CN118023913B - 一种基于主轴装配工装的轴承调整方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于主轴装配工装的轴承调整方法及设备，应用于主轴装配领域。该方法包括：转动平行于直线导轨的芯轴，并利用安装在芯轴上的两个杠杆千分表对轴承的端面和径向面分别进行打表测量；获取杠杆千分表示数；根据杠杆千分表示数确定轴承端面和轴承径向面的偏转方式；根据偏转方式确定目标轴承调节组件；根据杠杆千分表示数计算目标轴承调节组件的旋转角度和轴向移动方向；根据旋转角度和轴向移动方向控制目标轴承调节组件旋转，调节轴承在空间中的位置以使轴承与芯轴同轴。本发明实现了精确修正芯轴偏转产生的误差，提高芯轴装配的效率，且实现了微米级的装配精度。

Description

一种基于主轴装配工装的轴承调整方法及设备

技术领域

本发明涉及主轴装配领域，具体涉及一种基于主轴装配工装的轴承调整方法及设备。

背景技术

半导体加工行业中，经切片后的晶圆厚度较厚，需要通过减薄设备将晶圆减薄到一定厚度，主要通过研磨机对晶圆片进行磨削减薄，研磨机中高速旋转的砂轮连接的主轴是研磨机的核心部件，高速旋转的主轴惯性对主轴动静压轴承的损伤非常大，在研磨机的使用过程中，主轴与轴承之间直接接触，主轴的高速转动带动其他部件的转动，但是在工作过程中不可避免的会造成主轴与轴承结构磨损，造成主轴损伤从而影响产品的磨削精度。随着三代半导体的到来，新的半导体如SiC等材料硬度越来越高，精度要求越来越严格，采用传统的研磨机对晶圆片进行研磨减薄工艺仍然在进行单向同心磨削加工，晶圆表面同心纹路严重，工艺层面容易造成材料的微裂纹、裂片、崩边、翘曲等缺陷，已经严重制约了新材料加工的产能及精度需求。

为了满足第三代半导体等新材料加工的产能及精度需求，相关技术中使用具有主轴的研磨机提高对晶圆片进行研磨减薄时晶圆片的表面质量。相关技术中主轴主要由电机、芯轴和轴承构成，为保证芯轴与轴承之间不相互碰撞，需要保证芯轴与轴承处于同一轴线上，由于芯轴和轴承的尺寸单位量级是米，而芯轴与轴承的间隙值单位量级仅是微米级，相差近几万倍，这使得零部件间装配的难度非常大，因此，亟需一种在主轴装配过程中能够精确调整轴承装配的方法。

发明内容

有鉴于此，本发明一方面提供一种基于主轴装配工装的轴承调整方法，所述轴承是安装在主轴的芯轴上，所述主轴装配工装包括直线导轨机构和轴承调整系统，所述轴承调整系统滑动安装在直线导轨上；

所述轴承调整系统包括轴承支撑件和轴承调节组件，所述轴承支撑件可沿所述直线导轨滑动，所述轴承调节组件，设置为多组，对称布置在所述轴承支撑件上，用于支撑所述轴承，所述轴承调节组件设置为调节所述轴承在空间中的位置以使所述轴承与所述芯轴进行装配，以及使所述轴承与所述芯轴同轴；

所述调整方法包括：

转动平行于所述直线导轨的芯轴，并利用安装在所述芯轴上的两个杠杆千分表对所述轴承的端面和径向面分别进行打表测量；

获取杠杆千分表示数；

根据所述杠杆千分表示数确定轴承端面和轴承径向面的偏转方式；

根据所述偏转方式确定目标轴承调节组件；

根据所述杠杆千分表示数计算所述目标轴承调节组件的旋转角度和轴向移动方向；

根据所述旋转角度和轴向移动方向控制目标轴承调节组件旋转，调节所述轴承在空间中的位置以使轴承与所述芯轴同轴。

可选地，所述两个杠杆千分表包括用于对所述轴承的端面进行打表测量的第一杠杆千分表，以及用于对所述轴承的径向面进行打表测量的第二杠杆千分表，其中，根据所述杠杆千分表示数确定轴承端面的偏转方式，包括：

判断所述第一杠杆千分表示数是否为零；

若所述第一杠杆千分表示数为零，则判定所述轴承端面正常；

若所述第一杠杆千分表示数不为零，则判定所述轴承端面偏转，并获取第一杠杆千分表的检测端的运动轨迹；

根据所述第一杠杆千分表的检测端的运动轨迹确定轴承端面的偏转方向。

可选地，根据所述第一杠杆千分表的检测端的运动轨迹确定轴承端面的偏转方向，包括：

确定所述第一杠杆千分表的检测端的运动轨迹与过芯轴轴线的平面的交点；

根据所述交点与芯轴轴线的相对位置确定轴承端面的偏转方向。

可选地，确定所述第一杠杆千分表的检测端的运动轨迹与过芯轴轴线的平面的交点，包括：

确定所述第一杠杆千分表的检测端的运动轨迹与第一平面的第一组交点，所述第一平面过芯轴轴线且平行于所述直线导轨，所述第一组交点为第一平面与轴承端面的交线在运动轨迹上的两个交点；

