本發(fā)明涉及一種滾珠絲杠副加工技術,特別是一種滾珠絲杠副外滾道研磨及研磨力加載的工裝。
背景技術:
滾珠絲杠副是一種精密的機床部件。隨著世界制造業(yè)的發(fā)展,機床對精度和質量的追求已經越發(fā)的重要了,而滾珠絲杠副正是為了解決制造業(yè)對機床精度以及可靠性出現(xiàn)的。
滾珠絲杠要達到機床精度和可靠性的要求,絲杠本身的精度和可靠性就顯得十分重要了。在制造業(yè)就產生了滾珠絲杠精密加工的這個問題。通常滾珠絲杠的加工過程無非就是切削和旋風銑,但是單純的切削顯然是無法保證滾珠絲杠副加工后的精度要求的,而旋風銑成本又比較高。研磨作為加工絲杠的最后一道工序,它能夠保證絲杠加工的精度和可靠性。另外,研磨能夠有效地改善滾珠絲杠副的行程誤差以及齒形誤差等絲杠的主要性能指標?;谘心L珠絲杠副加工的有效性,滾珠絲杠外滾道研磨裝置同時可以用于對絲杠副的修復工作上,絲杠的修復可以產生比較大的經濟效益。
技術實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于提供一種滾珠絲杠副外滾道研磨及研磨力加載的工裝,包括柔性螺母、研磨外套、傳感器組件、螺紋端蓋、聚氨酯彈性體、聚氨酯緩沖體、外套底座;外套底座設置于研磨外套前端且與研磨外套組成研磨腔,外套底座設置第一絲杠通孔,柔性螺母設置于研磨腔內且與絲杠匹配連接,聚氨酯緩沖體套在柔性螺母上,聚氨酯彈性體套在聚氨酯緩沖體上,聚氨酯彈性體內壁與聚氨酯緩沖體外壁緊密配合且外壁與研磨腔內壁緊密配合,螺紋端蓋設置第二絲杠通孔且從研磨外套后端伸入研磨腔且固定,傳感器組件設置于螺紋端蓋和聚氨酯彈性體之間且設置拉壓力傳感器,該壓力傳感器測量由于螺紋端蓋對聚氨酯彈性體的軸向壓力。
采用上述工裝,柔性螺母為八瓣柔性螺母,柔性螺母的側壁上設置條縫隙,縫隙設置情形如下:第一組條縫隙從螺母前端開始沿螺母軸向延伸至螺母后端前方且每一條縫隙端部設置一圓形小孔,第二組條縫隙從螺母后端開始沿螺母軸向延伸至螺母前端后方且每一條縫隙端部設置一圓形小孔,每一條縫隙之間間隔°。
采用上述工裝,傳感器組件包括傳感器支撐架、若干個拉壓力傳感器、若干個支撐球;傳感器支撐架前端面設置環(huán)形凸起且該環(huán)形凸起抵壓于聚氨酯彈性體上,若干拉壓力傳感器沿傳感器支撐架周向均勻的設置于傳感器支撐架后端面上,每一支撐球設置于拉壓力傳感器上且與螺紋端蓋接觸
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比,具有以下優(yōu)點:(1)本發(fā)明結構簡單,通過螺紋端蓋對聚氨酯彈性體的軸向力,使得聚氨酯彈性體壓縮變形導致徑向變形產生柔性研磨螺母的周向力,該周向力穩(wěn)定;(2)改變聚氨酯彈性體和聚氨酯緩沖體的硬度、彈性模量以及徑向和軸向尺寸,產生對研磨螺母不同的周向力;(3)設置聚氨酯彈性體和聚氨酯緩沖體,且聚氨酯緩沖體前后兩端不受到約束,該結構可以解決柔性研磨螺母與絲杠之間的間隙消除而出現(xiàn)突然旋不動螺紋端蓋的問題。
