CN114622202A - 一种球形零件球心腐蚀修正用工装及球心腐蚀修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种球形零件球心腐蚀修正用工装及球心腐蚀修正方法，方法步骤为：1、分析球形零件的结构，测量出球形零件的偏心量以及偏心位置，根据球形零件的材质，选用适合的腐蚀溶液；2、计算腐蚀参数；3、将选取的腐蚀溶液置于上端开口的容器内，将待腐蚀的零件以被腐蚀去除部分朝下的方式固定在工装的零件固定端，固定工装，使工装的零件安装臂下端伸入到容器内，在工装上的转盘位于最上部位置时，待腐蚀零件的下端与腐蚀溶液的液面相切；4、以步骤2计算获得的腐蚀参数为控制参量，控制工装上的驱动电机运动，将工件浸入到腐蚀溶液中，对零件的表面进行腐蚀去除，实现零件的球心腐蚀修正。本发明使腐蚀量得到精确控制，使腐蚀修正达到亚微米的超高精度。

Description

一种球形零件球心腐蚀修正用工装及球心腐蚀修正方法

技术领域

本发明属于零件加工技术领域，涉及球形零件的精加工方法，具体涉及一种球形零件球形修正用工装及球形腐蚀修正方法。

背景技术

惯性导航系统中的核心元件为高精度的惯性元件，如陀螺、加速度计等。这些元件的精度直接决定了惯导系统的精度。随着惯导系统精度需求的提高和惯性技术发展进步，越来越多的核心元件采用了球形零件，如谐振陀螺的谐振子和支撑电极、静电陀螺的球转子和电极碗，还有液浮陀螺的新型半球马达等等。

该类惯性元件的球形度要求高，通常为亚微米量级，同时其球心的位置要求与球形度要求相对应，也是亚微米量级，否则对元件的激励、检测以及控制都会造成很大影响，直接影响元件的性能和精度。

零件的加工路线通常为：粗加工——半精加工——精加工——粗磨加工——精磨加工——研磨加工——抛光加工。这一加工路线可以保证球形度的达到设计要求，但是对于球心的位置却不能保证，因为研磨加工和抛光加工是获得高球形度的关键，但研磨与抛光却很难改变球心的位置。因为研磨的原理是通过大量的无规则的运动使零件表面各处获得机会均等的磨削，从而提高零件的表面质量，并不能有效的改变球面的位置。而球面的位置通常是由前序的机床加工保证的，这就对机床的精度提出了超高的要求，即机床的加工定位精度要达到亚微米量级，这通常是难以实现的。

腐蚀方法是特种加工方法，通常应用于集成电路的生产当中，在机械加工中较少应用，其有一个先天的优势就是其腐蚀速度慢且可控，利于高精度的精确去除，但腐蚀方法通常应用于平面结构的刻蚀，球形结构的球心位置改变是不均匀去除，由此本发明进行了深入的研究，发明了一种应用于球心修正的腐蚀方法。

通过专利检索，尚无利用腐蚀方法对球形零件球心位置进行修正的相关专利。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种球形零件球心腐蚀修正用工装及球心腐蚀修正方法。

本发明的上述目的通过如下技术方案来实现：

一种球形零件球心腐蚀修正用工装，其特征在于：包括左立柱、右立柱、导向横梁、转盘、驱动电机、零件安装臂；

所述左立柱和右立柱相对平行设置，在两立柱的内侧设置有竖向导向槽；所述导向横梁的两端以上下可滑动的方式分别插装到两立柱的竖向导向槽内；在横向导向梁上设置有横向导向槽；

所述转盘的后端设置有中心轴，通过中心轴与驱动电机的输出端连接，所述转盘的前端设置有偏心轴，所述偏心轴以水平可移动的方式插入到所述的横向导向槽内；

所述零件安装臂的上端与导向横梁固定连接，所述零件安装臂的下端为零件固定端。

一种球形零件的球心腐蚀修正方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、分析球形零件的结构，测量出球形零件的偏心量以及偏心位置，根据球形零件的材质，选用适合的腐蚀溶液；

