一种滚珠丝杠副外滚道研磨及研磨力加载的工装的制作方法

本发明涉及一种滚珠丝杠副加工技术，特别是一种滚珠丝杠副外滚道研磨及研磨力加载的工装。

背景技术：

滚珠丝杠副是一种精密的机床部件。随着世界制造业的发展，机床对精度和质量的追求已经越发的重要了，而滚珠丝杠副正是为了解决制造业对机床精度以及可靠性出现的。

滚珠丝杠要达到机床精度和可靠性的要求，丝杠本身的精度和可靠性就显得十分重要了。在制造业就产生了滚珠丝杠精密加工的这个问题。通常滚珠丝杠的加工过程无非就是切削和旋风铣，但是单纯的切削显然是无法保证滚珠丝杠副加工后的精度要求的，而旋风铣成本又比较高。研磨作为加工丝杠的最后一道工序，它能够保证丝杠加工的精度和可靠性。另外，研磨能够有效地改善滚珠丝杠副的行程误差以及齿形误差等丝杠的主要性能指标。基于研磨对滚珠丝杠副加工的有效性，滚珠丝杠外滚道研磨装置同时可以用于对丝杠副的修复工作上，丝杠的修复可以产生比较大的经济效益。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种滚珠丝杠副外滚道研磨及研磨力加载的工装，包括柔性螺母、研磨外套、传感器组件、螺纹端盖、聚氨酯弹性体、聚氨酯缓冲体、外套底座；外套底座设置于研磨外套前端且与研磨外套组成研磨腔，外套底座设置第一丝杠通孔，柔性螺母设置于研磨腔内且与丝杠匹配连接，聚氨酯缓冲体套在柔性螺母上，聚氨酯弹性体套在聚氨酯缓冲体上，聚氨酯弹性体内壁与聚氨酯缓冲体外壁紧密配合且外壁与研磨腔内壁紧密配合，螺纹端盖设置第二丝杠通孔且从研磨外套后端伸入研磨腔且固定，传感器组件设置于螺纹端盖和聚氨酯弹性体之间且设置拉压力传感器，该压力传感器测量由于螺纹端盖对聚氨酯弹性体的轴向压力。

采用上述工装，柔性螺母为八瓣柔性螺母，柔性螺母的侧壁上设置条缝隙，缝隙设置情形如下：第一组条缝隙从螺母前端开始沿螺母轴向延伸至螺母后端前方且每一条缝隙端部设置一圆形小孔，第二组条缝隙从螺母后端开始沿螺母轴向延伸至螺母前端后方且每一条缝隙端部设置一圆形小孔，每一条缝隙之间间隔°。

采用上述工装，传感器组件包括传感器支撑架、若干个拉压力传感器、若干个支撑球；传感器支撑架前端面设置环形凸起且该环形凸起抵压于聚氨酯弹性体上，若干拉压力传感器沿传感器支撑架周向均匀的设置于传感器支撑架后端面上，每一支撑球设置于拉压力传感器上且与螺纹端盖接触

本发明与现有技术相比，具有以下优点：(1)本发明结构简单，通过螺纹端盖对聚氨酯弹性体的轴向力，使得聚氨酯弹性体压缩变形导致径向变形产生柔性研磨螺母的周向力，该周向力稳定；(2)改变聚氨酯弹性体和聚氨酯缓冲体的硬度、弹性模量以及径向和轴向尺寸，产生对研磨螺母不同的周向力；(3)设置聚氨酯弹性体和聚氨酯缓冲体，且聚氨酯缓冲体前后两端不受到约束，该结构可以解决柔性研磨螺母与丝杠之间的间隙消除而出现突然旋不动螺纹端盖的问题。

下面结合说明书附图对本发明做进一步描述。

附图说明

图1为丝杠外滚道研磨工装的总装配图。

图2为本发明八瓣柔性研磨螺母图。

图3为本发明传感器组件示意图。

图4为整体工装的受力变形图。

具体实施方式

结合图1，一种滚珠丝杠副外滚道研磨及研磨力加载的工装，整个工装是由研磨部分和加力装置两部分组成。研磨部分是由柔性研磨螺母2、丝杠1组成。加力部分由聚氨酯弹性体8、聚氨酯缓冲体9、研磨外套3以及对橡胶圈的施加压力的螺纹端盖6组成。此外还包括传感器组件、外套底座10。外套底座10设置于研磨外套3前端且与研磨外套3组成研磨腔，外套底座10设置第一丝杠通孔，柔性螺母2设置于研磨腔内且与丝杠1匹配连接，聚氨酯缓冲体9套在柔性螺母2上，聚氨酯弹性体8套在聚氨酯缓冲体9上，聚氨酯弹性体8内壁与聚氨酯缓冲体9外壁紧密配合且外壁与研磨腔内壁紧密配合，螺纹端盖6设置第二丝杠通孔且从研磨外套3后端伸入研磨腔且固定，传感器组件设置于螺纹端盖6和聚氨酯弹性体8之间且设置拉压力传感器，该压力传感器测量由于螺纹端盖6对聚氨酯弹性体8的轴向压力。

