CN110520686B - 航天级球栅精密加工系统 - Google Patents

Abstract

一种航天级球栅精密加工系统，包括工作台(100)、旋转台(200)、线位移球栅(300)、第一角位移球栅(400)、消隙传动系统(500)、第二角位移球栅(600)、摆动座(700)、万向球座(800)以及摇摆组件(900)，工作台(100)移动设置在旋转台(200)上，线位移球栅(300)测量工作台(100)的移动量，旋转台(200)通过消隙传动系统(500)转动设置在摆动座(700)上，第一角位移球栅(400)测量旋转台(200)的转动量，摆动座(700)通过摇摆组件(900)摆动设置在万向球座(800)上，第二角位移球栅(600)测量摆动座(700)的摆动量，被加工件固定在工作台(100)上，随着加工机台的多维运转和精度控制，提高被加工件的加工效率和精度。

Description

航天级球栅精密加工系统

技术领域

本发明涉及精密加工技术领域，更具体地说，本发明涉及一种航天级球栅精密加工系统。

背景技术

球栅是二十世纪70年代开发的一种位移传感器，在进行机械线位移或角位移的检测过程中，由于组成球本身误差出现不是连续的，只是周期现象，因此球栅传感器的控制系统就能够清楚识别并消除之，测量精度就可无限提高，其误差也可逼近零。目前此类球栅已经在高端装备上有所使用，随着人们的认识及成本降低，此件将会普及到需要进行测量的行业及设备，包括航天设备上使用。

人们在精密加工设备改进的方向上，偏重于加工精度提高、误差控制收紧、工作效率提高等方面，尚未发展到仿生制造的设备配合方向，如除了主动的三维或以上切削运动系统外，在直线运动、旋转运动及倾斜运动的被动工作台系统，尚未出现多维可控的面加工主动工作台系统，以能对特种加工件的实际达成控制。

众所周知，水中运动的物体，其能量消耗一定是最低、其运动响声也是自控的，水中物体的无声运动是本能之一。而人造物体不能到达自然物体的各种状态，有各种原因，加工方式的落后是其中一个因素。

特别是，军事用途的潜艇，不仅需要能量消耗为最少；而且需要运动噪声为最低，实际达到能耗的利用率提高；噪声逼近为零是各国军事工程研究的重点方向。潜艇身的流线设计及制造是可以通过试验改进的，作为推进器的主要零件--旋转叶片的大能量供给及静音设计及加工是难以实现的。其原因是叶片自由体的加工方面，多少与仿生有区别，存在制造误区。理论上的完整，到达产品的完成，不管所谓的“精度”有多么炫目，目前的加工设备及后续的涂装处理，都没有达到与仿生一致的现象出现。在切削设备方面的误区是走刀是线型而非面型；即便是有模具的电火花加工，误差因放电的非等量损耗而导致加工件非理想状也是目前的现实因素。

球栅作为位移传感器，在控制加工设备的加工误差检测及实时指挥方面已经有几十年的应用历史，而扩展到被动运动的工作台多维变动，需要被市场认可的较为复杂的设备设计及制造。比如，潜艇用之旋转推进器的多叶片就需要与仿生一致的弧面，类似鱼在前进运动时摆尾的鱼身弧度变化，这是消声至静音的需求。而对于噪声不敏感的无人机，其螺旋叶片极为关注的则是节能，最大限度的降低到能耗趋于零的自动设备也是本发明的优势。

因此，亟待需要一种加工母机的添加装置或者改进型设备，要能够突破传统的加工有主动被动之分，不仅要具备在切削设备方面的主动运动，而且在装夹设备方面也要有主动运动的指挥系统。球栅传递信号的功能尽管早已公知，而且球栅的使用也有几十年的历史，但是作为互动的主动件尚未看到应用的案例。依靠球栅的功能作用，切削设备与装夹设备的各自主动互动，将会突破目前的加工樊笼，建立一种零部件新的仿生实现途径。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种航天级球栅精密加工系统，提供一种提高线加工的精度，使得加工精度突破μ级的利用球栅系统进行面加工的精密机床互动工作台系统，此系统不仅考虑切削方面的精度控制，而且在被动的工作台系统中也导入不同位置、不同检测及控制目的的多套球栅系统，此工作台将由被动工作转为主动配合、乃至主动指挥切削系统进行合理工作。经过本加工系统加工的被加工件基本没有加工精度偏差，产品与图纸尺寸基本一致，有效提高了加工精度。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种航天级球栅精密加工系统，包括：

