CN109551022A - 一种磁球球体的铣削及经纬线刻线的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁球球体的铣削及经纬线刻线的加工方法。适用于普通工具铣床加工有机玻璃磁球球体及其表面经纬线。包括：把尾座固定在回转工作台上，通过中间套用钻夹头安装刀具，在铣床主轴上通过带角分度刻度的中间套、三爪卡盘和螺纹夹具安装磁球，利用铣床主轴的旋转运动和回转工作台实现的旋转运动。两个旋转同时运动实现磁球的加工，两个带角分度功能的旋转自由度一个固定、一个旋转运动来实现经纬刻线的加工。本发明采用的设备简单，加工精度高，刻线宽度、深度一致且美观。

Description

一种磁球球体的铣削及经纬线刻线的加工方法
技术领域
本发明属于机械制造技术领域，具体涉及一种磁球球体的铣削及经纬线刻线的加工方法。
背景技术
磁球主要应用于地质探测、水库水坝的检测，具有广泛的应用。其材料采用质量轻，透明度高的有机玻璃材料。磁球外形是加工成形的一个半球体，半球表面需要刻制检测用的经纬线，要求经纬线的中心与磁球球心重合，刻线的宽度、深度一致性要求高。
对于磁球体球的加工，传统磁球球体的加工方法有：(1)车削球体；(2)在铣床主轴上安装加工刀具，利用分度卡盘和铣床主轴的两个旋转运动来实现球体的成形；(3)或采取万能分度转台的两个旋转运动来实现球体的成形。对于经纬线的刻制加工，采用传统磁球的加工方法(1)和(2)，车床或铣床主轴上没有分度功能，在刻制经纬线时，还缺少带角分度的旋转轴来实现经纬线刻线运动，该方法不能完成磁球经纬仪的刻线加工；采用传统磁球的加工方法(3)，采取万能分度转台的两个旋转运动轴对球心坐标不是独立的，在球体经纬线刻制过程中，装夹在万能分度转台上的磁球球心在铣床坐标中的位置会变化，这样需要计算每条经纬线中心的坐标位置，大量的计算误差和坐标控制误差使这些经纬线的球心不重合，其与球体的球心也不重合，这样经纬线刻线的分度、深度、宽度等误差使磁球丢失检测功能，而且加工计算与操作方法极其复杂，效率和质量极低。这些方法都无法实现磁球经纬仪的刻线加工。
本发明固定在回转工作台的尾座上安装刀具，在铣床主轴上固定的带角分度刻度的三爪卡盘安装磁球，利用铣床主轴的旋转运动和回转工作台实现的旋转运动。两个旋转同时运动实现磁球的加工，两个旋转自由度一个固定、一个旋转运动来实现经纬刻线的加工；磁球的铣削加工与磁球经纬线的刻线加工采用相同的装夹状态下完成两种加工，该方式使磁球球体的球心与经纬线的中心重合；在球体经纬线的刻线过程中，铣床主轴回转轴线、刀具体的轴线、回转工作台回转轴线，这三个轴线相交于一点即磁球的球心。发明采用的设备简单，加工精度高，刻线宽度、深度一致美观。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：改进现有加工磁球的方式只可以完成磁球的加工，无法完成高精度经纬线的刻线加工，问题在于：磁球球体和球体经纬线的加工中，需要采用相同的装夹状态下完成两种加工；需要两个相对独立的旋转运动来实现磁球球体的成形以及球体经纬线的刻线加工；需要这两个旋转运动都具备角分度功能，实现经纬线的角分度度数；球体经纬线的刻线过程中，需要球体经纬线的成形回转运动轴线，球体经纬线的分度回转运动轴线，刀具体的轴线相交于球体球心。
为解决以上技术问题，本发明通过以下方案来实现：