确定所述第一杠杆千分表的检测端的运动轨迹与第二平面的第二组交点，所述第二平面过芯轴轴线且垂直于所述直线导轨，所述第二组交点为第二平面与轴承端面的交线在运动轨迹上的两个交点。

可选地，根据所述偏转方式确定目标轴承调节组件，包括：根据所述轴承端面的偏转方向确定轴承端面远侧相对的两个轴承调节组件为目标轴承调节组件。

可选地，根据所述杠杆千分表示数计算所述目标轴承调节组件的旋转角度和轴向移动方向，包括：

利用所述偏转轴承端面、偏转轴承轴线、芯轴轴线的几何关系和所述第一杠杆千分表示数计算所述目标轴承调节组件的旋转角度；

根据所述第一杠杆千分表示数确定第一杠杆千分表的表针转动方向；

根据所述第一杠杆千分表的表针转动方向确定所述目标轴承调节组件的轴向移动方向，其中，

对于所述第一组交点，两个目标轴承调节组件的轴向移动方向相同；

对于所述第二组交点，两个目标轴承调节组件的轴向移动方向不同。

可选地，根据所述杠杆千分表示数确定轴承径向面的偏转方式，包括：

判断第二杠杆千分表的示数是否为零；

若所述第二杠杆千分表的示数为零，则判定所述轴承径向面正常；

若所述第二杠杆千分表的示数不为零，则判定所述轴承径向面偏转，并获取第二杠杆千分表的检测端的运动轨迹；

根据所述第二杠杆千分表的检测端的运动轨迹确定轴承径向面的偏转方向。

可选地，根据所述第二杠杆千分表的检测端的运动轨迹确定轴承径向面的偏转方向，包括：根据所述第二杠杆千分表的检测端的运动轨迹的中心点与芯轴轴线的相对位置确定轴承径向面的偏转方向。

可选地，根据所述偏转方式确定目标轴承调节组件，包括：根据所述轴承径向面的偏转方式确定全部目标轴承调节组件为轴承调节组件。

可选地，根据所述杠杆千分表示数计算所述目标轴承调节组件的旋转角度和轴向移动方向，包括：

利用所述偏转轴承径向面中心点、芯轴轴线的几何关系和所述第二杠杆千分表示数计算所述目标轴承调节组件的旋转角度；

根据所述第二杠杆千分表示数确定第二杠杆千分表的表针转动方向；

根据所述第二杠杆千分表的表针转动方向确定所述目标轴承调节组件的轴向移动方向，其中，

对于所述偏转轴承径向面在过芯轴轴线且在所述第一平面上时，位于轴承两侧的目标轴承调节组件的轴向移动方向不同；

对于所述偏转轴承径向面在过芯轴轴线且在所述第二平面上，位于轴承两侧的目标轴承调节组件的轴向移动方向相同。

本发明第二方面提供了一种基于主轴装配工装的轴承调整设备，该设备包括：处理器以及与所述处理器连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，以使所述处理器执行上述的基于主轴装配工装的轴承调整方法。

本发明在芯轴轴线平行于直线导轨的情况下，利用安装在芯轴上的两个杠杆千分表对轴承的端面和径向面分别进行打表测量，根据杠杆千分表示数即可确定轴承端面和轴承径向面的偏转方式和发生错误调节的轴承调节组件，并根据杠杆千分表示数计算需要修正的轴承调节组件的旋转角度和轴向移动方向，实现了精确修正芯轴偏转产生的误差，提高芯轴装配的效率，根据轴承调节组件的旋转角度和轴向移动方向可以对轴承进行微米级的调节，以实现轴承与芯轴同轴，实现了微米级的装配精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中的主轴装配工装的结构示意图；

图2为本发明实施例中的前轴承调整机构的结构示意图；

图3为本发明实施例中的基于主轴装配工装的轴承调整方法的流程示意图；

图4为本发明实施例中杠杆千分表打表位置图；

图5为本发明实施例中前轴承在空间直角坐标系图；

图6为本发明实施例中第一杠杆千分表运动轨迹所在XZ平面的投影图；

图7为本发明实施例中前轴承端面发生偏转的一种情况示意图；

图8为本发明实施例中前轴承端面发生偏转的另一种情况示意图；

图9为本发明实施例中前轴承端面偏转前后在XZ平面的投影图；

图10为本发明实施例中三角形的几何关系图；

图11为本发明实施例中三角形的几何关系图；

图12为本发明实施例中三角形的几何关系图；

图13为本发明实施例中前轴承径向面发生偏转示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1所示，本发明实施例提供一种主轴装配工装，该主轴装配工装应用于晶圆研磨机，晶圆研磨机的主轴包括芯轴4和安装在芯轴上的轴承5，轴承包括前轴承和后轴承。

本实施例的主轴装配工装包括直线导轨机构、芯轴调整系统3和轴承调整系统2，其中，

直线导轨机构包括直线导轨6和基台1，直线导轨6安装在基台1上，直线导轨6上设有若干个滑块7，芯轴调整系统3的前顶尖机构安装在滑块7上，因此前顶尖机构能够沿直线导轨滑动以调整位置。