摆动座，其下端设置有第一球头；

万向球座，其中心设置有一球形凹面，所述摆动座通过第一球头活动设置在所述球形凹面中，所述球形凹面两侧的所述万向球座上各配置有两个间隔设置的球头座，所述万向球座通过机架悬空安装在地面上；

旋转台，其转动设置在所述摆动座上端，所述旋转台上表面平行设置有两支座，所述支座上活动设置有一工作台，所述旋转台下端外周设置有内齿轮；

线位移球栅，其包括设置在所述支座上的直线球栅尺和套设在所述直线球栅尺上的第一读数头，所述第一读数头与所述工作台同步连接；

第一角位移球栅，其包括设置在所述摆动座上端的环形球栅尺和套设在所述环形球栅尺上的第二读数头，所述第二读数头与所述旋转台同步连接；

消隙传动系统，其设置在所述摆动座上部，所述消隙传动系统上端设置有与所述内齿轮啮合的消隙齿轮；

驱动所述摆动座摆动的摇摆组件，其设置在所述摆动座两侧，所述摇摆组件下端设置有第二球头，所述第二球头活动设置在所述球头座内；以及

第二角位移球栅，其包括具有一定弧长的弧形球栅尺和套设在所述弧形球栅尺上的第三读数头，所述弧形球栅尺位于所述万向球座上，所述第三读数头同步设置在所述摇摆组件上，所述第三读数头的摆动半径与所述弧形球栅尺的半径一致。

优选的，所述支座上端内侧开设有滑槽，所述工作台设置在所述滑槽上，所述直线球栅尺位于所述滑槽上端，所述第一读数头与所述工作台侧壁连接，所述工作台底部设置有一旋进丝杆，所述旋进丝杆第一端设置有手轮，所述旋进丝杆第二端设置有第一电机，两所述支座之间的所述旋转台上设置有一丝杆座孔位，所述旋进丝杆外周螺纹套设有一无隙丝杆座，所述无隙丝杆座固定在所述丝杆座孔位中。

优选的，所述无隙丝杆座依中心分拆为第一丝杆座和第二丝杆座，所述第一丝杆座和第二丝杆座外侧开设有若干个腰形孔，所述第一丝杆座和第二丝杆座通过螺母贯穿所述腰形孔安装在所述丝杆座孔位的两侧。

优选的，所述摆动座上端纵向开设有一旋转套筒，所述旋转台下端中心延伸出一与所述旋转套筒配对的转轴，所述转轴转动支撑在所述旋转套筒内。

优选的，所述摆动座上端横向设置有第一支架，所述环形球栅尺横向固定在所述第一支架上，且所述环形球栅尺与所述旋转台同心配置，所述第二读数头与所述旋转台下端连接。

优选的，所述摆动座上端至少间隔设置有两个第二支架，每个所述第二支架上端设置有所述消隙传动系统，所述消隙传动系统包括第二电机、与所述第二电机输出轴连接的减速箱以及设置在所述减速箱输出端的所述消隙齿轮。

优选的，所述摆动座下端对立两侧分别设置有第三支架，所述摇摆组件安装在所述第三支架上，所述摇摆组件包括：

第三电机，其朝下设置在所述第三支架上端，所述第三电机输出轴横向设置有一动力齿轮，所述动力齿轮位于所述第三支架下端；

一对调速齿轮，其啮合连接在所述动力齿轮两侧，所述第三支架上开设有长条形通孔，所述调速齿轮中心向上延伸一安装轴，所述安装轴设置在所述长条形通孔内；

一对球头丝杆，其垂直贯穿设置在所述第三支架两侧，所述球头丝杆下端的第二球头通过球头丝杆盖限制在所述球头座内，所述球头丝杆上横向设置有一与所述调速齿轮啮合的浮动丝杆齿轮。