一种磁球球体的铣削及经纬线刻线的加工方法，包括：
1.1.提供加工设备：铣床主轴1(即Z轴)、带角分度刻度的中间套2、三爪卡盘3、螺纹夹具4、磁球5、刀具6、钻夹头7、中间套8、尾座9、尾座进给轴10、定心轴11、回转工作台12；
1.2.磁球球体的铣削和球体经纬线的刻线加工方法：尾座9安装在回转工作台12上，中间套8安装在尾座9上，钻夹头7安装在中间套8上，钻夹头7夹紧刀具6，带角分度刻度的中间套2安装在铣床主轴1上，三爪卡盘3与带角分度刻度的中间套2固定联接，三爪卡盘3夹紧螺纹夹具4，磁球5通过螺纹旋在螺纹夹具4上，磁球5球体的铣削加工与磁球球体经纬线的刻线加工均采用上述的装夹状态下完成两种加工，这样可以使磁球球体的球心与球体经纬线的中心重合，减小重复装夹误差和找正误差；
1.3.磁球球体表面的抛光方法：启动铣床主轴1以1000r/min旋转，先采用金相砂纸对球体表面进行粗抛光，采用煤油进行冷却；然后采用3:2的油酸、氧化氯混合抛光液，对球体表面进行精抛光直至磁球晶莹透明。
其中，磁球球体经纬线的刻线加工过程中，球体经纬线的成形回转运动轴线，球体经纬线的分度回转运动轴线，刀具体的轴线相交于球心，即铣床主轴回转轴线13、刀具体的轴线14、回转工作台回转轴线15，这三个轴线相交于一点即磁球的球心16。
其中，定心轴11安装在回转工作台12的中心，将尾座9安装在回转工作台12上，同时要求使尾座进给轴10与回转工作台12中心线构成一个平面；通过调整铣床升降工作台的高度(即Z轴坐标)使尾座进给轴10轴线与铣床主轴1轴线在铣床Z轴坐标一致；通过调整回转工作台12的角度回转使尾座进给轴10轴线与铣床主轴回转轴线13在水平面(即XY平面)内平行；通过调整铣床纵向(即Y轴)坐标，使回转工作台12中心、尾座进给轴10轴线、铣床主轴1轴线在XZ平面内；通过调整铣床横向(即X轴)坐标，使磁球5的中心与回转工作台12中心在水平面(即XY平面)内重合。
其中，通过千分表座固定在铣床主轴1上，分别对定心轴11和尾座进给轴10用千分表打轴向跳动差，实现使尾座进给轴10与回转工作台12中心线构成一个平面。
其中，启动铣床主轴1旋转，回转工作台12手动旋转，两个运动同时运动实现磁球5球体的成形运动，磁球的半径尺寸由尾座进给轴10的进给旋钮17控制进给量来实现。
其中，带角分度刻度的中间套2安装在铣床主轴1上，磁球5球体经纬线的经度通过带角分度刻度的中间套2上的角分度功能进行实现，分别在铣床主轴每个角度的锁定状态下，利用回转工作台的回转进行经线的刻线加工；磁球5的纬度通过回转工作台12上的角分度功能进行实现，分别在回转工作台每个角度的锁定状态下，启动铣床主轴1旋转，进行纬线的刻线铣削加工，刻线深度以及宽度由尾座进给轴10的进给旋钮控制。
本发明的原理在于：本发明中磁球球体的铣削、球体经纬线刻线的加工以及抛光的加工采用如下装夹状态实现：尾座固定联接在回转工作台上，中间套安装在尾座上，钻夹头安装在中间套上、钻夹头夹紧刀具，带角分度刻度的中间套安装在铣床主轴上，三爪卡盘与带角分度刻度的中间套固定联接，三爪卡盘夹紧螺纹夹具，磁球通过螺纹旋在螺纹夹具。磁球球体的铣削加工、球体经纬线刻线的加工以及抛光的加工均采用该装夹方式，而且加工过程中装夹状态不能改变。
本发明中磁球球体以及球体经纬线的成形运动采用如下运动形式实现：铣床主轴的旋转运动和回转工作台实现的旋转运动。两个旋转同时运动实现磁球的加工，两个旋转自由度一个固定、一个旋转运动来实现经纬刻线的加工。
