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分度类机床附件技术出现重大突破 |
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| http://cn.newmaker.com
1/7/2007 10:17:00 AM
佳工机电网
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这是继雷天觉院士发明的独立弹性齿多齿分度盘之后的又一重大结构创新。这种新的结构“珠盘”分度定位将使分度类机床附件的成本大幅下降。从而引发价格的下降。结构的创新，使得制造环节减少，制造过程缩短，关键加工工序只需一台加工中心即可方便快捷地实现所需要的加工。
北京三阔科技有限公司（SUNYORK）所开发的珠盘定位分度装置比以往端面齿盘（鼠牙盘）分度装置来得又好又快又省。该项技术已经获得国家专利。
珠盘分度定位装置其结构就是将镶嵌着一圈钢珠的转台和加工出一圈半球形凹槽的机座啮合。
成本大幅度下降是珠盘与齿盘制造的最大区别
在制造过程中有以下明显区别：
工序减少，原来制造端面齿盘所需要的多道工序，现在简化成了仅在转台和基座上加工凹槽和铆固工序。
周期缩短，现在珠盘定位装置的制造周期仅仅相当于端面齿盘定位装置制造周期的几分之一。
工艺装备的规模和精度要求降低，原来需要多台高精度设备，现在，仅仅需要一台高精度加工中心就能够满足要求。所需固定资产总量可大幅度降低。
流动资金占用减少，周期短，在制品总量大幅度减少，流动资金相应减少。
易于检测，检验成本下降，质量控制更加方便快捷。
有利于生产管理。等等。
成本的下降，即给制造者带来更大的利润空间，又给用户带来更多的实惠。
高精度是珠盘分度定位的基本特征。
对于分度装置，高精度是其基本要求。在制造过程中，凹槽的位置度是保障精度的关键，目前已经总结出了即保障分度精度又能够实现较低制造成本的位置度允差范围。由于属于误差均化的原理，实际分度误差极小，完全满足一般加工要求。由于位置误差具有方向性，属于矢量范畴，所以，通过加工时特定的工艺将误差方向离散化，可以得到方向不同的n个钢珠的位置误差，如果两个误差的数值相同，误差的方向相反，其矢量和等于零的话，则数量越多、方向不同的位置误差之和越是趋近于零。再以1/n最终表征误差体现，理论误差值极小。
因此，如果说端面齿盘（鼠牙盘）是误差均化原理的成功应用，则珠盘定位装置是当今应用误差均化原理的又一成功典范。后者比前者无论在定位精度、重复定位精度、寿命即精度保持性等各个方面都毫不逊色。在抗冲击特性上更胜一筹。
在制造工艺技术要求层面，珠盘定位结构更加体现出了端面齿盘（鼠牙盘）所不具有的优势，在制造珠盘定位装置的过程中，只要控制住镶嵌钢珠的半球形凹槽及另外相啮合半球形凹槽的位置度，控制钢珠质量，影响精度的基本要素就全都把握住了。例如，珠盘定位结构与端面齿盘（鼠牙盘）比较：
齿形误差：靠钢珠形状误差保证和球形铣刀质量保证。
齿向误差：由于球形结构的对称性，珠盘结构根本不存在此项误差。
齿距误差：靠凹槽位置度保证。 等等。
凹槽位置度是指X、Y、Z三维空间的位置精度，Z向深度尤其重要，但是采用高精度数控机床加工，则可以方便地达到。
珠盘定位分度装置已经经历了4年的验证。
36台分度装置在历经了4年时间，每天20余小时，累计3万小时，几十万次的翻转定位，在大功率、大扭矩、断续切削、事故断刀、程序错误和操作不当引起的碰撞等等各种情况的考验仍然精度如初，故障率为零。充分表现出了良好的特性。
大刚度是珠盘定位分度装置的特点
由于承力接触面积达到几十平方厘米，可以承受较大的冲击载荷，而且通过一段时间的使用后，钢珠与凹槽更加吻合，接触刚度大于初始使用时的刚度。用珠盘定位所做成的分度旋转卡具上，在大切削用量的重载切削工况下和断续切削中4年来表现出了优良的特性。
