CN112427969B - 一种转台框架轴向定位面的加工方法 - Google Patents

一种转台框架轴向定位面的加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种转台框架轴向定位面的加工方法，通过自准直仪、机床工作台、升降支架和双面镜对U型框架上的俯仰轴承座面A和B俯仰轴承座面进行轴向定位面加工。利用自准直仪和双面镜在小范围内测量精度高的优点，将自准直仪测量技术引入机床加工，实现了转台框架轴向定位面在线测量以及平行度误差能够测量，平行度误差能够修研加工，通过整个加工过程，转台框架轴向定位面平行度误差能够满足设计要求。

Description

一种转台框架轴向定位面的加工方法
技术领域
本发明涉及一种转台框架轴向定位面的加工方法。
背景技术
惯导测试设备俯仰或滚转轴系的精度包括机械精度和控制精度两个方面，其中机械精度是实现控制精度的基础；机械精度主要由轴系回转精度来体现，以俯仰轴系为例，俯仰轴系回转精度由U型框架轴承组件定位面加工精度、U型框架轴承组件定位孔同轴度、轴承组件精度、O型框架主轴定位面、和最终装配精度决定，因此提高U型框架轴承组件定位面和O型框架主轴定位面加工精度是实现俯仰轴系回转精度非常重要的一个因素，其中开放式结构的U型框架定位面最难加工；在实现这两组定位面加工后，以这两组定位面为基准加工框架的两个同轴孔。
现有的加工过程中，实现U型框架和O型框架的加工精度都是由机床本身的精度来保证，在加工完成后用三坐标测量机来检测两个端面的平行度，如果精度超差还要再次返工，重新由机床加工一次，由于机床本身存在误差，对于形位公差要求高的情况，现有机床设备满足不了加工要求，只能通过人工的方式进行精修平行度，并且由于机床工作台定位误差的原因会导致人工精修工作量巨大，生产效率极低。
能够完成U型框架轴承组件定位面和O型框架主轴定位面加工的机床有5轴加工中心、4轴龙门镗铣床和4轴卧式镗床等，所有机床针对两个对称定位端面的加工都不能一次完成，在加工完成一个定位端面后，都会更换加工刀具位置或者变换U型框架位置，这将导致两次加工后两个定位面的平行度不可控，加工刀具换位和框架旋转180度换位，两种换位方式都是由机床控制系统完成，在整个换位动作完成后会重新引入4项误差：
（1）机械传动中导轨和丝杠误差；（2）控制系统误差；（3）光栅系统电子细分误差；（4）机床主轴误差。
这4项误差会随着U型框架和O型框架尺寸的增大而增大，这种由机床本身精度而带来的误差制约着俯仰轴系回转精度的实现。
因此有必要设计一种新的加工方法，达到U型框架轴承组件定位面和O型框架主轴定位面平行度精度要求，最终实现俯仰轴系回转精度的目标。
自准直仪的测量范围一般为0～20米，目标镜面距离自准直仪的距离越近测量精度越高，常见的转台框架尺寸均小于2.5米，五轴转台框架最大尺寸不超过5米，因此自准直仪完全可以应用在加工过程中作为加工基准。
发明内容
本发明其目的就在于提供一种转台框架轴向定位面的加工方法，以解决上述背景技术中的问题。
为实现上述目的而采取的技术方案是，一种转台框架轴向定位面的加工方法，该方法包括以下步骤：
（1）首先在U型框架的两侧分别加工3个共面的固定面和3个共面的支撑面，再将U型框架平放在机床工作台上，使得3个支撑面与机床工作台同时接触，经过调整和校准U型框架位置，通过3个夹具压紧U型框架上的3个固定面，将U型框架固定在机床工作台上；
（2）将机床刀具固定在机床主轴上，先加工U型框架一端的B俯仰轴承座面，加工完成后将B镜面安装面与B俯仰轴承座面贴合固定，透过U型框架两端的A俯仰轴承座孔和B俯仰轴承座孔，使自准直仪对准B镜面，调整自准直仪和升降支架的位置和姿态，使自准直仪在两个方向的读数为零，然后固定自准直仪和升降支架的位置和姿态，在整个U型框架的加工过程中，双面镜相对U型框架的位置和姿态固定不变，自准直仪和升降支架相对于底面的位置和姿态固定不变；