步骤2、根据球形零件的尺寸及测出的球形零件的偏心量以及偏心位置及选用的腐蚀溶液的腐蚀速度，计算腐蚀参数；

步骤3、将选取的腐蚀溶液置于上端开口的容器内，将待腐蚀的零件以被腐蚀去除部分朝下的方式固定在工装的零件固定端，固定工装，使工装的零件安装臂下端伸入到容器内，在工装上的转盘位于最上部位置时，待腐蚀零件的下端与腐蚀溶液的液面相切；

步骤4、以步骤2计算获得的时间常数为控制参量，控制工装上的驱动电机运动，将工件浸入到腐蚀溶液中，对零件的表面进行腐蚀去除，实现零件的球心腐蚀修正。

进一步的：步骤1中，在零件上的球面对其他平面或曲面有位置要求的情况，通过三坐标机、轮廓仪或圆度仪来测量球面的偏心位置和偏心量；在零件的球面球心对其质心设定有偏心的情况下，通过气浮或电磁悬浮将球悬浮起来，看球的摆动来测算偏心量及偏心位置。

进一步的：步骤2的具体步骤为：

步骤2.1、设定零件腐蚀前的球心为D，腐蚀前的球径为Φ₁，腐蚀后的球心为O,腐蚀后的目标球径为Φ_2，腐蚀前后的球心位置差为δ，腐蚀前球面上的点用A表示，腐蚀后球面上的点用B表示，以腐蚀后的球心O为圆心做一个半径为δ的圆，然后构建平行四边形来确定球面上任意一点的腐蚀路径长度，具体为：

连线BO和AD，BO为目标圆半径，AD为腐蚀前圆半径，AD与目标圆的圆面交点为E，则AE为原球面上每点的腐蚀长度，取BO平行于AD,延长BO至C,C为半径为δ的圆上的点，BC平行且等于AD，得出CD等于AB，而CD的长度等于(Φ₂-Φ₁)cos(θ/2)，θ为腐蚀液面法线与液面接触点与腐蚀前的球心连线的交角，θ取值为0-π,即液面从球面最低点升到球面最高点；所述δ为机加工造成的，误差不大于0.01毫米，而惯性零件球面尺寸一般为几毫米到几十毫米，则∠EAB接近于0°，则认定AB等于AE，得到球面上任意一点的腐蚀路径长度AE为(Φ₂-Φ₁)cos(θ/2)；

步骤2.2、确定腐蚀时间常数、球面上任意一点的腐蚀时间及球面垂直浸入腐蚀液的速度：

T为腐蚀时间常数，为腐蚀2δ所需时间，球面上任意一点的腐蚀时间为：Tcos(θ/2)，θ取值为0-π，因

球面垂直浸入腐蚀液的速度为：

本发明具有的优点和积极效果：

本发明设计出满足球形零件球心位置腐蚀修正的专用工装，并给出球形零件球心位置腐蚀修正的函数公式，使零件在腐蚀液中按预定函数曲线进行腐蚀，使腐蚀量得到精确控制，使腐蚀修正达到亚微米的超高精度。

附图说明

图1是本发明球形零件球心腐蚀修正用工装的整体结构示意图；

图2是图1中转盘的结构示意图；

图3是球形零件偏心示意图；

图4是球形零件偏心修正函数推导示意图。

具体实施方式

以下结合附图并通过实施例对本发明的结构作进一步说明。需要说明的是本实施例是叙述性的，而不是限定性的。

一种球形零件球心腐蚀修正用工装，请参见图1-2，其发明点为：包括左立柱、右立柱、导向横梁、转盘、驱动电机、零件安装臂。

所述左右两立柱1相对平行设置，在两立柱的内侧设置有竖向导向槽。所述导向横梁2的两端以上下可滑动的方式分别插装到两立柱的竖向导向槽内；在横向导向梁上设置有横向导向槽。

