CN105156481A - 一种精密定位用偏心密珠轴套 - Google Patents

Abstract

一种精密定位用偏心密珠轴套，该偏心密珠轴套由保持架、高精度球和螺母组成；保持架上沿轴线方向加工有均布的、直径大于所用高精度球直径0.1～0.2mm的多个球室；球室的有效长度大于高精度球直径整数倍的0.2～0.5mm；球室一端封闭，一端开口；开口的一端加工有螺纹，通过螺母封闭球室。保持架外环的直径尺寸小于零件内孔直径尺寸1mm；保持架内环直径尺寸大于安装芯轴外径尺寸1mm；保持架内外环之间的偏心量为该密珠轴套的设计偏心量。本发明通过更换不同球室里高精度球的规格尺寸实现微小偏心量的定位误差补偿或特定偏心量零件的精密定位需求，偏心密珠轴套的定位误差在0.2μm以下，具有良好的推广价值与市场应用前景。

Description

一种精密定位用偏心密珠轴套

技术领域

本发明属于精密机械制造与测试技术领域，涉及一种提高零件径向定位精度的精密偏心密珠轴套。

背景技术

在精密机械加工与测量领域中，零件的安装偏心误差是一项不容忽视的重要误差。对于回转体零件(例如：轴、轴承内外圈、圆盘等)而言，零件的安装偏心误差直接影响到零件的圆跳动精度。目前，常用孔、轴零件的径向定位方式有三种：间隙配合、膨胀芯轴或弹性芯轴、密珠轴套。除间隙配合外，膨胀芯轴、弹性芯轴和密珠轴套均有相应的发明专利。例如公开的专利——新型高精度密珠轴系(CN02274683)，提出了一种基于密珠轴系结构的精密主轴轴系结构。轴和孔采用间隙配合的结构一般用于零件加工与测试精度不高的场合，间隙量控制在2～10μm不等；即使在某些特殊精密加工与检测场合，采用间隙配合时的间隙量也要达到不低于1μm的要求，否则会造成零件安装困难，甚至划伤零件内孔。采用间隙配合时，由于间隙量的存在，很容易造成零件的安装偏心，引入零件的加工或检测误差。采用膨胀芯轴或弹性芯轴件时，在零件装入安装芯轴前轴和孔为间隙配合，装入后在膨胀力或弹性力的作用下，轴和孔变为过盈配合。该种结构在一定范围内可提高零件的安装精度，但由于材料变形的均匀性的差异，该类型的定位方式也难以达到较稳定的定位精度，定位精度仅能达到1μm量级。另外，采用膨胀芯轴或弹性芯轴结构，定位后零件和安装芯轴不允许有轴向或径向的相对运动，使用较不方便。采用密珠轴套的结构定位误差可减小到1μm以下，若选用G5及以上精度的高精度球，误差均化效应可使定位误差进一步减小到0.2～0.5μm，甚至更小。采用密珠轴套的结构，高精度球与安装芯轴和零件内孔之间单边有1～3μm的过盈量，因此定位比较稳定。另外，同批次G5级球的粒间差不超过0.2μm，定位精度较高；密珠结构允许零件相对安装芯轴做轴向移动和转动，使用较方便。

密珠轴套的定位结构是目前定位精度最高的机械式定位方式。但目前的密珠轴套结构均为球孔均布的固定式结构，钢球一旦封装到保持架上后，不能取出或更换，只要有一粒钢球损坏，则该密珠轴套就不能使用。另外球的规格单一，不具有误差补偿的特性，仅能实现零件相对于安装芯轴的高精度定位。对于安装芯轴本身存在安装偏心的情况，现有的固定式密珠轴套结构不能予以校正和误差补偿。另外，对于想实现特定偏心量零件的精密定位需求，现有的密珠轴套结构亦不能满足要求。

发明内容

为解决此难题，本发明提供了一种精密定位用偏心密珠轴套，该结构可以通过更换不同球室里高精度球的规格尺寸，来实现微小偏心量的定位误差补偿或特定偏心量零件的精密定位需求。