（3）将机床工作台沿X向导轨和Y向导轨移动并退出机床刀具，将机床工作台转动180度，使自准直仪对准A镜面，反复调整机床工作台使自准直仪的读数在水平方向为零，根据机床自身精度的不同，在垂直方向自准直仪的读数可能不能调整为零，这个误差为机床工作台的垂直误差，将该值记录下来，为最终人工修正A俯仰轴承座面作参考；
（4）在校准完U型框架关于基准的位置后，开始加工A俯仰轴承座面，完成A俯仰轴承座面加工后，将U型框架移出机床刀具的加工范围；
（5）从B俯仰轴承座面拆下双面镜，再将A镜面安装面与A俯仰轴承座面固定，利用自准直仪检测A俯仰轴承座面和B俯仰轴承座面的平行度误差，如果误差在允许范围以内，则整个加工过程完成，如果检测数值超差，则利用人工方式修磨A俯仰轴承座面，最终使A俯仰轴承座面和B俯仰轴承座面的平行度误差满足设计要求。
进一步，所述步骤（5）中的人工方式修磨A俯仰轴承座面，其过程由于是人工精修，并且机床工作台发生了移动，这时再将双面镜装回B俯仰轴承座面，以确认基准是否发生较大偏移，如果发生变化则通过调整机床工作台或U型框架的姿态重新确定零位，再次将双面镜装在A俯仰轴承座面，反复上述过程直到将A俯仰轴承座面和B俯仰轴承座面的平行度误差修研和铲刮至误差要求范围以内。
有益效果
1. 针对U型框架轴承组件定位面和O型框架主轴定位面平行度的加工要求，通过自准直仪搭配双面镜实现了转台框架定位面精密加工，降低了对机床本身精度的要求，对U型框架和O型框架两种定位面加工精度实现在线测量，提升转台框架定位面加工成品率；
2. 拓展了现有机床的应用范围，通过自准直仪重新校准的两次装夹方式，小机床可加工超出自身回转半径的U型框架和O型框架，实现两种定位面平行度精度要求。
附图说明
图1是本发明工作台0度U型框架卧式固定三维图；
图2是本发明工作台0度U型框架卧式固定正视图；
图3是本发明工作台180度U型框架卧式固定三维图；
图4是本发明U型框架正视图；
图5是本发明U型框架三维图；
图6是本发明双面镜三维图；
图7是本发明双面镜剖面图；
图8是本发明工作台180度U型框架立式固定三维图；
图9是本发明所述U型框架应用于三轴转台三维图；
图10是本发明所述O型俯仰框架剖面图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述。
一种转台框架轴向定位面的加工方法，如图1-图10所示，该方法包括以下步骤：
（1）首先在U型框架1的两侧分别加工3个共面的固定面36和3个共面的支撑面37，再将U型框架1平放在机床工作台11上，使得3个支撑面37与机床工作台11同时接触，经过调整和校准U型框架1位置，通过3个夹具38压紧U型框架1上的3个固定面36，将U型框架1固定在机床工作台11上；
（2）将机床刀具15固定在机床主轴16上，先加工U型框架1一端的B俯仰轴承座面7，加工完成后将B镜面安装面24与B俯仰轴承座面7贴合固定，透过U型框架1两端的A俯仰轴承座孔8和B俯仰轴承座孔9，使自准直仪10对准B镜面23，调整自准直仪10和升降支架19的位置和姿态，使自准直仪10在两个方向的读数为零，然后固定自准直仪10和升降支架19的位置和姿态，在整个U型框架1的加工过程中，双面镜20相对U型框架1的位置和姿态固定不变，自准直仪10和升降支架19相对于底面5的位置和姿态固定不变；
（3）将机床工作台11沿X向导轨17和Y向导轨18移动并退出机床刀具15，将机床工作台11转动180度，使自准直仪10对准A镜面21，反复调整机床工作台11使自准直仪10的读数在水平方向为零，根据机床自身精度的不同，在垂直方向自准直仪10的读数可能不能调整为零，这个误差为机床工作台11的垂直误差，将该值记录下来，为最终人工修正A俯仰轴承座面6作参考；
（4）在校准完U型框架1关于基准的位置后，开始加工A俯仰轴承座面6，完成A俯仰轴承座面6加工后，将U型框架1移出机床刀具15的加工范围；