所述转盘3的后端设置有中心轴3.1，通过中心轴与驱动电机的输出端连接，所述转盘的前端设置有偏心轴3.2，所述偏心轴以水平可移动的方式插入到所述的横向导向槽内。

所述零件安装臂4的上端与导向横梁固定连接，所述零件安装臂的下端为零件固定端。可通过粘接方式或夹持方式，使零件的非球面部分与工装的零件固定端连接，要保证在腐蚀操作的过程中，工装不接触零件要修正的球面，以利于腐蚀球面。

采用上述球形零件球心腐蚀修正用工装的球心腐蚀修正方法，包括如下步骤：

一种球形零件的球心腐蚀修正方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、分析球形零件的结构，测量出球形零件的偏心量以及偏心位置，具体的，在零件上的球面对其他平面或曲面有位置要求的情况，通过三坐标机、轮廓仪或圆度仪来测量球面的偏心位置和偏心量；在零件的球面球心对其质心设定有偏心的情况下，通过气浮或电磁悬浮将球悬浮起来，看球的摆动来测算偏心量及偏心位置。根据球形零件的材质，选用适合的腐蚀溶液。

步骤2、根据球形零件的尺寸及测出的球形零件的偏心量以及偏心位置及选用的腐蚀溶液的腐蚀速度，计算腐蚀参数：包括球面上任意一点的腐蚀路径长度、腐蚀时间常数及球面垂直浸入腐蚀液的速度。

具体为：

步骤2.1、设定零件腐蚀前的球心为D，腐蚀前的球径为Φ₁，腐蚀后的球心为O,腐蚀后的目标球径为Φ₂，腐蚀前后的球心位置差为δ，腐蚀前球面上的点用A表示，腐蚀后球面上的点用B表示，以腐蚀后的球心O为圆心做一个半径为δ的圆，然后构建平行四边形来确定球面上任意一点的腐蚀路径长度，具体为：

连线BO和AD，BO为目标圆半径，AD为腐蚀前圆半径，AD与目标圆的圆面交点为E，则AE为原球面上每点的腐蚀长度，取BO平行于AD,延长BO至C,C为半径为δ的圆上的点，BC平行且等于AD，得出CD等于AB，而CD的长度等于(Φ₂-Φ₁)cos(θ/2)，θ为腐蚀液面法线与液面接触点与腐蚀前的球心连线的交角，θ取值为0-π,即液面从球面最低点升到球面最高点；因为δ为机加工造成的，通常精密加工的误差不会大于0.01毫米，而惯性零件球面尺寸一般为几毫米到几十毫米，所述∠EAB非常小，可以认为AB等于AE，得到球面上任意一点的腐蚀路径长度AE为(Φ₂-Φ₁)cos(θ/2)：

步骤2.2、确定腐蚀时间常数、球面上任意一点的腐蚀时间及球面垂直浸入腐蚀液的速度：T为腐蚀时间常数，为腐蚀2δ(即Φ₂-Φ₁)所需时间，球面上任意一点的腐蚀时间为：Tcos(θ/2)，θ取值为0-π，因

球面垂直浸入腐蚀液的速度为：

步骤3、将选取的腐蚀溶液置于上端开口的容器内，将待腐蚀的零件以被腐蚀去除部分朝下的方式固定在工装的零件固定端，固定工装，使工装的零件安装臂下端伸入到容器内，在工装上的转盘位于最上部位置时，待腐蚀零件的下端与腐蚀溶液的液面相切；

步骤4、以步骤2计算获得的腐蚀参数为控制参量，控制工装上的驱动电机运动，将工件浸入到腐蚀溶液中，对零件的表面进行腐蚀去除，实现零件的球心腐蚀修正。偏心量的修正不宜一次腐蚀达到要求，分2-3次完成，以减少安装对准误差对修正产生影响。

本腐蚀修正方法对其它非惯性元件的精密球形零件的加工、修正有很大的借鉴意义。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神范围内，各种替换、变化和修改都是可以的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (4)