直线导轨机构包括两个直线导轨6，两个直线导轨6平行安装在基台1上，每个直线导轨6上均设有若干滑块7，基台优选为大理石材质。可根据需要设置直线导轨的数量。

轴承调整系统包括前轴承调节机构和后轴承调节机构，前轴承调节机构和后轴承调节机构均滑动安装在直线导轨上，前轴承调节机构设置为调整前轴承在空间中的位置以使前轴承与芯轴进行装配，以及使前轴承与芯轴同轴；后轴承调节机构设置为调整后轴承在空间中的位置以使后轴承与所述芯轴进行装配，以及使后轴承与芯轴同轴。具体地，在轴承装配之前，通过前轴承调节机构调整前轴承的位置，使前轴承的轴线与芯轴的轴线同轴，通过后轴承调节机构调整后轴承的空间位置，使后轴承的轴线与芯轴的轴线同轴，以便前轴承和后轴承装配至芯轴上，保证装配过程中芯轴与轴承的同轴度。

如图2所示，前轴承调节机构包括前轴承支撑件21、前轴承调节组件22，前轴承支撑件滑动安装在直线导轨上，前轴承调节组件设置为多组，对称布置在前轴承支撑件上，前轴承调节组件用于支撑前轴承，并且前轴承调节组件可以调节前轴承在空间中的位置，以使前轴承与芯轴同轴，且使前轴承与芯轴进行装配；和/或，后轴承调节机构包括后轴承支撑件和后轴承调节组件，后轴承支撑件滑动安装在直线导轨上，后轴承调节组件具有多组，对称布置在后轴承支撑件上，用于支撑后轴承，后轴承调节组件可以调节后轴承在空间中的位置以使后轴承与芯轴同轴，以及使后轴承与芯轴进行装配。

前轴承调节机构和后轴承调节机构还包括锁紧组件23和锁紧件24，锁紧组件安装在前轴承支撑件或后轴承支撑件上，锁紧组件23用于从前轴承的上方对前轴承的竖向位置进行限制，或用于从后轴承的上方对后轴承的竖向位置进行限制，锁紧组件23与调节组件共同形成三点支撑，对轴承进行锁紧，锁紧件24用于锁紧直线导轨以使前轴承调节机构和后轴承调节机构与直线导轨固定。

由于前轴承和后轴承的装配步骤相同，因此以其中一个轴承装配调整进行举例，本实施例将具体以前轴承进行举例。

如图3所示，本发明实施例提供一种基于主轴装配工装的前轴承调整方法，该方法由计算机或服务器等电子设备执行，本实施例是在芯轴已平行于直线导轨前提下对轴承进行调整，具体包括：

S1，转动平行于直线导轨的芯轴，并利用安装在芯轴上的两个杠杆千分表对轴承的端面和径向面分别进行打表测量。

具体地，在调节完芯轴轴线平行于直线导轨后，以芯轴为基准在靠近前轴承侧的芯轴上固定设置两个杠杆千分表，旋转芯轴对前轴承进行打表，两个杠杆千分表随芯轴一起转动。

S2，获取杠杆千分表示数。计算机可以通过传感器分别获取到芯轴上两个杠杆千分表的示数。

S3，根据杠杆千分表示数确定轴承端面和轴承径向面的偏转方式。具体地，杠杆千分表示数变化可以表示前轴承端面和前轴承径向面的偏转情况，若前轴承端面或径向面发生偏转，会带动杠杆千分表的检测端进行伸缩，使杠杆千分表的指针转动，进而示数会发生变化，因此通过千分表的示数可以确定出前轴承端面和轴承径向面的偏转情况

S4，根据偏转方式确定目标轴承调节组件。根据前轴承端面和轴承径向面的偏转情况可以确定是哪个位置的调节组件出现问题，并确定其为待修正的前轴承调节组件。

S5，根据杠杆千分表示数计算目标轴承调节组件的旋转角度和轴向移动方向。

S6，根据旋转角度和轴向移动方向控制目标轴承调节组件旋转，调节轴承在空间中的位置以使轴承与芯轴同轴。在前轴承端面和/或径向面偏转时，根据计算的目标前轴承调节组件要旋转的角度和旋转方向，来不断调节前轴承的空间位置，从而使轴承与芯轴同轴。

本实施例在芯轴轴线平行于直线导轨的情况下，利用安装在芯轴上的两个杠杆千分表对轴承的端面和径向面分别进行打表测量，根据杠杆千分表示数即可确定轴承端面和轴承径向面的偏转方式和发生错误调节的轴承调节组件，并根据杠杆千分表示数计算需要修正的轴承调节组件的旋转角度和轴向移动方向，实现了精确修正芯轴偏转产生的误差，提高芯轴装配的效率，根据轴承调节组件的旋转角度和轴向移动方向可以对轴承进行微米级的调节，以实现轴承与芯轴同轴，实现了微米级的装配精度。

在一个实施例中，上述两个杠杆千分表包括用于对轴承的端面进行打表测量的第一杠杆千分表，以及用于对轴承的径向面进行打表测量的第二杠杆千分表。如图4所示，第一杠杆千分表固定设置在芯轴且靠近前轴承一侧上，其检测端与前轴承端面接触，第二杠杆千分表固定设置在芯轴且靠近前轴承一侧上，其检测端与前轴承径向面（前轴承内壁）接触。