本发明中两个旋转运动需要的具备角分度功能采取如下方式实现：回转工作台本身具备回转功能和360°角分度功能；本发明涵盖一个自制的带角分度刻度的中间套，该中间套具备360°角分度功能，分度刻度1°/格，该带角分度刻度的中间套与铣床主轴相连接来实现铣床主轴旋转运动的角分度功能。
本发明中需要球体经纬线的成形回转运动轴线，球体经纬线的分度回转运动轴线，刀具体的轴线相交于球体球心采用如下方式实现：将定心轴安装在回转工作台的中心，将尾座安装在回转工作台上，使尾座进给轴与回转工作台中心线构成一个平面；通过调整铣床升降工作台的高度(Z轴坐标)使尾座进给轴轴线与铣床主轴轴线在铣床Z轴(高度)坐标一致；通过调整回转工作台的角度回转使尾座进给轴轴线与铣床主轴回转轴线在水平面(XY平面)内平行；通过调整铣床纵向(Y轴)坐标，使回转工作台中心、尾座进给轴轴线、铣床主轴轴线在XZ平面内；通过调整铣床横向(X轴)坐标，使磁球的球心与回转工作台中心在水平面(XY平面)内重合。在上述状态下，铣床主轴和回转工作台在任何角度下无论分别旋转还是同时旋转，铣床主轴的轴线，回转工作台的轴线，刀具体的轴线始终相交于磁球球心，即球体经纬线的的成形回转运动轴线，球体经纬线的分度回转运动轴线，刀具体的轴线相交于球体球心。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明的加工方式不仅可以实现磁球球体的加工，还可以实现磁球刻线的加工。现有的加工磁球球体加工方法，如车削球体，铣削球体只能实现磁球球体的加工，缺少带角度的回转轴实现经纬线的刻线。
(2)本发明加工精度高，刻线宽度、深度一致美观。而现有技术如采取万能分度转台的两个旋转运动轴来实现经纬线刻线功能，两个旋转运动轴对球心坐标不是独立的，在球体经纬线刻制过程中，装夹在万能分度转台上的磁球球心在铣床坐标中的位置会变化，这样需要计算每条经纬线中心的坐标位置，大量的计算误差和坐标控制误差使这些经纬线的球心不重合，其与球体的球心也不重合，这样经纬线刻线的分度、深度、宽度等误差使磁球丢失检测功能，而且加工计算与操作方法极其复杂，效率和质量极低，现有技术如采用五轴及五轴以上的数控的话，由于多轴机床中回转轴只有一轴是360°回转，其余回转轴只有90°，刻线只能分段刻线，这样的两次刻线存在刀具重新对刀误差，机床误差，数控程序误差使刻线不重合，这样的刻线不均匀，美观，不能达到高精度，美观的刻线。
(3)本发明使用的是普通工具铣，价格便宜，加工成本低。采用现有的技术如5轴或5轴以上数控机床加工昂贵，操作要求高，加工刻线精度低。
附图说明
图1是本发明一种磁球球体的铣削及经纬线刻线的加工方法利用的加工设备的主视图；
图2是本发明一种磁球球体的铣削及经纬线刻线的加工方法利用的加工设备的俯视图；
图3是本发明磁球球体铣削以及球体经纬线刻线加工示意图；其中，图3(a)为磁球球体铣削以及球体经纬刻线回转运动示意图的主视图，图3(b)为为磁球球体铣削以及球体经纬刻线回转运动示意图的俯视图；
图中各标号表示：1铣床主轴(即Z轴)；2带角分度刻度的中间套；3三爪卡盘；4螺纹夹具；5磁球；6刀具；7钻夹头；8中间套；9尾座；10尾座进给轴；11定心轴；12回转工作台；13铣床主轴回转轴线；14刀具体的轴线；15回转工作台回转轴线；16磁球的球心；17尾座进给旋钮。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