下面結合說明書附圖對本發(fā)明做進一步描述。
附圖說明
圖1為絲杠外滾道研磨工裝的總裝配圖。
圖2為本發(fā)明八瓣柔性研磨螺母圖。
圖3為本發(fā)明傳感器組件示意圖。
圖4為整體工裝的受力變形圖。
具體實施方式
結合圖1,一種滾珠絲杠副外滾道研磨及研磨力加載的工裝,整個工裝是由研磨部分和加力裝置兩部分組成。研磨部分是由柔性研磨螺母2、絲杠1組成。加力部分由聚氨酯彈性體8、聚氨酯緩沖體9、研磨外套3以及對橡膠圈的施加壓力的螺紋端蓋6組成。此外還包括傳感器組件、外套底座10。外套底座10設置于研磨外套3前端且與研磨外套3組成研磨腔,外套底座10設置第一絲杠通孔,柔性螺母2設置于研磨腔內且與絲杠1匹配連接,聚氨酯緩沖體9套在柔性螺母2上,聚氨酯彈性體8套在聚氨酯緩沖體9上,聚氨酯彈性體8內壁與聚氨酯緩沖體9外壁緊密配合且外壁與研磨腔內壁緊密配合,螺紋端蓋6設置第二絲杠通孔且從研磨外套3后端伸入研磨腔且固定,傳感器組件設置于螺紋端蓋6和聚氨酯彈性體8之間且設置拉壓力傳感器,該壓力傳感器測量由于螺紋端蓋6對聚氨酯彈性體8的軸向壓力。
結合圖2,柔性螺母2為八瓣柔性螺母,柔性螺母的側壁上設置8條縫隙,縫隙設置情形如下:第一組4條縫隙從螺母前端開始沿螺母軸向延伸至螺母后端前方且每一條縫隙端部設置一圓形小孔,第二組4條縫隙從螺母后端開始沿螺母軸向延伸至螺母前端后方且每一條縫隙端部設置一圓形小孔,每一條縫隙之間間隔45°。通過柔性研磨螺母和絲杠配合進行研磨的,八條縫隙和八個小通孔保證了研磨螺母的柔性,螺母受到徑向均勻壓力時能夠產生均勻的徑向變形。圓形小孔的目的是為了讓柔性研磨螺母徑向變形變得容易.
結合圖3,傳感器組件包括傳感器支撐架4、若干個拉壓力傳感器5、若干個支撐球;其中傳感器支撐架4前端面設置環(huán)形凸起且該環(huán)形凸起抵壓于聚氨酯彈性體8上,若干拉壓力傳感器5沿傳感器支撐架4周向均勻的設置于傳感器支撐架4后端面上,每一支撐球設置于拉壓力傳感器5上且與螺紋端蓋6接觸。
本發(fā)明中對于傳感器組件的一種實施例可以由下述部件組成:傳感器組件由3個均勻分布的lcm300壓力傳感器、傳感器支撐底座和傳感器支撐球組成,壓力傳感器安裝在與傳感器配套帶有3個均勻螺紋孔的傳感器支撐架上,每個傳感器的上螺紋端擰在與之配合的傳感器支撐球(半球)上。
利用傳感器支撐球與螺紋端蓋的點接觸,整個傳感器部分在螺紋端蓋與聚氨酯彈性體之間可以傳遞一個均勻的壓力,當螺紋端蓋在擰緊的過程中,壓力傳感器可以在線的監(jiān)測螺紋端蓋對聚氨酯彈性體的軸向壓力,通過相應的轉換可以將壓力傳感器的值表示為研磨的壓力值。