进一步地，以第一杠杆千分表为例，步骤S3具体包括：

S31，判断第一杠杆千分表示数是否为零，判断测量前轴承端面的杠杆千分表示数是否为零，若示数为零，表示前轴承端面未发生偏转，则执行步骤S32；若示数不为零，表示前轴承端面发生偏转，则执行步骤S33，

S32，判定轴承端面正常。

S33，判定轴承端面偏转，并获取第一杠杆千分表的检测端的运动轨迹；根据第一杠杆千分表的检测端的运动轨迹确定轴承端面的偏转方向。运动轨迹为转动芯轴并带动第一杠杆千分表的检测端在前轴承端面形成的轨迹圆，根据轨迹圆可确定出前轴承端面的偏转方式。

进一步地，在步骤S33中，根据第一杠杆千分表的检测端的运动轨迹确定轴承端面的偏转方向，具体包括：

S331，确定第一杠杆千分表的检测端的运动轨迹与过芯轴轴线的平面的交点。

S332，根据交点与芯轴轴线的相对位置确定轴承端面的偏转方向。

具体地，步骤S331包括：

S3311，确定第一杠杆千分表的检测端的运动轨迹与第一平面的第一组交点，第一平面过芯轴轴线且平行于所述直线导轨，第一组交点为第一平面与轴承端面的交线在运动轨迹上的两个交点。

S3312，确定第一杠杆千分表的检测端的运动轨迹与第二平面的第二组交点，第二平面过芯轴轴线且垂直于直线导轨，第二组交点为第二平面与轴承端面的交线在运动轨迹上的两个交点。

如图5所示，为前轴承建立空间直角坐标系，第一平面a过芯轴轴线且平行于直线导轨，即第一平面a平行于XY平面，第二平面b过芯轴轴线且垂直于直线导轨，即第二平面b平行于YZ平面。如图6所示，在XZ平面投影的圆为芯轴带动第一杠杆千分表形成的轨迹圆，第一组交点为交线5（第一平面与轴承端面的交线）在轨迹圆上的两个交点，如点5-1和点5-2，第二组交点为交线6（第二平面与轴承端面的交线）在轨迹圆上的两个交点，如点6-1和点6-2，其中交线5和交线6互相垂直。

由于前轴承在正常装配状态下（与芯轴同轴），需要前轴承端面垂直于芯轴轴线（Y轴），而交线5和交线6可以确定前轴承的端面，因此，交线5需平行于X轴，交线6需平行于Z轴，那么步骤S322需要根据第一组交点和/或第二组交点与芯轴轴线的相对位置确定轴承端面的偏转方向，进而通过调节对应的前轴承调节组件使得交线5平行于X轴和交线6平行于Z轴，最终使得轴承端面垂直于芯轴轴线。

假设杠杆千分表的检测端顶针缩短时，其表针顺时针转动，检测端顶针伸长时，其表针逆时针转动。

具体地，对于前轴承端面偏转：

第一种情况：相对于YZ平面，前轴承端面发生偏转，且交线6未平行于Z轴，如图7所示，以点6-1处的第一杠杆千分表的表针为0点，第一杠杆千分表从点6-1旋转到点6-2时，第一杠杆千分表检测端顶针伸长，即第一杠杆千分表的表针逆时针转动，因此，前轴承端面相对于Z轴发生了顺时针偏转，且交线6与芯轴轴线的夹角为锐角。

第二种情况：相对于YZ平面，前轴承端面发生偏转，且交线6未平行于Z轴，以点6-1处的第一杠杆千分表的表针为0点，第一杠杆千分表从点6-1旋转到点6-2时，第一杠杆千分表检测端顶针缩短，即第一杠杆千分表的表针顺时针转动，因此，前轴承端面相对于Z轴发生了逆时针偏转，且交线6与芯轴轴线的夹角为钝角。

第三种情况：相对于XY平面，前轴承端面发生偏转，且交线5未平行于X轴，如图8所示，以点5-2处的第一杠杆千分表的表针为0点，第一杠杆千分表从点5-2旋转到点5-1时，第一杠杆千分表检测端顶针伸长，即第一杠杆千分表的表针逆时针转动，因此，前轴承端面相对于X轴发生了逆时针偏转，且交线5与芯轴轴线的夹角为钝角。

第四种情况：相对于XY平面，前轴承端面发生偏转，且交线5未平行于X轴，以点5-2处的第一杠杆千分表的表针为0点，第一杠杆千分表从点5-2旋转到点5-1时，第一杠杆千分表检测端顶针缩短，即第一杠杆千分表的表针顺时针转动，因此，前轴承端面相对于X轴发生了顺时针偏转，且交线5与芯轴轴线的夹角为锐角。

如图5所示，前轴承上设置有四个前轴承调节组件，分别为第一前轴承调节组件1''、第二前轴承调节组件2''、第三前轴承调节组件3''、第四前轴承调节组件4''，其中，第一前轴承调节组件和第三前轴承调节组件设置在一侧，第二前轴承调节组件和第四前轴承调节组件设置在另一侧。前轴承调节组件包括轴套和旋调螺钉，旋调螺钉与轴套螺纹配合，通过旋转旋调螺钉能够带动所述轴套沿其轴向移动，实现前轴承的移动。