本发明涉及的加工设备：铣床(万能铣床X8130)，带角分度刻度的中间套2，三爪卡盘3，螺纹夹具4，磁球5，刀具6，钻夹头7，中间套8，尾座9，定心轴11，回转工作台12。尾座9固定联接回转工作台12在上，中间套8安装在尾座9上，钻夹头7安装在中间套8上、钻夹头7夹紧刀具6，带角分度刻度的中间套2安装在铣床主轴1上，三爪卡盘3与带角分度刻度的中间套2固定联接，三爪卡盘3夹紧螺纹夹具4，磁球5通过螺纹旋在螺纹夹具4。
磁球球体的铣削加工：将定心轴11安装在回转工作台12的中心，将尾座9安装在回转工作台12上，使尾座进给轴10与回转工作台12中心线构成一个平面；通过调整铣床升降工作台的高度(Z轴坐标)使尾座进给轴10轴线与铣床主轴回转轴线13在铣床Z轴(高度)坐标一致；通过调整回转工作台12的角度回转使尾座进给轴10轴线与铣床主轴回转轴线13在水平面(XY平面)内平行；通过调整铣床纵向(Y轴)坐标，使回转工作台回转轴线15、尾座进给轴10轴线、铣床主轴回转轴线13在XZ平面内；通过调整铣床横向(X轴)坐标，使磁球5的中心与回转工作台12中心在水平面(XY平面)内重合，铣床主轴回转轴线13、刀具体的轴线14、回转工作台回转轴线15，这三个轴线相交于一点即磁球的球心16。启动铣床主轴旋转，缓慢摇动回转工作台12手柄，使回转工作台12旋转，两个旋转运动实现磁球5的成形运动，由尾座进给轴10的尾座进给旋钮17控制刀具的的轴向运动，在尾座进给轴10的端面用百分表或千分表打表控制铣削深度。主轴转速在1600r/min，粗铣切削深度0.1～0.2mm/次；主轴转速在1600r/min，精铣切削深度0.02mm/次。
磁球的抛光方法：切削磁球5后，切削的表面粗糙度值Ra3.2达不到透明程度的要求，需要对磁球5进行抛光使其表面透明，在透明表面上刻线明显醒目。启动铣床主轴1旋转，主轴转速在600r/min，先采用金相砂纸进行粗抛光，采用煤油进行冷却；主轴转速在800r/min，采用3:2的油酸、氧化氯混合抛光液进行精抛光直至磁球透明。
球体经纬线刻线的加工方法：纬线的刻线，要求从0°至100°，每隔1°刻制一条细纬线，每隔10°刻制一条粗纬线，细线深度0.02～0.03mm，粗线深0.05～0.06mm。先用刀尖点对刀后，启动铣床主轴1转速在20r/min，旋转回转工作台12使刀具体轴线14与铣床主轴回转轴线13夹角的角度与刻制纬线的角度成补角，尾座进给轴10进给0.025mm深度刻制细纬线，尾座进给轴10进给0.055mm深度刻制粗纬线。经线的刻线，要求从0°至360°，每2°刻一条细经线，细线深度0.02～0.03mm。铣床主轴1挂空挡，利用带角分度刻度的中间套确定0°后，锁定铣床主轴1，用刀尖点对刀后，尾座进给轴10进给0.025mm深度，匀速摇动回转工作台12转动，刻制细经线。
本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。
以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种磁球球体的铣削及经纬线刻线的加工方法，其特征在于，包括：
1.1.提供加工设备：铣床主轴(1)(即Z轴)、带角分度刻度的中间套(2)、三爪卡盘(3)、螺纹夹具(4)、磁球(5)、刀具(6)、钻夹头(7)、中间套(8)、尾座(9)、尾座进给轴(10)、定心轴(11)、回转工作台(12)；