优选的，所述第三读数头固定在所述第三支架外侧，一对所述球头丝杆所在平面与所述弧形球栅尺所在平面平行，所述第三读数头与所述第一球头转动支点的距离与所述弧形球栅尺的半径一致。

优选的，所述球头丝杆上还套设有一球形丝杆座，所述球形丝杆座与所述球头丝杆螺纹连接，所述球形丝杆座通过上端盖和下端盖固定在所述第三支架上。

优选的，所述旋转台下表面与所述摆动座上表面之间通过一回转支承连接。

本发明至少包括以下有益效果：

1、采用主动配合的三维切削工作母机，加之主动配合的装夹部分，实现了全方位的加工模式，被加工件一次性固定在加工台上，经过加工机台的主动运转来实现全方位的加工过程，直至被加工件单面完全加工完毕，单次定位，即可完成单面的所有加工工序，提高了加工效率，避免多次定位而造成的加工误差，也就是提高了加工精度；

2、同时引入多个球栅测量及信号反馈的双作用下，实现了多维的同步高精度测量，实时测量加工机台的运动量，以精确控制加工过程，进一步提高了被加工件的加工精度，使得原始设计模型与加工得到被加工件尺寸基本一致，提高了产品精度和质量，加工精度达到微米级以上。

3、整个加工机台实现平移、旋转和摆动，加工过程更顺畅，摆动过程中不会产生卡机现象，同时摆动范围更大，且可提供360°的转动过程，提供了全方位的空间加工范围。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为航天级球栅精密加工系统第一视角下的结构示意图；

图2为航天级球栅精密加工系统第二视角下的结构示意图；

图3为旋转台上端空间的结构示意图；

图4为图3中局部A的结构示意图；

图5为无隙丝杆座的结构示意图；

图6为航天级球栅精密加工系统侧视图；

图7为摆动座、摇摆组件、消隙传动系统的侧视图；

图8为摆动座、摇摆组件、消隙传动系统的安装结构示意图；

图9为航天级球栅精密加工系统的向下视角的爆炸图；

图10为航天级球栅精密加工系统的向上视角的爆炸图；

图11为摇摆组件的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

实施例一

本发明提供了一种航天级球栅精密加工系统，如图1-11所示，包括工作台100、旋转台200、线位移球栅300、第一角位移球栅400、消隙传动系统500、第二角位移球栅600、摆动座700、万向球座800以及摇摆组件900，工作台100移动设置在旋转台200上，线位移球栅300测量工作台100的移动量，旋转台200通过消隙传动系统500转动设置在摆动座700上，第一角位移球栅400测量旋转台200的转动量，摆动座700通过摇摆组件900摆动设置在万向球座800上，第二角位移球栅600测量摆动座700的摆动量，被加工件固定在工作台100上，随着加工机台的多维运转和精度控制，从而实现对被加工件的全方位的空间加工过程，提高被加工件的加工效率和精度。

具体的，摆动座700为一柱状结构，在下端设置有第一球头740，对应的，万向球座800中心设置有一球形凹面821，摆动座700通过第一球头740活动设置在球形凹面821中，使得摆动座700在万向球座800中心朝任意方向摆动，万向球座800通过810悬空安装在地面上，使得球形凹面821悬空于地面；

旋转台200转动设置在摆动座700上端，摆动座700上端纵向开设有一旋转套筒750，对应的，旋转台200下端中心延伸出一与旋转套筒750配对的转轴270，转轴270转动支撑在旋转套筒750内，使得旋转台200限制在摆动座700上端且可以360°自由旋转。旋转台200上表面平行设置有两支座210，支座210横跨在旋转台200的两端，支座210上端内侧开设有滑槽，工作台100移动设置在滑槽上，滑槽的长度与支座210的长度一致，且在滑槽两端设置有限位台，对工位台100的移动量进行限位。

