摘要：本文對鋼球定位分度盤機構(gòu)在數(shù)控機床、轉(zhuǎn)搭式組合機床以及各種回轉(zhuǎn)工作臺中的精確設(shè)計，分析了影響分度定位精度的因素，提出了解決方法并給出了使用實例。
在數(shù)控機床和轉(zhuǎn)搭式組合機床以及各種回轉(zhuǎn)工作臺中，常用的分度工作臺分度、轉(zhuǎn)位和定位工作是按照控制系統(tǒng)的指令自動進(jìn)行的，每次轉(zhuǎn)位回轉(zhuǎn)一定的角度(90°、60°、45°等)，但實現(xiàn)工作臺轉(zhuǎn)位的機構(gòu)卻很難達(dá)到分度精度的要求，所以要有專門的定位元件來保證，因此，分度定位元件往往是分度工作臺設(shè)計、制造和調(diào)整的關(guān)鍵部分。目前常用的定位元件有插銷定位、反靠定位、齒盤定位和鋼球定位等。為了獲得高精度的分度，廣泛采用鋼球定位分度盤機構(gòu)。它具有齒盤定位的一些優(yōu)點，自動定心和分度精度高，且制造簡單，鋼球可外購，尤其對尺寸較小的高精度分度回轉(zhuǎn)工作臺采用鋼球定位也很理想。鋼球定位是利用鋼球直徑大小可以預(yù)選到誤差很少范圍的原理，從而獲得精密的分度精度。本文進(jìn)行了鋼球定位分度盤機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，分析了影響鋼球定位分度盤機構(gòu)的分度精度的因素，并提出了解決方法。
1 結(jié)構(gòu)工作原理
鋼球定位分度盤機構(gòu)的結(jié)構(gòu)見圖1。它依靠高精度的基圓盤4和高精度的鋼球來提高分度機構(gòu)的精度。用￠8鋼球120粒無間隙地排列在￠297.61238毫米的基圓柱上，并接觸于同一端面，壓緊圈5套在鋼球外面，30°的一圈斜口正對著鋼球，當(dāng)壓緊圈壓緊時，將鋼球壓緊在基圓柱和端面上。除此之外，為防止鋼球沿圓周轉(zhuǎn)動而破壞分度，在某一對鋼球之間裝一個高強度鋼做成的楔頭圓柱銷12，其頭部是45°楔面，以保證高精度分度。這種機構(gòu)可以用來加工齒牙盤(即端面齒分度盤)等高精度分度的工件。
工作時，當(dāng)手柄7順時針轉(zhuǎn)動時，使升降螺套9帶動主軸與工作臺1上升，此時壓緊圈5帶動鋼球上升，即可轉(zhuǎn)動工作臺進(jìn)行分度。最后逆時針轉(zhuǎn)動手柄7，就能使升螺套9下降并夾緊，鋼球的分度原理如圖2所示。
2 影響分度精度的因素分析及解決方法
2.1 鋼球的選擇
鋼球的尺寸精度是分度精度高低的決定因素。為此，鋼球的精度是以預(yù)選的方法來保證的。用1微米的測微儀，預(yù)選直徑誤差為1微米的鋼球240粒，按要求鋼球的直徑大小誤差與真圓度最好預(yù)選在0.5微米以下。
2.2 基圓盤的加工
基圓盤的基圓直徑要求較高，基圓直徑的計算如下：
舉例如圖3，鋼球直徑為￠8毫米。已知圓周等分n=120，所以∠AOB=3°，AB為鋼球連心線，所以AB=8，OC為三角形中∠AOC的角的平分線，于是△ACO為直角三角形，而∠AOC=1°30′，則：AO=AC/sin1º30ˊ=4/0.02617695=152.80619 毫米，因此，基圓盤4的基圓柱的直徑d為：
d=2×ao=2(AO-Aa1)=297.61238毫米
(其中Aa為鋼球半徑，Aa=4毫米)
磨削和測量基圓是比較困難的，為了解決這一難題，我們采用的加工方法是：先將淬硬的基圓盤磨準(zhǔn)兩平面，平行度在0.01毫米以內(nèi)，以平面為基準(zhǔn)磨削內(nèi)孔，應(yīng)保證平面與內(nèi)孔中心垂直度為0.001/100毫米，然后裝上特制的心軸，以內(nèi)孔和端面為基準(zhǔn)磨削基圓。磨削基圓同時磨出端面。將￠297.6123毫米磨到+0.1毫米的基礎(chǔ)上，每磨小0.01~0.02毫米為一次，即將工件連同芯軸一起拆下(不可將零件從芯軸上拆下)。
2.3 預(yù)裝工作
將上述加工好的零件與壓緊圈及選好的120粒鋼球在臺體上進(jìn)行試裝，用精密塞尺測出鋼球的最大間隙，然后再上磨床磨小直徑相當(dāng)于最大間隙的1/3;這樣反復(fù)多次磨削與試裝，直到測不出鋼球的間隙，這時測出的直徑尺寸應(yīng)是計算出來的尺寸。這一道工序加工時應(yīng)十分小心和不厭其煩，并應(yīng)注意良好的清潔與環(huán)境溫度。磨削時砂輪應(yīng)注意平穩(wěn)，外圓與端面應(yīng)同時磨小，零件裝在心軸上到磨床的兩頂針間轉(zhuǎn)動時，最大一點振擺不應(yīng)超出0.01毫米。
基圓圓柱面的硬度最好在HRC55以上，硬度低了，經(jīng)鋼球多次松壓后就會產(chǎn)生壓痕，一出現(xiàn)壓痕，分度精度就隨之下降。
2.4 基圓盤等分精度的測量方法
具體方法可以用多面棱體和準(zhǔn)直儀，也可以用準(zhǔn)直儀對照反光鏡的方法來測定誤差。
3 使用實例
我們在本裝置中把鋼球預(yù)選精度在0.002毫米以下，利用1秒的準(zhǔn)直儀與反光鏡配合檢查等分精度的最大累積誤差為4秒。利用這分度盤安裝在花鍵磨床上磨出的￠120毫米，120等分的齒牙盤經(jīng)初步測定,嚙合后按齒數(shù)計算嚙合數(shù)達(dá)95﹪以上，沿齒高，齒寬上接觸面達(dá)到70﹪以上，把這一對齒牙盤安裝在轉(zhuǎn)塔動力頭上經(jīng)綜合檢查，等分誤差在0.02毫米以內(nèi)(重復(fù)定位誤差)，大大提高了加工的精度。
4 注意事項
(1)裝配壓緊圈時，當(dāng)鋼球與斜面接觸時，壓緊圈與臺體之間間隙保持在0.1毫米以內(nèi)比較合適。
(2)分度盤的鋼球壓緊采用上述結(jié)構(gòu)，究竟能承受多大扭轉(zhuǎn)力矩，有待進(jìn)一步做出試驗。(目前從實際使用情況看，本裝置用于磨削等分精密刻線，鉆等分的小孔等均能達(dá)到比較高的分度精度)，對扭力或沖擊力大的切削加工，用本分度盤并不適宜。