对于轴承端面，步骤S4为根据轴承端面的偏转方向确定轴承端面侧的两个轴承调节组件为目标轴承调节组件。

具体为，若前轴承端面相对于Z轴发生了顺时针偏转，且交线6与芯轴轴线的夹角为锐角，这种情况是由于第三前轴承调节组件和第四前轴承调节组件过度伸长，使得前轴承端面相对于Z轴发生了顺时针偏转，因此需将第三前轴承调节组件和第四前轴承调节组件确定为目标轴承调节组件进行修正。

若前轴承端面相对于Z轴发生了逆时针偏转，且交线6与芯轴轴线的夹角为钝角，这种情况是由于第三前轴承调节组件和第四前轴承调节组件过度缩短，使得前轴承端面相对于Z轴发生了逆时针偏转，因此需将第三前轴承调节组件和第四前轴承调节组件确定为目标轴承调节组件进行修正。

若前轴承端面相对于X轴发生了逆时针偏转，且交线5与芯轴轴线的夹角为钝角，在交线6平行于Z轴情况下，上述偏转情况是由于第三前轴承调节组件太短且第四前轴承调节组件过度伸长，且第一前轴承调节组件和第二前轴承调节组件不动，使得前轴承端面相对于X轴发生了逆时针偏转，因此需将第三前轴承调节组件和第四前轴承调节组件确定为目标轴承调节组件进行修正。

若前轴承端面相对于X轴发生了顺时针偏转，且交线5与芯轴轴线的夹角为锐角，在交线6平行于Z轴情况下，上述偏转情况是由于第三前轴承调节组件过度伸长且第四前轴承调节组件过度缩短，且第一前轴承调节组件和第二前轴承调节组件不动，使得前轴承端面相对于X轴发生了顺时针偏转，因此需将第三前轴承调节组件和第四前轴承调节组件确定为目标轴承调节组件进行修正。

在一个实施例中，步骤S5包括：

S51，利用偏转轴承端面、偏转轴承轴线、芯轴轴线的几何关系和第一杠杆千分表示数计算目标轴承调节组件的旋转角度。

具体地，若前轴承端面相对于Z轴发生了偏转，第一杠杆千分表从点6-1旋转到点6-2时表针转动值为，如图7所示，当前轴承端面相对于Z轴发生了顺时针偏转，且交线6与芯轴轴线的夹角/>为锐角时，点6-1与点6-2在前轴承端面的距离为/>，第一杠杆千分表表针轨迹圆的直径为/>，点1-2为第一前轴承调节组件和第二前轴承调节组件的轴线交点的投影点，点3-4为第三前轴承调节组件和第四前轴承调节组件的轴线交点的投影点，/>为点1-2到前轴承端面的距离，/>为点1-2到点3-4的距离，因此根据图7可得到，

；

其中，为点3-4和点1-2在Z轴方向的距离，/>为第三前轴承调节组件和第四前轴承调节组件沿轴向移动的距离，/>为第三前轴承调节组件和第四前轴承调节组件的轴线夹角。

前轴承调节组件可以为M10的螺钉，前轴承调节组件轴向移动距离的计算公式如下：

；

其中，为前轴承调节组件轴向移动距离，单位mm，/>为M10螺钉旋转角度，单位为度，/>为M10螺钉的螺距，单位mm，P=1mm，/>为M10螺钉的螺纹线数。

因此可得，

；

利用相似三角形的原理，可得出

；

由上述公式可得

；

因此，第三前轴承调节组件和第四前轴承调节组件的旋转角度都为。

当前轴承端面相对于Z轴发生了逆时针偏转，且交线6与芯轴轴线的夹角为钝角时，目标轴承调节组件的旋转角度的计算方式和前轴承端面相对于Z轴发生了顺时针偏转的计算方式相同，因此第三前轴承调节组件和第四前轴承调节组件的旋转角度也都为/>。

若前轴承端面相对于X轴发生了偏转，第一杠杆千分表从点5-2旋转到点5-1时表针转动值为，如图8所示，当前轴承端面相对于X轴发生了逆时针偏转，且交线5与芯轴轴线的夹角/>为钝角时，第一杠杆千分表表针轨迹圆的直径为/>，点1-2为第一前轴承调节组件和第二前轴承调节组件的轴线交点的投影点，点3-4为第三前轴承调节组件和第四前轴承调节组件的轴线交点的投影点，/>为点1-2到前轴承端面的距离，/>为点1-2到点3-4的距离，点3-4向X轴正向平动的距离/>，因此根据图7可得到，

；

如图9所示，其为前轴承端面在XZ平面的投影，在第一前轴承调节组件和第二前轴承调节组件不动的情况下，3点为第三前轴承调节组件的初始位置，点为第三前轴承调节组件缩短（调节不当）后的位置，4点为第四前轴承调节组件的初始位置，/>点为第四前轴承调节组件伸长（调节不当）后的位置，/>点为轴承端面圆心的初始位置，/>点为轴承圆心的偏转移动后的位置。/>点与/>点的连线平行于X轴。/>点、/>点连线与/>点、/>点连线相交于C点，直线/>长度为/>，直线/>的长度为/>，直线/>的长度为/>。