工作台100底部设置有一旋进丝杆230，旋进丝杆230平行位于两支座210之间，旋进丝杆230第一端设置有手轮250，旋进丝杆230第二端设置有第一电机240，两支座210之间的旋转台200上设置有一丝杆座孔位220，且在旋进丝杆230中心外周螺纹套设有一无隙丝杆座260，无隙丝杆座260固定在丝杆座孔位220中，当转动旋进丝杆230时，旋进丝杆230在无隙丝杆座260中旋进旋出，进而带动工作台100在支座210上前后移动。

线位移球栅300包括设置在滑槽上端的直线球栅尺320和套设在直线球栅尺320上的第一读数头310，第一读数头310与工作台100侧壁同步连接，直线球栅尺320的长度大于工作台100的移动范围。当工作台100在支座210上移动时，即可实时测得工作台100的移动量，也就是对被加工件进行高精度的线加工控制，被加工件的线位移量就是工作台100的移动量，被加工件的线位移加工精度即是线位移球栅300的测量精度，精度可以达到微米级以上。

摆动座700上端横向设置有第一支架710，第一角位移球栅400包括设置在旋转台200下端的环形球栅尺420和套设在环形球栅尺420上的第二读数头410，第二读数头410与旋转台200同步连接，第二读数头410实时测量旋转台200的旋转角度，环形球栅尺420与旋转台200同心设置。为了进一步提高测得的旋转台200的旋转精度，可以在环形球栅尺420上对称套设有两个、四个、六个或更多个第二读数头410，计算平均位移量，从而进一步提高第一角位移球栅400的测量精度。

摆动座700上端至少间隔设置有两个第二支架720，本实施例中，在摆动座700的相对两侧各设有一个地儿支架720，消隙传动系统500设置在第二支架720上端，消隙传动系统500包括第二电机510、与第二电机510输出轴连接的减速箱520以及设置在减速箱520输出端的消隙齿轮530，减速箱520为多级减速箱，以增加减速比，在旋转台200下端外周设置有一圈内齿轮280，消隙齿轮530与内齿轮280啮合，第二电机510通过啮合的消隙齿轮530和内齿轮280来带动旋转台200在摆动座700上的360°旋转，带动第二读数头410在环形球栅尺420上同步旋转，从而精确测得旋转台200的精度转动角度，也就是可以精确控制被加工件的旋转角度，以此提高加工精度。

通常，啮合连接的消隙齿轮530和内齿轮280有一个齿距的间隙，消隙齿轮530和内齿轮280一侧的齿轮侧壁是接触的，驱动旋转台200朝一个方向转动，当旋转台200朝另一个的方向旋转时，也就是反转时，消隙齿轮530需要空转移动一个齿轮距后使得消隙齿轮530和内齿轮280另一侧的齿轮侧壁接触，消隙齿轮53驱动旋转台200反转，这个造成消隙齿轮530空转的一个齿距的间隙影响了旋转台200的转动精度，也就是造成了被加工件的加工误差，影响产品质量，本发明为了解决这一问题，在摆动座700的相对两侧各设置有一个与内齿轮280啮合的消隙传动系统500，其中第一个消隙传动系统500的消隙齿轮530与内齿轮280的第一侧壁抵触，而第二个消隙传动系统500的消隙齿轮530与内齿轮280的第二侧壁抵触，两个消隙传动系统500同步运转，从而驱动旋转台200正转或反转时，消隙齿轮530都与内齿轮280的相对两侧壁抵触，从而消除造成消隙齿轮530空转的一个齿距的间隙，使得消隙齿轮530驱动旋转台200旋转的间隙小于1μ，接近零隙，低于第一角位移球栅的μ级测量精度，确保旋转台200的旋转精度，进而提高被加工件的加工精度。

摆动座700下端对立两侧分别设置有第三支架730，第三支架730为一板状结构，两个第三支架730对称设置在摆动座700的两侧，摇摆组件900安装在第三支架730上，摇摆组件900包括：