本发明的主要内容如下：

一种精密定位用偏心密珠轴套，如图1所示，由保持架、高精度球和螺母组成；保持架的材料选用不易生锈、尺寸稳定好的铜、铝等金属材料或复合材料；保持架上沿轴线方向有均布的、直径大于所用高精度球直径0.1～0.2mm的多个球室。球室的有效长度大于高精度球直径整数倍的0.2～0.5mm，便于高精度球在球室内自由转动和小范围内移动；球室一端封闭，一端开口；开口的一端加工有螺纹，可通过螺母封闭球室。为减小高精度的规格种类，球室的数量不宜过多。保持架外环的直径尺寸小于零件内孔直径尺寸1mm；保持架内环直径尺寸大于安装芯轴外径尺寸1mm；保持架内外环之间的偏心量为该密珠轴套的设计偏心量。对于欲实现微小偏心量(10μm以下)的偏心密珠轴套，为了加工方便，保持架为等壁厚结构。

本发明提供了一种精密定位用偏心密珠轴套，具有结构简单、制作和使用方便的优点，能够实现微小偏心量的定位误差补偿或特定偏心量零件的精密定位需求，制作精良的偏心密珠轴套的定位误差可减小到0.2μm以下。本发明提供的精密定位用偏心密珠轴套加工制作成本低、通过误差补偿后的定位精度高，具有良好的推广价值与市场应用前景。

附图说明

图1是具有微小偏心量的偏心密珠轴套。

图2是偏心量为0.14μm的偏心密珠轴套。

图3是偏心量为0.2μm的偏心密珠轴套。

图4是偏心量为0.23μm的偏心密珠轴套。

图5是偏心量为0.3μm的偏心密珠轴套。

图6是具有大偏心量的偏心密珠轴套。

图7是偏心量为1.000mm的偏心密珠轴套(四球室)。

图8是偏心量为1.000mm的偏心密珠轴套(六球室)。

图中：1保持架；2高精度球；3螺母。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

一、用于误差补偿的具有微小偏心量的精密定位用偏心密珠轴套

如图1所示，首先根据安装芯轴和零件内孔的直径尺寸确定保持架内外圈的直径和所用高精度球的直径。若安装芯轴的公称直径为30mm，上偏差为0，下偏差为-0.002mm；零件内径尺寸为40mm，上偏差为+0.003mm，下偏差0。则选用保持架的内径为31mm，外径为39mm，等壁厚结构。高精度球与安装芯轴和零件之间的单边过盈量1～3μm，高精度球的直径选择为5mm，规值为5μm的G5级球，分规值则根据密珠轴套的设计偏心量进行选择。假设偏心密珠轴套的设计高度为35mm，每个球室的有效长度加工到25.3±0.2mm，以容纳5个高精度球。球室选用直径为5.1mm的铣刀沿轴向铣削加工得到。同批次G5级球的粒间差不超过0.2μm，分规值分别为0μm、±0.2μm、±0.4μm、±0.6μm和±0.8μm。制作前需准备多种该规格不同分规值的高精度球，以便根据需要组装成具有特定微小偏心量的偏心密珠轴套。下面分别以4个球室+两种规格高精度球、4个球室+三种规格高精度球、6个球室+三种规格高精度球、6个球室+四种规格高精度球四种组合方案阐述偏心密珠轴套的制作方法。

(1)4个球室+两种规格高精度球的精密定位用偏心密珠轴套(图2所示)。

按顺时针方向对球室进行编号，分别为1号、2号、3号和4号球室。1号和2号相邻两个球室分别置入5粒直径为5.005mm，分规值为0的G5级高精度球；3号和4号球室分别置入5粒直径为5.005mm，分规值为0.2μm的G5级高精度球，然后用螺帽拧紧。这样制作的偏心密珠轴套偏心量约为0.14μm，偏心方向位于3号球室和4号球室中间位置。记录下各个球室所用高精度球的分规值、偏心密珠轴套的偏心量及方向贴到偏心密珠轴套上。采用该种方案，高精度球所能达到的最小偏心量为0.14μm。更换其他分规值的高精度球能获得偏心量为0.14μm整数倍的偏心密珠轴套。