如图10所示，在三角形中直线/>的长度为/>；直线/>的前轴承外圆的半径R，直线/>的长度为/>、/>，/>。过/>点做直线/>的垂线，由此得到如下的等式关系

；

在图9中三角形与三角形/>相似，直线/>的长度为/>，直线/>的长度为/>，直线/>的长度为/>，依据相似三角形原理的到如下等式

；

即

；

在三角形中过C点作直线/>的垂线，如图11所示，可得到如下等式关系

；

如图12所示，在三角形中过/>点做直线/>的垂线，/>，直线/>的长度为/>，可得到如下关系式

；

由于、/>、/>、/>、R为已知量，根据上述公式可求出/>，进而可求出/>，根据、/>和公式

；

可得到

；

；

因此，得到第三前轴承调节组件的旋转角度为，第四前轴承调节组件的旋转角度为/>。

当前轴承端面相对于X轴发生了顺时针偏转，且交线5与芯轴轴线的夹角为锐角时，目标轴承调节组件的旋转角度的计算方式和前轴承端面相对于X轴发生了逆时针偏转的计算方式相同，因此第三前轴承调节组件的旋转角度也为，第四前轴承调节组件的旋转角度也为/>。

S52，根据第一杠杆千分表示数确定第一杠杆千分表的表针转动方向。

S53，根据第一杠杆千分表的表针转动方向确定目标轴承调节组件的轴向移动方向，其中，

对于第一组交点，两个目标轴承调节组件的轴向移动方向相同；

对于第二组交点，两个目标轴承调节组件的轴向移动方向不同。

具体地，对于第一组交点来说：

当前轴承端面相对于Z轴发生了顺时针偏转时，第一杠杆千分表的表针逆时针转动，表示第一杠杆千分表检测端顶针伸长，则第三前轴承调节组件和第四前轴承调节组件都轴向过度伸长导致前轴承端面相对于Z轴发生了顺时针偏转，因此第三前轴承调节组件和第四前轴承调节组件都需轴向缩短。

当前轴承端面相对于Z轴发生了逆时针偏转时，第一杠杆千分表的表针顺时针转动，表示第一杠杆千分表检测端顶针缩短，则第三前轴承调节组件和第四前轴承调节组件都轴向过度缩短导致前轴承端面相对于Z轴发生了逆时针偏转，因此第三前轴承调节组件和第四前轴承调节组件都需轴向伸长。

对于第二组交点来说：

当前轴承端面相对于X轴发生了逆时针偏转时，第一杠杆千分表的表针逆时针转动，表示第一杠杆千分表检测端顶针伸长，则第三前轴承调节组件太短且第四前轴承调节组件过度伸长，因此应保持第一前轴承调节组件和第二前轴承调节组件不动，且第三前轴承调节组件需轴向伸长，第四前轴承调节组件需轴向缩短。

当前轴承端面相对于X轴发生了顺时针偏转时，第一杠杆千分表的表针顺时针转动，表示第一杠杆千分表检测端顶针缩短，则第三前轴承调节组件过度伸长且第四前轴承调节组件过度缩短，因此应保持第一前轴承调节组件和第二前轴承调节组件不动，且第三前轴承调节组件需轴向缩短，第四前轴承调节组件需轴向伸长。

上述前轴承调节组件的具体旋转方向可根据实际螺钉的轴向运动方向和旋转方向的关系而定。

本实施例在对于前轴承端面的偏转时，可以根据各个目标轴承调节组件的旋转角度和轴向移动方向进行实际调节，进而调节前轴承端面在空间中的位置以使前轴承端面与芯轴垂直。

进一步地，在利用第二杠杆千分表测量前轴承径向面时，步骤S3还包括：

S34，判断第二杠杆千分表示数是否为零，判断测量前轴承径向面的杠杆千分表示数是否为零，若示数为零，表示前轴承径向面未发生偏转，则执行步骤S35；若示数不为零，表示前轴承径向面发生偏转，则执行步骤S36，

S35，判定轴承径向面正常。

S36，判定轴承径向面偏转，并获取第二杠杆千分表的检测端的运动轨迹，根据第二杠杆千分表的检测端的运动轨迹确定轴承径向面的偏转方向。运动轨迹为转动芯轴并带动第二杠杆千分表的检测端在前轴承径向面形成的轨迹圆，根据轨迹圆可确定出前轴承径向面的偏转方式。

假设前轴承端面垂直于芯轴轴线或经过调节后前轴承端面垂直于芯轴轴线，那么只是要检测前轴承的轴线是否与芯轴轴线同轴，因此前轴承径向面的偏转方式为前轴承整体在XZ平面上做平动运动和/或升降运动。

因此，步骤S36具体如图13所示，根据第二杠杆千分表的检测端的运动轨迹的中心点与芯轴轴线的相对位置确定轴承径向面的偏转方向，即根据中心点 与芯轴轴线在XZ平面上的投影点的位置关系确定前轴承在XZ平面上做平动运动和/或升降运动。