（5）从B俯仰轴承座面7拆下双面镜20，再将A镜面安装面22与A俯仰轴承座面6固定，利用自准直仪10检测A俯仰轴承座面6和B俯仰轴承座面7的平行度误差，如果误差在允许范围以内，则整个加工过程完成，如果检测数值超差，则利用人工方式修磨A俯仰轴承座面6，最终使A俯仰轴承座面6和B俯仰轴承座面7的平行度误差满足设计要求。
所述步骤5中的人工方式修磨A俯仰轴承座面6，其过程由于是人工精修，并且机床工作台11发生了移动，这时再将双面镜20装回B俯仰轴承座面7，以确认基准是否发生较大偏移，如果发生变化则通过调整机床工作台11或U型框架1的姿态重新确定零位，再次将双面镜20装在A俯仰轴承座面6，反复上述过程直到将A俯仰轴承座面6和B俯仰轴承座面7的平行度误差修研和铲刮至误差要求范围以内。
本发明中，所述自准直仪10由升降支架19支撑，升降支架19与机床基座34共同放置在一个地基35。
本发明所述的加工方法可适用于转台设备中U型框架1以及O型俯仰框架28和O型滚转框架29的研制过程中，现以U型框架1为例说明本发明中加工过程的实施方式，其中将3个固定面36分别记为：A固定面2、B固定面3和C固定面4；3个支撑面37分别记为：A支撑面25、B支撑面26和C支撑面27；3个夹具38分别记为：A夹具12、B夹具13和C夹具14。其具体步骤如下：
1 、在进行定位面精密加工前，首先将3个固定面36和3个支撑面37加工完成，确保A固定面2、B固定面3和C固定面4共面，确保A支撑面25、B支撑面26和C支撑面27共面，将U型框架1平放在机床工作台11，A支撑面25、B支撑面26和C支撑面27与机床工作台11同时接触，经过调整和校准U型框架1位置，通过A夹具12、B夹具13和C夹具14压紧U型框架1的A固定面2、B固定面3和C固定面4，将U型框架1固定在机床工作台11上。
2、将机床刀具15固定在机床主轴16上，先加工B俯仰轴承座面7，加工完成后将B镜面安装面24与B俯仰轴承座面7固定，透过U型框架1的A俯仰轴承座孔8和B俯仰轴承座孔9，使自准直仪10对准B镜面23，调整自准直仪10和升降支架19的位置和姿态，使自准直仪10在两个方向的读数为零，然后固定自准直仪10和升降支架19的位置和姿态，在整个U型框架1的加工过程中，双面镜20相对U型框架1的位置和姿态固定不变，自准直仪10和升降支架19相对于底面5的位置和姿态固定不变。
3 、机床工作台11沿X向导轨17和Y向导轨18移动并退出机床刀具15，将机床工作台11转动180度，使自准直仪10对准A镜面21，反复调整机床工作台11使自准直仪10的读数在水平方向为零，根据机床自身精度的不同，在垂直方向自准直仪10的读数可能不能调整为零，这个误差为机床工作台11的垂直误差，将该值记录下来，为最终人工修正A俯仰轴承座面6作参考。
4、在校准完U型框架1关于基准的位置后，按照要求开始加工A俯仰轴承座面6，完成A俯仰轴承座面6加工后，将U型框架1移出机床刀具15的加工范围。
5 、从B俯仰轴承座面7拆下双面镜，再将A镜面安装面22与A俯仰轴承座面6固定，利用自准直仪10检测A俯仰轴承座面6和B俯仰轴承座面7的平行度误差，如果误差在设计允许范围以内，则整个加工过程完成，如果检测数值超差，则根据数据指示利用人工的方式修磨A俯仰轴承座面6，最终使A俯仰轴承座面6和B俯仰轴承座面7的平行度误差满足设计要求。
在修研A俯仰轴承座面6的过程中，由于是人工修研，并且机床工作台11发生了移动，这时可以再将双面镜20装回B俯仰轴承座面7，以确认基准是否发生较大偏移，如果发生变化可通过调整机床工作台11或U型框架1的姿态重新确定零位，再次将双面镜20装在A俯仰轴承座面6，自准直仪10穿过B俯仰轴承座孔8和A俯仰轴承座孔9，测量A俯仰轴承座面6相对于B俯仰轴承座面7的平行度误差，反复上述过程直到将A俯仰轴承座面6和B俯仰轴承座面7的平行度误差修研至误差要求范围以内。
在开始修研A俯仰轴承座面6和B俯仰轴承座面7的平行度误差之前可以利用机床自身的精度将机床工作台11旋转90度完成底面加工，人工修研过程中，为了方便操作可以将U型框架1固定为立式，同样以B俯仰轴承座面7为基准面，反复检测和修研A俯仰轴承座面6，直到满足平行度要求。