(2)4个球室+三种规格高精度球的精密定位用偏心密珠轴套(图3所示)。

按顺时针方向对球室进行编号，分别为1号、2号、3号和4号球室。1号球室置入5粒直径为5.005mm，分规值为-0.2μm的G5级高精度球；2号球室和4号球室分别置入5粒直径为5.005mm，分规值为0的G5级高精度球；3号球室置入5粒直径为5.005mm，分规值为0.2μm的G5级高精度球，然后用螺帽拧紧。这样制作的偏心密珠轴套偏心量为0.2μm，偏心方向位于3号球室的方向。记录下各个球室所用高精度球的分规值、偏心密珠轴套的偏心量及方向贴到偏心密珠轴套上。采用该种方案，G5级高精度球所能达到的最小偏心量为0.2μm；更换其他分规值的G5级高精度球能获得偏心量为0.2μm整数倍的偏心密珠轴套。

(3)6个球室+三种规格高精度球的精密定位用偏心密珠轴套(图4所示)。

按顺时针方向对球室进行编号，分别为1号、2号、3号、4号、5号和6号球室。1号和2号球室分别置入5粒直径为5.005mm，分规值为-0.2μm的G5级高精度球；3号和6号球室分别置入5粒直径为5.005mm，分规值为0的高精度球G5级；4号和5号球室置入5粒直径为5.005mm，分规值为0.2μm的G5级高精度球，然后用螺帽拧紧。这样制作的偏心密珠轴套偏心量约为0.23μm，偏心方向位于4号和5号球室的中间方向。记录下各个球室所用高精度球的分规值、偏心密珠轴套的偏心量及方向贴到偏心密珠轴套上。采用该种方案，G5级高精度球所能达到的最小偏心量为0.23μm；更换其他分规值的G5级高精度球能获得偏心量为0.23μm整数倍的偏心密珠轴套。

(4)6个球室+四种规格高精度球的精密定位用偏心密珠轴套(图5所示)。

按顺时针方向对球室进行编号，分别为1号、2号、3号、4号、5号和6号球室。1号球室置入5粒直径为5.005mm，分规值为-0.2μm的G5级高精度球；2号和6号球室分别置入5粒直径为5.005mm，分规值为0的G5级高精度球；3号和5号球室置入5粒直径为5.005mm，分规值为0.2μm的G5级高精度球，4号球室置入5粒直径为5.005mm，分规值为0.4μm的G5级高精度球，然后用螺帽拧紧。这样制作的偏心密珠轴套偏心量约为0.3μm，偏心方向位于4号球室方向。记录下各个球室所用高精度球的分规值、偏心密珠轴套的偏心量及方向贴到偏心密珠轴套上。采用该种方案，G5级高精度球所能达到的最小偏心量为0.3μm；更换其他分规值的高精度球能获得偏心量为0.3μm整数倍的偏心密珠轴套。

根据实测安装芯轴的偏心量，选择上述不同的组合方案制作偏心密珠轴套，能最大限度的补偿安装芯轴自身的加工或安装偏心误差。假如精确测量出安装芯轴自身的偏心误差为1.3μm，由于1.3≈9×0.14，可采用4个球室+两种规格高精度球制作偏心密珠轴套进行误差补偿。两种规格G5级高精度球的直径差(含分规值)为9×0.2μm，即可满足要求。使用时，将该偏心密珠轴套的偏心方向与安装芯轴偏心反方向对齐即可补偿安装芯轴自身的偏心误差。

二、用于实现特定偏心量的精密定位用偏心密珠轴套(图6所示)。

假设要精密加工偏心量为1mm的偏心轮。首先，根据安装芯轴和零件内孔的直径尺寸确定保持架内外圈的直径和所用高精度球的直径。若安装芯轴的公称直径为30mm，上偏差为0，下偏差为-0.002mm；零件内径尺寸为40mm，上偏差为+0.003mm，下偏差0。则选用保持架的内径为31mm，外径为39mm，内外环的偏心量为1mm，假设偏心密珠轴套的设计高度为35mm。由于用于实现特定偏心量的密珠轴套的球室的加工位置、直径和有效长度不同，需要先确定组合方案，然后再加工球室。该类型的偏心密珠轴套易采用4个球室+三种规格高精度球和6个球室+四种规格高精度球两种组合方式制作。