进一步地，对于轴承径向面，步骤S4还包括：根据轴承径向面的偏转方式确定全部目标轴承调节组件为轴承调节组件。由于前轴承径向面的偏转是前轴承整体做平动运动和/或升降运动，所以是所有的前轴承调节组件过度调节导致的前轴承径向面的偏转，因此，第一前轴承调节组件、第二前轴承调节组件、第三前轴承调节组件、第四前轴承调节组件为目标前轴承调节组件。

进一步地，步骤S5还包括：

S54，利用偏转轴承径向面中心点、芯轴轴线的几何关系和第二杠杆千分表示数计算目标轴承调节组件的旋转角度。

具体地，如图13所示，若前轴承整体做升降运动，升降距离为，第二杠杆千分表在前轴承径向面转动的轨迹圆直径为/>，因此可得到，

；

其中，为第二前轴承调节组件和第四前轴承调节组件需要调节的轴线移动距离。

根据前轴承调节组件轴向移动距离的计算公式可得：

；

其中，，/>为第二杠杆千分表从点6-1旋转到点6-2时表针转动值。

根据上述公式可得，

；

即可根据得到修正时第二前轴承调节组件和第四前轴承调节组件的螺钉旋转角度，根据/>得到第一前轴承调节组件和第三前轴承调节组件的螺钉旋转角度，由于前轴承整体做升降运动，则/>，因此，第二、四前轴承调节组件和第一、三前轴承调节组件的旋转角度相同。

若前轴承整体做平动运动，平动距离为，根据图13和图8-10进行推导可得，

；

；

其中，，/>为第二杠杆千分表从点5-2旋转到点5-1时表针转动值。

根据上述公式即可求出和/>与对应的前轴承调整节组件的螺钉的旋转角度/>。

S55，根据第二杠杆千分表示数确定第二杠杆千分表的表针转动方向；

S56，根据第二杠杆千分表的表针转动方向确定目标轴承调节组件的轴向移动方向，其中，

对于偏转轴承径向面在过芯轴轴线且在所述第一平面上时，位于轴承两侧的目标轴承调节组件的轴向移动方向不同。

对于偏转轴承径向面在过芯轴轴线且在所述第二平面上，位于轴承两侧的目标轴承调节组件的轴向移动方向相同。

具体地，若前轴承整体做平动运动，表明第一前轴承调节组件和第三前轴承调节组件同时向一个方向轴向运动过度，同时第二前轴承调节组件和第四前轴承调节组件同时向另一个方向轴向运动过度，因此，在修正调节时，第一、三前轴承调节组件轴向调节的方向与第二、四前轴承调节组件轴向调节的方向相反。比如，第一、三前轴承调节组件轴向调节方向为缩短，那么第二、四前轴承调节组件轴向调节的方向为伸长。

若前轴承整体做升降运动，表明第一前轴承调节组件、第二前轴承调节组件、第三前轴承调节组件、第四前轴承调节组件同时向一个方向轴向运动过度，因此，在修正调节时，第一前轴承调节组件、第二前轴承调节组件、第三前轴承调节组件、第四前轴承调节组件的轴线调节方向一致，比如都轴向缩短或轴向伸长。

本实施例在对于前轴承径向面的偏转时，可以根据各个目标轴承调节组件的旋转角度和轴向移动方向进行实际调节，进而调节前轴承径向面在空间中的位置，以至于或/>，使得前轴承轴线上一点与芯轴轴线重合。

本发明通过轴承的端面和径向面确定需要调节的目标轴承调节组件、旋转角度、轴向移动方向，并进行调整使得前轴承端面垂直于芯轴轴线和前轴承轴线上一点与芯轴轴线重合，最终实现前轴承与芯轴同轴，可以高精度的完成前轴承的装配，实现了微米级的装配精度。

在一个实施例中，在判定所述轴承端面和/或径向面偏转后，还可以包括：

判断两个杠杆千分表的示数是否在阈值内；

若两个杠杆千分表的示数在阈值内，则判定不调整轴承调节组件；

若两个杠杆千分表的示数不在阈值内，则获取两个杠杆千分表的检测端的运动轨迹，并根据两个杠杆千分表的检测端的运动轨迹确定轴承端面和/或径向面的偏转方向。

由于前轴承和后轴承不可能做到百分百与芯轴同轴，因此在得到杠杆千分表的示数时，先判断是否在误差范围内，如果在误差范围内就不需要调整轴承调节组件，可节省计算量，提高芯轴装配的效率，如果不在误差范围内，则需要调整对应的轴承调节组件，可减小轴承偏转带来的误差，提高轴承装配的精度。

本发明还提供一种基于主轴装配工装的后轴承调整方法，其中由于后轴承和前轴承结构相同，且装配方式和调节方法与前轴承装配相同，在此不再赘述。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (11)

1.一种基于主轴装配工装的轴承调整方法，其特征在于，所述轴承是安装在主轴的芯轴上，所述主轴装配工装包括直线导轨机构和轴承调整系统，所述轴承调整系统滑动安装在直线导轨上；