1.一种球形零件球心腐蚀修正用工装，其特征在于：包括左立柱、右立柱、导向横梁、转盘、驱动电机、零件安装臂；

所述左立柱和右立柱相对平行设置，在两立柱的内侧设置有竖向导向槽；所述导向横梁的两端以上下可滑动的方式分别插装到两立柱的竖向导向槽内；在横向导向梁上设置有横向导向槽；

所述转盘的后端设置有中心轴，通过中心轴与驱动电机的输出端连接，所述转盘的前端设置有偏心轴，所述偏心轴以水平可移动的方式插入到所述的横向导向槽内；

所述零件安装臂的上端与导向横梁固定连接，所述零件安装臂的下端为零件固定端。

2.一种球形零件的球心腐蚀修正方法，其特征在于：采用权利要求1所述的球形零件球心腐蚀修正用工装，包括如下步骤：

步骤1、分析球形零件的结构，测量出球形零件的偏心量以及偏心位置，根据球形零件的材质，选用适合的腐蚀溶液；

步骤2、根据球形零件的尺寸及测出的球形零件的偏心量以及偏心位置及选用的腐蚀溶液的腐蚀速度，计算腐蚀参数；

步骤3、将选取的腐蚀溶液置于上端开口的容器内，将待腐蚀的零件以被腐蚀去除部分朝下的方式固定在工装的零件固定端，固定工装，使工装的零件安装臂下端伸入到容器内，在工装上的转盘位于最上部位置时，待腐蚀零件的下端与腐蚀溶液的液面相切；

步骤4、以步骤2计算获得的腐蚀参数为控制参量，控制工装上的驱动电机运动，将工件浸入到腐蚀溶液中，对零件的表面进行腐蚀去除，实现零件的球心腐蚀修正。

3.根据权利要求2所述的球形零件的球心腐蚀修正方法，其特征在于：步骤1中，在零件上的球面对其他平面或曲面有位置要求的情况，通过三坐标机、轮廓仪或圆度仪来测量球面的偏心位置和偏心量；在零件的球面球心对其质心设定有偏心的情况下，通过气浮或电磁悬浮将球悬浮起来，看球的摆动来测算偏心量及偏心位置。

4.据权利要求2所述的球形零件的球心腐蚀修正方法，其特征在于：步骤2的具体步骤为：

步骤2.1、设定零件腐蚀前的球心为D，腐蚀前的球径为Φ₁，腐蚀后的球心为O,腐蚀后的目标球径为Φ_2，腐蚀前后的球心位置差为δ，腐蚀前球面上的点用A表示，腐蚀后球面上的点用B表示，以腐蚀后的球心O为圆心做一个半径为δ的圆，然后构建平行四边形来确定球面上任意一点的腐蚀路径长度，具体为：

连线BO和AD，BO为目标圆半径，AD为腐蚀前圆半径，AD与目标圆的圆面交点为E，则AE为原球面上每点的腐蚀长度，取BO平行于AD,延长BO至C,C为半径为δ的圆上的点，BC平行且等于AD，得出CD等于AB，而CD的长度等于(Φ₂-Φ₁)cos(θ/2)，θ为腐蚀液面法线与液面接触点与腐蚀前的球心连线的交角，θ取值为0-π,即液面从球面最低点升到球面最高点；所述δ为机加工造成的，误差不大于0.01毫米，而惯性零件球面尺寸一般为几毫米到几十毫米，则∠EAB接近于0°，则认定AB等于AE，得到球面上任意一点的腐蚀路径长度AE为(Φ₂-Φ₁)cos(θ/2)；

步骤2.2、确定腐蚀时间常数、球面上任意一点的腐蚀时间及球面垂直浸入腐蚀液的速度：

T为腐蚀时间常数，为腐蚀2δ所需时间，球面上任意一点的腐蚀时间为：Tcos(θ/2)，θ取值为0-π，因

球面垂直浸入腐蚀液的速度为：

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