結合圖4,柔性研磨螺母的的周向力是通過聚氨酯彈性體的軸向壓縮變形導致徑向變形產生的,變形受力圖表示了整個工裝受力變形的情況:當聚氨酯彈性體沿著軸向受到f的壓力被壓縮時,圖中的豎直箭頭方向,聚氨酯彈性體沿著軸向方向被壓縮δl,彈性體產生徑向的變形,由于彈性體外壁被約束,徑向變形只能朝里變形使得柔性研磨齒朝向工件的中心產生在徑向方向上的均勻移動,圖中的水平方向,變形量為δd,同時,聚氨酯緩沖體徑向也被壓縮變形δd,聚氨酯緩沖體受到的徑向力f’最終通過內壁壓力p作用到柔性研磨螺母上,這將為研磨過程提供穩(wěn)定的摩擦力。
研磨外套、底座和螺紋端蓋是配合產生作用的,研磨外套上靠近螺紋端蓋的一頭加工有一個帶有四個周向孔的法蘭盤,其作用是方便使用月牙扳手擰緊螺紋端蓋,螺紋端蓋頂部打有四個內六角孔,其作用是方便使用力矩扳手擰緊螺紋端蓋,通過預先設置力矩扳手的力矩值,可以準確地將螺紋端蓋擰到需要的位置。
研磨工裝中最核心的部件就是配合絲杠進行研磨的八瓣柔性研磨螺母。柔性研磨螺母的加工制造是配合絲杠外滾道進行加工的,也就是說,不同的外滾道絲杠必須加工不同的柔性研磨螺母進行配合才能進行研磨。柔性研磨螺母材料為灰鑄鐵,內滾道和與之對應的絲杠外滾道形狀是理論上是完全相同的,但是為了將柔性研磨螺母能夠與旋入絲杠,并考慮到研磨過程中研磨螺母與絲杠之間需要涂上相應的研磨磨粒,所以制造出來的柔性研磨螺母會與絲杠之間有微小的間隙δ。
本工裝加力的核心部分是兩個聚氨酯厚壁圈,一個是直接套在柔性研磨螺母2上的聚氨酯緩沖體,另一個是套在聚氨酯緩沖體9上的聚氨酯彈性體8。其中聚氨酯緩沖體9上下兩個面是不受到約束的,只有外壁與聚氨酯彈性體8的內壁緊密貼合,內壁與柔性研磨螺母的外壁緊密貼合。當聚氨酯彈性體8內壁半徑變小時,假設半徑減小δd,則聚氨酯緩沖體9外壁半徑也會減小δd,與聚氨酯緩沖體9外壁半徑壓縮δd對應一個確定的壓力f’。如果不考慮柔性研磨螺母2與絲杠1之間的間隙δ,f’就等于研磨螺母對絲杠的研磨壓力。如果考慮柔性研磨螺母2與絲杠1之間的間隙δ,只需要通過壓力傳感器5測出的壓力曲線圖間接計算出間隙δ(壓力隨著壓縮位移出現(xiàn)突變的兩點之間的距離就是間隙δ)。而聚氨酯彈性體8的作用就是產生徑向變形δd,其方式是通過軸向的壓縮變形產生徑向變形。兩個聚氨酯厚壁圈之所以套在一起,是考慮到聚氨酯這種材料類似橡膠,彈性模量比較小的,但是泊松比接近0.5,也就是指聚氨酯材料是不可壓縮的一種材料,類似水的特性。如果不套一個上下面不約束的聚氨酯緩沖體9,直接將聚氨酯彈性體8套在柔性研磨螺母2上,隨著螺紋端蓋的旋入,柔性研磨螺母2與絲杠1之間的間隙消除,就會出現(xiàn)突然旋不動螺紋端蓋的現(xiàn)象。而在聚氨酯彈性體與絲杠之間套一層緩沖體便可以很好地解決這個問題。
通過選擇不同彈性模量和硬度的聚氨酯彈性體8和緩沖體9,可以改變螺紋端蓋6旋入的深度(也就是聚氨酯彈性體軸向變形的程度)與柔性研磨螺母對絲杠的研磨壓力之間的對應關系。合理選擇聚氨酯彈性體8和聚氨酯緩沖體9的內外壁半徑同樣可以改變這個對應關系。為了達到同樣的研磨壓力,如果聚氨酯彈性體8的彈性模量e比聚氨酯緩沖體9彈性模量e大以及相應減小聚氨酯彈性體8的壁厚,螺紋端蓋6旋入的深度就應該增大,反之減小。