结合图2，柔性螺母2为八瓣柔性螺母，柔性螺母的侧壁上设置8条缝隙，缝隙设置情形如下：第一组4条缝隙从螺母前端开始沿螺母轴向延伸至螺母后端前方且每一条缝隙端部设置一圆形小孔，第二组4条缝隙从螺母后端开始沿螺母轴向延伸至螺母前端后方且每一条缝隙端部设置一圆形小孔，每一条缝隙之间间隔45°。通过柔性研磨螺母和丝杠配合进行研磨的，八条缝隙和八个小通孔保证了研磨螺母的柔性，螺母受到径向均匀压力时能够产生均匀的径向变形。圆形小孔的目的是为了让柔性研磨螺母径向变形变得容易.

结合图3，传感器组件包括传感器支撑架4、若干个拉压力传感器5、若干个支撑球；其中传感器支撑架4前端面设置环形凸起且该环形凸起抵压于聚氨酯弹性体8上，若干拉压力传感器5沿传感器支撑架4周向均匀的设置于传感器支撑架4后端面上，每一支撑球设置于拉压力传感器5上且与螺纹端盖6接触。

本发明中对于传感器组件的一种实施例可以由下述部件组成：传感器组件由3个均匀分布的lcm300压力传感器、传感器支撑底座和传感器支撑球组成，压力传感器安装在与传感器配套带有3个均匀螺纹孔的传感器支撑架上，每个传感器的上螺纹端拧在与之配合的传感器支撑球(半球)上。

利用传感器支撑球与螺纹端盖的点接触，整个传感器部分在螺纹端盖与聚氨酯弹性体之间可以传递一个均匀的压力，当螺纹端盖在拧紧的过程中，压力传感器可以在线的监测螺纹端盖对聚氨酯弹性体的轴向压力，通过相应的转换可以将压力传感器的值表示为研磨的压力值。

结合图4，柔性研磨螺母的的周向力是通过聚氨酯弹性体的轴向压缩变形导致径向变形产生的，变形受力图表示了整个工装受力变形的情况：当聚氨酯弹性体沿着轴向受到f的压力被压缩时，图中的竖直箭头方向，聚氨酯弹性体沿着轴向方向被压缩δl，弹性体产生径向的变形，由于弹性体外壁被约束，径向变形只能朝里变形使得柔性研磨齿朝向工件的中心产生在径向方向上的均匀移动，图中的水平方向，变形量为δd，同时，聚氨酯缓冲体径向也被压缩变形δd，聚氨酯缓冲体受到的径向力f’最终通过内壁压力p作用到柔性研磨螺母上，这将为研磨过程提供稳定的摩擦力。

研磨外套、底座和螺纹端盖是配合产生作用的，研磨外套上靠近螺纹端盖的一头加工有一个带有四个周向孔的法兰盘，其作用是方便使用月牙扳手拧紧螺纹端盖，螺纹端盖顶部打有四个内六角孔，其作用是方便使用力矩扳手拧紧螺纹端盖，通过预先设置力矩扳手的力矩值，可以准确地将螺纹端盖拧到需要的位置。

研磨工装中最核心的部件就是配合丝杠进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丝杠外滚道进行加工的，也就是说，不同的外滚道丝杠必须加工不同的柔性研磨螺母进行配合才能进行研磨。柔性研磨螺母材料为灰铸铁，内滚道和与之对应的丝杠外滚道形状是理论上是完全相同的，但是为了将柔性研磨螺母能够与旋入丝杠，并考虑到研磨过程中研磨螺母与丝杠之间需要涂上相应的研磨磨粒，所以制造出来的柔性研磨螺母会与丝杠之间有微小的间隙δ。

本工装加力的核心部分是两个聚氨酯厚壁圈，一个是直接套在柔性研磨螺母2上的聚氨酯缓冲体，另一个是套在聚氨酯缓冲体9上的聚氨酯弹性体8。其中聚氨酯缓冲体9上下两个面是不受到约束的，只有外壁与聚氨酯弹性体8的内壁紧密贴合，内壁与柔性研磨螺母的外壁紧密贴合。当聚氨酯弹性体8内壁半径变小时，假设半径减小δd，则聚氨酯缓冲体9外壁半径也会减小δd，与聚氨酯缓冲体9外壁半径压缩δd对应一个确定的压力f’。如果不考虑柔性研磨螺母2与丝杠1之间的间隙δ，f’就等于研磨螺母对丝杠的研磨压力。如果考虑柔性研磨螺母2与丝杠1之间的间隙δ，只需要通过压力传感器5测出的压力曲线图间接计算出间隙δ(压力随着压缩位移出现突变的两点之间的距离就是间隙δ)。而聚氨酯弹性体8的作用就是产生径向变形δd，其方式是通过轴向的压缩变形产生径向变形。两个聚氨酯厚壁圈之所以套在一起，是考虑到聚氨酯这种材料类似橡胶，弹性模量比较小的，但是泊松比接近0.5，也就是指聚氨酯材料是不可压缩的一种材料，类似水的特性。如果不套一个上下面不约束的聚氨酯缓冲体9，直接将聚氨酯弹性体8套在柔性研磨螺母2上，随着螺纹端盖的旋入，柔性研磨螺母2与丝杠1之间的间隙消除，就会出现突然旋不动螺纹端盖的现象。而在聚氨酯弹性体与丝杠之间套一层缓冲体便可以很好地解决这个问题。