(1)4个球室+三种规格高精度球的精密定位用偏心密珠轴套(图7所示)。

按顺时针方向对球室进行编号，分别为1号、2号、3号和4号球室。1号球室选用直径为4.005mm，分规值为0的G5级高精度球，铣孔的铣刀直径4.1mm，加工位置为保持架壁厚3mm处，球室的有效长度加工到24.3±0.2mm，容纳6粒高精度球；2号球室和4号球室选用直径为5.005mm，分规值为0的G5级高精度球，铣孔的铣刀直径5.1mm，加工位置为保持架壁厚4mm处，球室的有效长度加工到25.3±0.2mm，容纳5粒高精度球；3号球室选用4粒直径为6.005mm，分规值为0μm的G5级高精度球，铣孔的铣刀直径6.1mm，加工位置为保持架壁厚5mm处，球室的有效长度加工到24.3±0.2mm，容纳4粒高精度球。这样制作的偏心密珠轴套偏心量为1.000mm，偏心方向位于3号球室的方向。记录下各个球室所用高精度球的分规值、偏心密珠轴套的偏心量及方向贴到偏心密珠轴套上。

(2)6个球室+四种规格高精度球的精密定位用偏心密珠轴套(图8所示)。

按顺时针方向对球室进行编号，分别为1号、2号、3号、4号、5号和6号球室。1号球室选用直径为4.005mm，分规值为0的G5级高精度球，铣孔的铣刀直径4.1mm，加工位置为保持架壁厚3mm处，球室的有效长度加工到24.3±0.2mm，容纳6粒高精度球；2号球室和6号球室选用直径为4.505mm，分规值为0的G5级高精度球，铣孔的铣刀直径4.6mm，加工位置为保持架壁厚3.5mm处，球室的有效长度加工到22.8±0.2mm，容纳5粒高精度球；3号和5号球室选用直径为5.505mm，分规值为0的G5级高精度球，铣孔的铣刀直径5.6mm，加工位置为保持架壁厚4.5mm处，球室的有效长度加工到22.3±0.2mm，容纳5粒高精度球；4号球室选用直径为6.005mm，分规值为0的G5级高精度球，铣孔的铣刀直径6.1mm，加工位置为保持架壁厚5mm处，球室的有效长度加工到24.3±0.2mm，容纳4粒高精度球。这样制作的偏心密珠轴套偏心量为1.000mm，偏心方向位于4号球室的方向。记录下各个球室所用高精度球的分规值、偏心密珠轴套的偏心量及方向贴到偏心密珠轴套上。该方案(2)由于使用高精度球的数量较多，误差的均化效应较明显，定位效果优于方案(1)。

Claims (3)

1.一种精密定位用偏心密珠轴套，其特征在于，由保持架、高精度球和螺母组成；保持架上沿轴线方向有均布的、直径大于所用高精度球直径0.1～0.2mm的多个球室；球室的有效长度大于高精度球直径整数倍的0.2～0.5mm；球室一端封闭，一端开口；开口的一端有螺纹，通过螺母封闭球室；保持架外环的直径尺寸小于零件内孔直径尺寸1mm；保持架内环直径尺寸大于安装芯轴外径尺寸1mm；保持架内外环之间的偏心量为该密珠轴套的设计偏心量。

2.如权利要求1所述的一种精密定位用偏心密珠轴套，其特征在于，10μm以下微小偏心量的偏心密珠轴套，保持架为等壁厚结构。

3.如权利要求1或2所述的一种精密定位用偏心密珠轴套，其特征在于，通过更换不同球室里高精度球的规格尺寸，制作具有不同偏心量的精密偏心密珠轴套。