在4年时间当中同时参与性能及寿命验证的还有传统的以端面齿盘（鼠牙盘）定位的装置，两者的精度及保持性没有可以感觉出来的差别，明显差别在于端面齿盘（鼠牙盘）的刚度远远不及珠盘定位，其原因是：由于制造工艺的限制，端面齿盘（鼠牙盘）是通过螺钉分别固定到机座和转台上。2个定位销圆周定位，当遇到冲击力时，定位销剪切变形，齿盘与机座或转台之间产生移动，而珠盘制造工艺可以方便地直接做到转台或机座的本体上。因此不存在上述位移变形。
0.2度或200秒的小角度分度制造起来易如反掌
三片式端面齿盘（鼠牙盘）分度定位结构如果要做到里外齿圈不同齿数难度众所周知，结构限制了越程槽。然而，珠盘定位结构里外圈凹槽数量是否相等，在加工成本上没有任何区别，仅仅是将加工程序的相关参数设定好即可。制造过程中与普通珠盘定位结构没有不同。如果不考虑实现一定的传动比的成本，小角度分度与普通分度的成本是一样的。因此，利用差动原理，珠盘定位结构可以轻而易举地实现0.2或0.1度的小角度分度。
例如在0.2度小分度的应用场合下，将珠盘制造成独立的旋转体，珠盘面向机座的一侧镶嵌72枚钢珠，与机座的72个凹槽相吻合，最小分度单位5度。珠盘面向转台的一侧镶嵌75枚钢珠，与转台的75个凹槽相吻合，最小分度单位4.8度。这样，当处于中间的珠盘相对于机座旋转5度时，珠盘另一侧处于原来位置上的钢珠则被后一个位置上的钢珠取代，并且向前位移了0.2度（5－4.8＝0.2）。因为0.2:5=1:25，所以，在珠盘与转台之间装备一个1:25的传动装置即可以实现方便快捷的0.2度小分度操作。
0.1度的小分度单位珠盘定位结构也可以十分方便地实现，144枚钢珠比150枚钢珠，两者分度单位分别为2.5度和2.4度，差动旋转后可以得到0.1度的最小分度。
在实际应用中，0.1度的小分度结构的珠盘仍然使用的是0.2度分度装置的珠盘，一面是72枚钢珠，一面是75枚钢珠，与0.2度分度装置所不同的是：在机座上加工半球形凹槽的数量是144个，在转台上加工出的半球形凹槽数量是150个，这样，每相隔一个凹槽嵌入一个钢珠，从而达到0.1度的最小分度单位。当前所开发的产品，0.1度的小角度分度装置就是采用0.2度的珠盘及其他各个零件，仅仅转台和机座凹槽的数量与0.2度的不一样而已。
按照同样的原理，72枚钢珠比80枚钢珠，两者分度单位分别为5度和4.5度，差动旋转后可以得到0.5度的最小分度。36枚钢珠比40枚钢珠，两者分度单位分别为10度和9度，差动旋转后可以得到1度的最小分度，等等。上述0.5度和1度分度的装置同样可以共用相同的珠盘，依此类推。
如果将基座侧钢珠及凹槽设置为80枚，将转台侧钢珠及凹槽数设置为81枚，两者的分度单位分别为4度30分和4度26分40秒，两者之差为3分20秒（200秒）；传动比为81：1，因此，差动旋转后可以得到最小分度单位为200秒的小角度分度。
在一些应用场合所使用的角度很少，比如一些大型落地镗床，仅用到0、90、180、270各个度数，但是对接触刚度要求较高，在此情况下，增加钢珠数量和钢珠的直径，可以将珠盘做成横平竖直的钢珠矩阵，钢珠接触面积可以达到数百甚至数千平方厘米，承载能力可以达到几十吨或上百吨。
长寿命
36套珠盘分度定位装置4年3万小时的验证，毫无磨损和精度下降的迹象，珠盘定位结构部分在定位旋转运动时外力很小，当定位完成后不再存在磨损等情况，再加上钢珠的硬度和对凹槽的热处理，使得磨损微乎其微。由于结构上不是点、线接触，而是面接触，由于接触面积几十平方厘米（相当于同样体积重型滚动轴承接触面积的数倍），接触面积大，接触压强小，应力变化频率低，材料的疲劳失效，发生点蚀的概率几乎为零。由于寿命试验是需要时间的，根据已有的试验结果，预期寿命应当超过10万小时。因此，结构本身注定了长寿命。
自我完善能力
在人们眼中磨损总是坏事，其实，微量的磨损在一定场合下也许是好事。如果我们把各个方向的磨损差缩小（不是控制磨损量，而是控制磨损量在各个方向不要有大的差别），则使用中微量磨损的过程也是位置度更加均化，精度更加提高的过程。
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