通过选择不同弹性模量和硬度的聚氨酯弹性体8和缓冲体9，可以改变螺纹端盖6旋入的深度(也就是聚氨酯弹性体轴向变形的程度)与柔性研磨螺母对丝杠的研磨压力之间的对应关系。合理选择聚氨酯弹性体8和聚氨酯缓冲体9的内外壁半径同样可以改变这个对应关系。为了达到同样的研磨压力，如果聚氨酯弹性体8的弹性模量e比聚氨酯缓冲体9弹性模量e大以及相应减小聚氨酯弹性体8的壁厚，螺纹端盖6旋入的深度就应该增大，反之减小。

螺纹端盖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兰盘外侧，扭矩扳手卡在螺纹端盖顶部。通过预先设定扭矩扳手的扭矩值，可以和轻松准确地将螺纹端盖旋入指定的深度，也就是压力传感器的压力值可以比较准确地到达所需值。

压力传感器部分主要目的是监测螺纹端盖6旋入一定深度时对聚氨酯弹性体8轴向的压力值大小，同时也可以通过观察压力传感器值的变化情况随时调节螺纹端盖旋入的深度。传感器部分主要由lcm300拉压力传感器5、传感器支撑底座4以及传感器支撑球7组成，组合情况见附图。传感器支撑底座4底面是与聚氨酯弹性体8的壁刚好接触的，而不会与聚氨酯缓冲体9接触。这样当螺纹端盖6下旋时，只要聚氨酯弹性体8是被压的，聚氨酯缓冲体9不会受到轴向的压力。

工装的装配情况如下：

第一步，将柔性研磨螺母2旋入待磨丝杠1，柔性研磨螺母2的内齿型面和丝杠的外齿型面相配合。将聚氨酯缓冲体9套在柔性研磨螺母2上，底面与柔性研磨螺母2齐平。再将聚氨酯弹性体8套在聚氨酯缓冲体9上，底面同样与柔性研磨螺母2底面齐平，至此研磨核心部分便装配完成。

第二步，将3个lcm300拉压力传感器5下螺纹旋入拉压力传感器支撑架4上的三个对应螺纹孔中，直至传感器5下底面与支撑架4表面接触。然后，依次将3个传感器支撑球7拧进3个lcm300拉压力传感器5的上端螺纹中，直至支撑球7的底面与传感器5的上接触面接触。至此，传感器部分就装配完成。

第三步，在研磨核心部分和传感器安装的基础上，将研磨外套3穿过丝杠1套在柔性研磨螺母2和聚氨酯材料部分上，内底面与柔性研磨螺母2底面齐平。再将上述装配好的传感器部分穿过丝杠，使拉压力传感器支撑架4的下底面与聚氨酯弹性体8的顶面紧密贴合。最后将传感器的线从螺纹端盖口通出，再拧上螺纹端盖6，直至螺纹端盖6与传感器支撑球7接触。至此，整个研磨工装的装配完成。

将上述装配好的研磨工装约束不使其旋转，只有水平方向的直线运动。相应地转动丝杠，柔性研磨螺母内滚道型面和丝杠外滚道型面就会有相对的摩擦滑动，这样就是一个研磨的过程。

研磨的具体操作过程为：

第1步，将合适粗细的研磨磨粒用煤油按一定的比例调配好，将调配好的研磨磨粒均匀地涂在待磨丝杠的外滚道表面上。

第2步，用和研磨外套法兰盘配合的月牙扳手卡住研磨外套，用预先设置好力矩值得力矩扳手卡住螺纹端盖，拧紧直到听到力矩扳手发出咔咔的响声，表明螺纹端盖已拧紧到所需要的程度。同时，观察力传感器的压力值，如果压力值有所偏差，用力矩扳手和月牙扳手做适当的调整就好了。

第3步，将研磨外套上与摩擦试验台配合的力矩棒卡住摩擦力矩试验台的力矩测量架上，运行点击让丝杠以一定的速度转起来，研磨就开始了。在研磨的过程中可以随时记录此时螺纹端盖对聚氨酯弹性体的轴向研磨压力和柔性研磨螺母与丝杠研磨时的摩擦力矩的对应关系。