1.2.磁球球体的铣削和球体经纬线的刻线加工方法：尾座(9)安装在回转工作台(12)上，中间套(8)安装在尾座(9)上，钻夹头(7)安装在中间套(8)上，钻夹头(7)夹紧刀具(6)，带角分度刻度的中间套(2)安装在铣床主轴(1)上，三爪卡盘(3)与带角分度刻度的中间套(2)固定联接，三爪卡盘(3)夹紧螺纹夹具(4)，磁球(5)通过螺纹旋在螺纹夹具(4)上，磁球(5)球体的铣削加工与磁球球体经纬线的刻线加工均采用上述的装夹状态下完成两种加工，这样可以使磁球球体的球心与球体经纬线的中心重合，减小重复装夹误差和找正误差；
1.3.磁球球体表面的抛光方法：启动铣床主轴(1)以1000r/min旋转，先采用金相砂纸对球体表面进行粗抛光，采用煤油进行冷却；然后采用3:2的油酸、氧化氯混合抛光液，对球体表面进行精抛光直至磁球晶莹透明。
2.根据权利要求1所述的一种磁球球体的铣削及经纬线刻线的加工方法，其特征在于：磁球球体经纬线的刻线加工过程中，球体经纬线的成形回转运动轴线，球体经纬线的分度回转运动轴线，刀具体的轴线相交于球心，即铣床主轴回转轴线(13)、刀具体的轴线(14)、回转工作台回转轴线(15)，这三个轴线相交于一点即磁球的球心(16)。
3.根据权利要求1所述的一种磁球球体的铣削及经纬线刻线的加工方法，其特征在于：定心轴(11)安装在回转工作台(12)的中心，将尾座(9)安装在回转工作台(12)上，同时要求使尾座进给轴(10)与回转工作台(12)中心线构成一个平面；通过调整铣床升降工作台的高度(即Z轴坐标)使尾座进给轴(10)轴线与铣床主轴(1)轴线在铣床Z轴坐标一致；通过调整回转工作台(12)的角度回转使尾座进给轴(10)轴线与铣床主轴回转轴线(13)在水平面(即XY平面)内平行；通过调整铣床纵向(即Y轴)坐标，使回转工作台(12)中心、尾座进给轴(10)轴线、铣床主轴(1)轴线在XZ平面内；通过调整铣床横向(即X轴)坐标，使磁球(5)的中心与回转工作台(12)中心在水平面(即XY平面)内重合。
4.根据权利要求1所述的一种磁球球体的铣削及经纬线刻线的加工方法，其特征在于：通过千分表座固定在铣床主轴(1)上，分别对定心轴(11)和尾座进给轴(10)用千分表打轴向跳动差，实现使尾座进给轴(10)与回转工作台(12)中心线构成一个平面。
5.根据权利要求1所述的一种磁球球体的铣削及经纬线刻线的加工方法，其特征在于：启动铣床主轴(1)旋转，回转工作台(12)手动旋转，两个运动同时运动实现磁球(5)球体的成形运动，磁球的半径尺寸由尾座进给轴(10)的进给旋钮(17)控制进给量来实现。
6.根据权利要求1所述的一种磁球球体的铣削及经纬线刻线的加工方法，其特征在于：带角分度刻度的中间套(2)安装在铣床主轴(1)上，磁球(5)球体经纬线的经度通过带角分度刻度的中间套(2)上的角分度功能进行实现，分别在铣床主轴每个角度的锁定状态下，利用回转工作台的回转进行经线的刻线加工；磁球(5)的纬度通过回转工作台(12)上的角分度功能进行实现，分别在回转工作台每个角度的锁定状态下，启动铣床主轴(1)旋转，进行纬线的刻线铣削加工，刻线深度以及宽度由尾座进给轴(10)的进给旋钮控制。
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