所述轴承调整系统包括轴承支撑件和轴承调节组件，所述轴承支撑件可沿所述直线导轨滑动，所述轴承调节组件，设置为多组，对称布置在所述轴承支撑件上，用于支撑所述轴承，所述轴承调节组件设置为调节所述轴承在空间中的位置以使所述轴承与所述芯轴进行装配，以及使所述轴承与所述芯轴同轴；

所述调整方法包括：

转动平行于所述直线导轨的芯轴，并利用安装在所述芯轴上的两个杠杆千分表对所述轴承的端面和径向面分别进行打表测量；

获取杠杆千分表示数；

根据所述杠杆千分表示数确定轴承端面和轴承径向面的偏转方式；

根据所述偏转方式确定目标轴承调节组件；

根据所述杠杆千分表示数计算所述目标轴承调节组件的旋转角度和轴向移动方向；

根据所述旋转角度和轴向移动方向控制目标轴承调节组件旋转，调节所述轴承在空间中的位置以使轴承与所述芯轴同轴。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两个杠杆千分表包括用于对所述轴承的端面进行打表测量的第一杠杆千分表，以及用于对所述轴承的径向面进行打表测量的第二杠杆千分表，其中，根据所述杠杆千分表示数确定轴承端面的偏转方式，包括：

判断所述第一杠杆千分表示数是否为零；

若所述第一杠杆千分表示数为零，则判定所述轴承端面正常；

若所述第一杠杆千分表示数不为零，则判定所述轴承端面偏转，并获取第一杠杆千分表的检测端的运动轨迹；

根据所述第一杠杆千分表的检测端的运动轨迹确定轴承端面的偏转方向。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述第一杠杆千分表的检测端的运动轨迹确定轴承端面的偏转方向，包括：

确定所述第一杠杆千分表的检测端的运动轨迹与过芯轴轴线的平面的交点；

根据所述交点与芯轴轴线的相对位置确定轴承端面的偏转方向。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，确定所述第一杠杆千分表的检测端的运动轨迹与过芯轴轴线的平面的交点，包括：

确定所述第一杠杆千分表的检测端的运动轨迹与第一平面的第一组交点，所述第一平面过芯轴轴线且平行于所述直线导轨，所述第一组交点为第一平面与轴承端面的交线在运动轨迹上的两个交点；

确定所述第一杠杆千分表的检测端的运动轨迹与第二平面的第二组交点，所述第二平面过芯轴轴线且垂直于所述直线导轨，所述第二组交点为第二平面与轴承端面的交线在运动轨迹上的两个交点。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述偏转方式确定目标轴承调节组件，包括：根据所述轴承端面的偏转方向确定轴承端面远侧相对的两个轴承调节组件为目标轴承调节组件。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述杠杆千分表示数计算所述目标轴承调节组件的旋转角度和轴向移动方向，包括：

利用偏转轴承端面、偏转轴承轴线、芯轴轴线的几何关系和所述第一杠杆千分表示数计算所述目标轴承调节组件的旋转角度；

根据所述第一杠杆千分表示数确定第一杠杆千分表的表针转动方向；

根据所述第一杠杆千分表的表针转动方向确定所述目标轴承调节组件的轴向移动方向，其中，

对于所述第一组交点，两个目标轴承调节组件的轴向移动方向相同；

对于所述第二组交点，两个目标轴承调节组件的轴向移动方向不同。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述杠杆千分表示数确定轴承径向面的偏转方式，包括：

判断第二杠杆千分表的示数是否为零；

若所述第二杠杆千分表的示数为零，则判定所述轴承径向面正常；

若所述第二杠杆千分表的示数不为零，则判定所述轴承径向面偏转，并获取第二杠杆千分表的检测端的运动轨迹；

根据所述第二杠杆千分表的检测端的运动轨迹确定轴承径向面的偏转方向。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据所述第二杠杆千分表的检测端的运动轨迹确定轴承径向面的偏转方向，包括：根据所述第二杠杆千分表的检测端的运动轨迹的中心点与芯轴轴线的相对位置确定轴承径向面的偏转方向。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据所述偏转方式确定目标轴承调节组件，包括：根据所述轴承径向面的偏转方式确定全部目标轴承调节组件为轴承调节组件。

10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述杠杆千分表示数计算所述目标轴承调节组件的旋转角度和轴向移动方向，包括：

利用偏转轴承径向面中心点、芯轴轴线的几何关系和所述第二杠杆千分表示数计算所述目标轴承调节组件的旋转角度；

根据所述第二杠杆千分表示数确定第二杠杆千分表的表针转动方向；

根据所述第二杠杆千分表的表针转动方向确定所述目标轴承调节组件的轴向移动方向，其中，

对于偏转轴承径向面在过芯轴轴线且在所述第一平面上时，位于轴承两侧的目标轴承调节组件的轴向移动方向不同；

对于所述偏转轴承径向面在过芯轴轴线且在所述第二平面上，位于轴承两侧的目标轴承调节组件的轴向移动方向相同。

11.一种基于主轴装配工装的轴承调整设备，其特征在于，包括：处理器以及与所述处理器连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，以使所述处理器执行如权利要求1-10中任意一项所述的基于主轴装配工装的轴承调整方法。