第三电机941，其朝下设置在第三支架730上端，第三电机941输出轴横向设置有一动力齿轮940，动力齿轮940位于第三支架730下端；

一对调速齿轮930，其啮合连接在动力齿轮940两侧，第三支架730上开设有长条形通孔731，调速齿轮930中心向上延伸一安装轴931，安装轴931设置在长条形通孔731内；

一对球头丝杆910，其垂直贯穿设置在第三支架730两侧，一对球头丝杆910的螺纹旋进方向相反，球头丝杆910与第三支架730啮合连接，球形凹面821两侧的万向球座800上各配置有两个间隔设置的球头座822，球头丝杆910下端的第二球头950通过球头丝杆盖960限制在球头座822内，使得球头丝杆910可以在球头座822内自由摆动，球头丝杆910上横向设置有一与调速齿轮930啮合的浮动丝杆齿轮920；

从而，动力齿轮940通过两侧的调速齿轮930和浮动丝杆齿轮920相互啮合，第三电机941驱动动力齿轮940旋转，通过调速齿轮930减速后，带动两个浮动丝杆齿轮920同向转动，也即是带动两个球头丝杆910同向转动，由于两个球头丝杆910的螺纹旋进方向相反的，使得第一侧的球头丝杆910在第三支架730中向上旋进，而第二侧的球头丝杆910在第三支架730中向下旋进，两侧第三支架730上的摇摆组件900同步运行，使得第三支架730朝向一侧摆动，球头丝杆910下端的第二球头950在球头座822内旋转和摆动，配合摆动座700的摆动过程，第三电机941正转反转，即可实现摆动座700的左右摆动过程，带动旋转台200及其工作台100摆动。

第二角位移球栅600包括具有一定弧长的弧形球栅尺620和套设在弧形球栅尺620上的第三读数头610，弧形球栅尺620位于万向球座800上，第三读数头610固定在第三支架730外侧，使得第三读数头610与摇摆组件900同步摆动，以实时测量摇摆组件900的摆动角度，一对球头丝杆910所在平面与弧形球栅尺620所在平面平行，第三读数头610与第一球头740转动支点的距离与弧形球栅尺620的半径一致，使得第三读数头610随摇摆组件900的摆动轨迹与弧形球栅尺620一致，本实施例中，弧形球栅尺620为半圆形结构，两端从万向球座800上向上延伸，弧形球栅尺620的半径可以根据第三读数头610的摆动半径而调整。

工作原理如下：

被加工件安装在工作台100，机台的加工刀头可以固定安装或是活动设置，根据被加工件在工作台100上的安装位置、刀头所在位置以及被加工件所需的加工范围和形状，确定被加工件所需的运行轨迹，从而控制精确控制整个机台的运行过程，整个机台的运行过程由第一电机240、第二电机510以及第三电机941来配合驱动，其中第一电机240控制被加工件的水平移动过程，用线位移球栅300实时监控，第二电机510控制被加工件的旋转过程，用第一角位移球栅400实时监控，第三电机941控制被加工件的摆动过程，用第二角位移球栅600实时监控，随着加工机台的多维运转和精度控制，实现对被加工件的全方位的空间精确加工过程，通过两个消隙齿轮530来消除被加工件的旋转间隙，提高被加工件的加工效率和精度，加工机台的多维运转带动被加工件来控制加工范围、形状和尺寸，刀头来控制加工深度，直至完成对被加工件的单面加工，单次定位，即可完成单面的所有加工工序，提高了加工效率，避免多次定位而造成的加工误差，也就是提高了加工精度；同时引入多个球栅测量及信号反馈的双作用下，实现了多维的同步高精度测量，实时测量加工机台的运动量，以精确控制加工过程，进一步提高了被加工件的加工精度，使得原始设计模型与加工得到被加工件尺寸基本一致，提高了产品精度和质量，加工精度达到微米级以上。