在先后完成B俯仰轴承座面7和A俯仰轴承座面6的机床加工后，B俯仰轴承座面7相对于A俯仰轴承座面6的形位公差已经固定，因此两个平面可以互为基准面；这时U型框架1可以挪动，自准直仪10可以挪动位置，只要确保开始修研工作时将U型框架1固定，自准直仪10对齐其中的一个面后，开始修研另外一个面，双面镜20需要不断的在B俯仰轴承座面7和A俯仰轴承座面6之间来回测量自准直仪的读数。
以上加工方法是以U型框架为例说明，这种加工方法同样适用于O型俯仰框架28和O型滚转框架29的加工。
对于O型俯仰框架28，A滚转轴承座面32和B滚转轴承座面33是两个对称的轴承座定位面，A俯仰主轴面30和B俯仰主轴面31是两个对称的主轴法兰定位面；上述过程同样适用于A滚转轴承座面32和B滚转轴承座面33，以及A俯仰主轴面30和B俯仰主轴面31的加工。
本发明所叙述的加工方法同样适用于大型分体式U型框架和U型底座的加工过程。

Claims (2)

1.一种转台框架轴向定位面的加工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）首先在U型框架（1）的两侧分别加工3个共面的固定面（36）和3个共面的支撑面（37），再将U型框架（1）平放在机床工作台（11）上，使得3个支撑面（37）与机床工作台（11）同时接触，经过调整和校准U型框架（1）位置，通过3个夹具（38）压紧U型框架（1）上的3个固定面（36），将U型框架（1）固定在机床工作台（11）上；
（2）将机床刀具（15）固定在机床主轴（16）上，先加工U型框架（1）一端的B俯仰轴承座面（7），加工完成后将B镜面安装面（24）与B俯仰轴承座面（7）贴合固定，透过U型框架（1）两端的A俯仰轴承座孔（8）和B俯仰轴承座孔（9），使自准直仪（10）对准B镜面（23），调整自准直仪（10）和升降支架（19）的位置和姿态，使自准直仪（10）在两个方向的读数为零，然后固定自准直仪（10）和升降支架（19）的位置和姿态，在整个U型框架（1）的加工过程中，双面镜（20）相对U型框架（1）的位置和姿态固定不变，自准直仪（10）和升降支架（19）相对于底面（5）的位置和姿态固定不变；
（3）将机床工作台（11）沿X向导轨（17）和Y向导轨（18）移动并退出机床刀具（15），将机床工作台（11）转动180度，使自准直仪（10）对准A镜面（21），反复调整机床工作台（11）使自准直仪（10）的读数在水平方向为零，根据机床自身精度的不同，在垂直方向自准直仪（10）的读数可能不能调整为零，这个误差为机床工作台（11）的垂直误差，将该值记录下来，为最终人工修正A俯仰轴承座面（6）作参考；
（4）在校准完U型框架（1）关于基准的位置后，开始加工A俯仰轴承座面（6），完成A俯仰轴承座面（6）加工后，将U型框架（1）移出机床刀具（15）的加工范围；
（5）从B俯仰轴承座面（7）拆下双面镜（20），再将A镜面安装面（22）与A俯仰轴承座面（6）固定，利用自准直仪（10）检测A俯仰轴承座面（6）和B俯仰轴承座面（7）的平行度误差，如果误差在允许范围以内，则整个加工过程完成，如果检测数值超差，则利用人工方式修磨A俯仰轴承座面（6），最终使A俯仰轴承座面（6）和B俯仰轴承座面（7）的平行度误差满足设计要求。
2.根据权利要求1所述的一种转台框架轴向定位面的加工方法，其特征在于，所述步骤（5）中的人工方式修磨A俯仰轴承座面（6），其过程由于是人工精修，并且机床工作台（11）发生了移动，这时再将双面镜（20）装回B俯仰轴承座面（7），以确认基准是否发生较大偏移，如果发生变化则通过调整机床工作台（11）或U型框架（1）的姿态重新确定零位，再次将双面镜（20）装在A俯仰轴承座面（6），反复上述过程直到将A俯仰轴承座面（6）和B俯仰轴承座面（7）的平行度误差修研和铲刮至误差要求范围以内。
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