金属胶水滴入高精度钢球与钢球保持架孔的缝隙中，在胶水未完全达到使用强度之前，使用螺栓连接将钢球保持架固定到上连接板上，并用一平面度不低于1μm的平板居中压到高精度钢球上24小时，直到胶水达到最大强度；这样高精度钢球就以上连接板的定位面为轴向基准，以钢球保持架孔为径向基准固定到上连接板上。
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