实施例二

在实施例一的基础上，如图3-5所示，将无隙丝杆座260依中心分拆为第一丝杆座261和第二丝杆座262，第一丝杆座261和第二丝杆座262外侧开设有若干个腰形孔263，第一丝杆座261和第二丝杆座262通过螺母贯穿腰形孔263安装在丝杆座孔位220的两侧，旋进丝杆230安装到无隙丝杆座260中后，对旋进丝杆230与无隙丝杆座260的安装位置进行精度调整，通常，螺纹连接的旋进丝杆230与无隙丝杆座260有一个螺纹距的间隙，旋进丝杆230与无隙丝杆座260一侧的螺纹侧壁是接触的，拖动旋进丝杆230朝一个方向移动，当旋进丝杆230朝另一个的方向移动时，需要空转移动一定螺纹距后使得旋进丝杆230与无隙丝杆座260另一侧的螺纹侧壁接触，拖动旋进丝杆230朝另一方向移动，这个造成旋进丝杆230空转的一定的螺纹距的间隙影响了工作台100的移动精度，也就是造成了被加工件的加工误差，影响产品质量，本发明为了解决这一问题，先松开安装在腰形孔263中的螺母，用手轮250进行正反向转动，使得第一丝杆座261和第二丝杆座262各自相向旋转一定距离，先后调整螺母在无隙丝杆座上腰形孔263中的位置，将两个分立的第一丝杆座261和第二丝杆座262相抵触，调整完毕后，旋紧两侧的螺母，使得第一丝杆座261和第二丝杆座262与丝杆座孔位220位置固定，同时，旋进丝杆230与第一丝杆座261第一侧的螺纹侧壁抵触，旋进丝杆230与和第二丝杆座262第二侧的螺纹侧壁抵触，从而在正反转旋进丝杆230时，旋进丝杆230都与无隙丝杆座260螺纹相对两侧壁抵触，从而消除造成旋进丝杆230空转的一定的螺纹距的间隙，使得丝杆推动工作台面的进退运动的间隙小于1μ，接近零隙，低于线位移球栅的μ级测量精度，确保工作台100的移动精度，进而提高被加工件的加工精度。

实施例三

在实施例二的基础上，如图9-11所示，依照被加工件的曲面特征，以能控制摆动座700随命令进行的倾向过程，选择合适节圆直径的调速齿轮930，调整与浮动丝杆齿轮920及动力齿轮940的啮合状态，同时，配合的移动安装轴931在长条形通孔731内的位置，以使得相应大小的调速齿轮930安装到摆动组件中，并将调速齿轮930与浮动丝杆齿轮920及动力齿轮940同时啮合，具体的，如果被加工件的曲面弧度较小，则增加调速齿轮930直径，以减小摆动座700进度，提高曲面加工精度；如果被加工件的曲面弧度较大，则减小调速齿轮930直径，以增加摆动座700进度，提高曲面加工效率，摆动角度用第二角位移球栅600实时监控。

实施例四

在实施例三的基础上，如图7-11所示，在球头丝杆910上还套设有一球形丝杆座980，球形丝杆座980与球头丝杆910螺纹连接，球形丝杆座980通过上端盖970和下端盖990固定在第三支架730上，将球形丝杆座980位置限制在第三支架730上，第三电机941旋转驱动球头丝杆910在球形丝杆座980伸缩，球形丝杆座980带动第三支架730及整个摆动座700左右摆动，球形丝杆座980起到了球头丝杆910转动与摆动座700摆动的中间桥梁作用，使得摆动座700的摆动更为顺上，避免球头丝杆910卡死在第三支架730上。

同时，旋转台200下表面与摆动座700上表面之间通过一回转支承连接，旋转台200与摆动座700通过回转支承连接，使得旋转台200的转动更为顺畅，减小摩擦阻力。转轴270转动支撑在旋转套筒750内，使得旋转台200限制在摆动座700上端且可以360°自由旋转，回转支承承担承重和减小摩擦的作用，同时，回转支承上下一部分各自内嵌在旋转台200与摆动座700中，以减小旋转台200在摆动座700上的抬升高度，旋转过程更为稳定和顺畅。