螺紋端蓋6的旋入方式是采用月牙扳手和扭矩扳手配合使用的方式。月牙扳手卡在研磨外套的法蘭盤外側,扭矩扳手卡在螺紋端蓋頂部。通過預先設定扭矩扳手的扭矩值,可以和輕松準確地將螺紋端蓋旋入指定的深度,也就是壓力傳感器的壓力值可以比較準確地到達所需值。
壓力傳感器部分主要目的是監(jiān)測螺紋端蓋6旋入一定深度時對聚氨酯彈性體8軸向的壓力值大小,同時也可以通過觀察壓力傳感器值的變化情況隨時調節(jié)螺紋端蓋旋入的深度。傳感器部分主要由lcm300拉壓力傳感器5、傳感器支撐底座4以及傳感器支撐球7組成,組合情況見附圖。傳感器支撐底座4底面是與聚氨酯彈性體8的壁剛好接觸的,而不會與聚氨酯緩沖體9接觸。這樣當螺紋端蓋6下旋時,只要聚氨酯彈性體8是被壓的,聚氨酯緩沖體9不會受到軸向的壓力。
工裝的裝配情況如下:
第一步,將柔性研磨螺母2旋入待磨絲杠1,柔性研磨螺母2的內齒型面和絲杠的外齒型面相配合。將聚氨酯緩沖體9套在柔性研磨螺母2上,底面與柔性研磨螺母2齊平。再將聚氨酯彈性體8套在聚氨酯緩沖體9上,底面同樣與柔性研磨螺母2底面齊平,至此研磨核心部分便裝配完成。
第二步,將3個lcm300拉壓力傳感器5下螺紋旋入拉壓力傳感器支撐架4上的三個對應螺紋孔中,直至傳感器5下底面與支撐架4表面接觸。然后,依次將3個傳感器支撐球7擰進3個lcm300拉壓力傳感器5的上端螺紋中,直至支撐球7的底面與傳感器5的上接觸面接觸。至此,傳感器部分就裝配完成。
第三步,在研磨核心部分和傳感器安裝的基礎上,將研磨外套3穿過絲杠1套在柔性研磨螺母2和聚氨酯材料部分上,內底面與柔性研磨螺母2底面齊平。再將上述裝配好的傳感器部分穿過絲杠,使拉壓力傳感器支撐架4的下底面與聚氨酯彈性體8的頂面緊密貼合。最后將傳感器的線從螺紋端蓋口通出,再擰上螺紋端蓋6,直至螺紋端蓋6與傳感器支撐球7接觸。至此,整個研磨工裝的裝配完成。
將上述裝配好的研磨工裝約束不使其旋轉,只有水平方向的直線運動。相應地轉動絲杠,柔性研磨螺母內滾道型面和絲杠外滾道型面就會有相對的摩擦滑動,這樣就是一個研磨的過程。
研磨的具體操作過程為:
第1步,將合適粗細的研磨磨粒用煤油按一定的比例調配好,將調配好的研磨磨粒均勻地涂在待磨絲杠的外滾道表面上。
第2步,用和研磨外套法蘭盤配合的月牙扳手卡住研磨外套,用預先設置好力矩值得力矩扳手卡住螺紋端蓋,擰緊直到聽到力矩扳手發(fā)出咔咔的響聲,表明螺紋端蓋已擰緊到所需要的程度。同時,觀察力傳感器的壓力值,如果壓力值有所偏差,用力矩扳手和月牙扳手做適當?shù)恼{整就好了。
第3步,將研磨外套上與摩擦試驗臺配合的力矩棒卡住摩擦力矩試驗臺的力矩測量架上,運行點擊讓絲杠以一定的速度轉起來,研磨就開始了。在研磨的過程中可以隨時記錄此時螺紋端蓋對聚氨酯彈性體的軸向研磨壓力和柔性研磨螺母與絲杠研磨時的摩擦力矩的對應關系。