整个加工机台的安装流程如下：A.将旋进丝杆230、手轮250、第一电机240、无隙丝杆座260进行组合安装，B.将无隙丝杆座260依中心分拆为两件，分别安装在丝杆座孔位220的两侧，用手轮进行正反向转动，先后调整无隙丝杆座腰形孔的不同位置，使得丝杆推动工作台面的进退运动的间隙小于1μ，接近零隙，锁紧无隙丝杆座两侧平面的螺钉；C.旋进丝杆230、手轮250、第一电机240、无隙丝杆座260安装在工作台100上，将工作台100自动装入旋转台200支座210的滑槽中；D.将线位移球栅的读数头装在工作台100上，将线位移球栅的球栅尺部分装在旋转台200上；E.将第二读数头装在旋转台200的底部，环型球栅尺先临时装入第二读数头，待旋转台装入摆动座后再将第二读数头贴位到装在摆动座第一支架上；F.将旋转台内齿轮装入旋转台后，将旋转台整体装入到摆动座上；G.将摇摆组件装入摆动座，将消隙传动系统500装入摆动座上，此时将摆动座装入万向球座后一起将此装进机架12；H.锁紧球头丝杆盖端面上的螺钉；I.将选择的调速齿轮安装在摆动座第三支架的长条形通孔内；J.将第三读数头装在第三之间的某一侧边，将弧形球栅尺装在万向球座的相应侧。其中摇摆组件具体安装流程为：将球头丝杆910安装有的浮动丝杆齿轮920后穿入球形丝杆座980中，通过球形丝杆座980装入第三支架730上，再在球形丝杆座980的第三支架730上下面分别装好上端盖970及下端盖990；再将装好上述配套件后的摆动座700装入万向球座800及共同装入机架810，最后装好过调速齿轮930及装好球头丝杆盖960。

由上所述，本发明提供一种提高线加工的精度，使得加工精度突破μ级的球栅面加工精密机床互动工作台系统，此系统不仅考虑被动的切削方面的精度控制，而且在被动的工作台系统中也导入不同位置、不同检测及控制目的的多套球栅主动检测系统，此工作台将由被动工作转为主动配合、乃至主动指挥切削系统的合理工作，具体采用主动配合的三维切削工作母机，加之主动配合的装夹部分，实现了全方位的加工模式，被加工件一次性固定在加工台上，经过加工机台的主动运转来实现全方位的加工过程，直至被加工件单面完全加工完毕，单次定位，即可完成单面的所有加工工序，提高了加工效率，避免多次定位而造成的加工误差，也就是提高了加工精度。

同时引入多个球栅测量及信号反馈的双作用下，实现了多维的同步高精度测量，实时测量加工机台的运动量，以精确控制加工过程，进一步提高了被加工件的加工精度，被加工件基本没有加工精度偏差，使得原始设计模型与加工得到被加工件尺寸基本一致，提高了产品精度和质量，加工精度达到微米级以上。采用无隙丝杆座来消除被加工件平移的系统误差，同时采用消隙传动系统来消除旋转台的旋转系统误差，以进一步提高加工精度。

整个加工机台实现平移、旋转和摆动，加工过程更顺畅，采用多个自由运动的球头以及球形丝杆座来使得摆动过程中不会产生卡机现象，摆动过程更为顺畅，同时摆动范围更大，且可提供360°的转动过程，提供了全方位的空间加工范围。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种航天级球栅精密加工系统，其特征在于，包括：

摆动座，其下端设置有第一球头；

万向球座，其中心设置有一球形凹面，所述摆动座通过第一球头活动设置在所述球形凹面中，所述球形凹面两侧的所述万向球座上各配置有两个间隔设置的球头座，所述万向球座通过机架悬空安装在地面上；

旋转台，其转动设置在所述摆动座上端，所述旋转台上表面平行设置有两支座，所述支座上活动设置有一工作台，所述旋转台下端外周设置有内齿轮；

线位移球栅，其包括设置在所述支座上的直线球栅尺和套设在所述直线球栅尺上的第一读数头，所述第一读数头与所述工作台同步连接；

第一角位移球栅，其包括设置在所述摆动座上端的环形球栅尺和套设在所述环形球栅尺上的第二读数头，所述第二读数头与所述旋转台同步连接；

消隙传动系统，其设置在所述摆动座上部，所述消隙传动系统上端设置有与所述内齿轮啮合的消隙齿轮；

驱动所述摆动座摆动的摇摆组件，其设置在所述摆动座两侧，所述摇摆组件下端设置有第二球头，所述第二球头活动设置在所述球头座内；以及

第二角位移球栅，其包括具有一定弧长的弧形球栅尺和套设在所述弧形球栅尺上的第三读数头，所述弧形球栅尺位于所述万向球座上，所述第三读数头同步设置在所述摇摆组件上，所述第三读数头的摆动半径与所述弧形球栅尺的半径一致。

2.如权利要求1所述的航天级球栅精密加工系统，其特征在于，所述支座上端内侧开设有滑槽，所述工作台设置在所述滑槽上，所述直线球栅尺位于所述滑槽上端，所述第一读数头与所述工作台侧壁连接，所述工作台底部设置有一旋进丝杆，所述旋进丝杆第一端设置有手轮，所述旋进丝杆第二端设置有第一电机，两所述支座之间的所述旋转台上设置有一丝杆座孔位，所述旋进丝杆外周螺纹套设有一无隙丝杆座，所述无隙丝杆座固定在所述丝杆座孔位中。

3.如权利要求2所述的航天级球栅精密加工系统，其特征在于，所述无隙丝杆座依中心分拆为第一丝杆座和第二丝杆座，所述第一丝杆座和第二丝杆座外侧开设有若干个腰形孔，所述第一丝杆座和第二丝杆座通过螺母贯穿所述腰形孔安装在所述丝杆座孔位的两侧。

4.如权利要求2所述的航天级球栅精密加工系统，其特征在于，所述摆动座上端纵向开设有一旋转套筒，所述旋转台下端中心延伸出一与所述旋转套筒配对的转轴，所述转轴转动支撑在所述旋转套筒内。

5.如权利要求4所述的航天级球栅精密加工系统，其特征在于，所述摆动座上端横向设置有第一支架，所述环形球栅尺横向固定在所述第一支架上，且所述环形球栅尺与所述旋转台同心配置，所述第二读数头与所述旋转台下端连接。

6.如权利要求5所述的航天级球栅精密加工系统，其特征在于，所述摆动座上端至少间隔设置有两个第二支架，每个所述第二支架上端设置有所述消隙传动系统，所述消隙传动系统包括第二电机、与所述第二电机输出轴连接的减速箱以及设置在所述减速箱输出端的所述消隙齿轮。

7.如权利要求6所述的航天级球栅精密加工系统，其特征在于，所述摆动座下端对立两侧分别设置有第三支架，所述摇摆组件安装在所述第三支架上，所述摇摆组件包括：

第三电机，其朝下设置在所述第三支架上端，所述第三电机输出轴横向设置有一动力齿轮，所述动力齿轮位于所述第三支架下端；

一对调速齿轮，其啮合连接在所述动力齿轮两侧，所述第三支架上开设有长条形通孔，所述调速齿轮中心向上延伸一安装轴，所述安装轴设置在所述长条形通孔内；

一对球头丝杆，其垂直贯穿设置在所述第三支架两侧，所述球头丝杆下端的第二球头通过球头丝杆盖限制在所述球头座内，所述球头丝杆上横向设置有一与所述调速齿轮啮合的浮动丝杆齿轮。

8.如权利要求7所述的航天级球栅精密加工系统，其特征在于，所述第三读数头固定在所述第三支架外侧，一对所述球头丝杆所在平面与所述弧形球栅尺所在平面平行，所述第三读数头与所述第一球头转动支点的距离与所述弧形球栅尺的半径一致。

9.如权利要求8所述的航天级球栅精密加工系统，其特征在于，所述球头丝杆上还套设有一球形丝杆座，所述球形丝杆座与所述球头丝杆螺纹连接，所述球形丝杆座通过上端盖和下端盖固定在所述第三支架上。

10.如权利要求9所述的航天级球栅精密加工系统，其特征在于，所述旋转台下表面与所述摆动座上表面之间通过一回转支承连接。

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