[发明专利]一种用于加工陀螺电机凸半球的掩模及其加工方法

权利要求书

1.一种用于加工陀螺电机凸半球的掩模的加工方法，所述用于加工陀螺电机凸半球的掩模包括安装套筒（1）、半球壳体（2）和延伸套筒（3）；所述安装套筒（1）、半球壳体（2）和延伸套筒（3）依次同轴设置，所述半球壳体（2）的小端与安装套筒（1）连接，大端与延伸套筒（3）连接，且半球壳体（2）的直径与延伸套筒（3）的直径相同，所述半球壳体（2）上沿周向设置有多条与凸半球的对数曲线螺旋槽形状相匹配的对数曲线螺旋孔（21）；

所述加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、初步加工；

掩模坯料选用圆棒料，对圆棒料依次进行退火、粗车、去应力、半精车、去应力处理，使得安装套筒（1）的外周面、半球壳体（2）的内球面和外球面留有加工余量，其他加工面加工至设计尺寸，得到掩模加工件；

随后，将掩模加工件装夹在机床上，对半球壳体（2）的内球面进行精车，使得半球壳体（2）与凸半球的配合过盈量为2～5μm；

步骤二、加工定位芯轴和定位夹具（9）；

所述定位芯轴包括依次连接的安装段（4）、半球基座（5）、过渡段（6）、定位段（7）和夹持段（8），所述过渡段（6）的直径小于半球基座（5）的直径以及定位段（7）的直径；所述安装段（4）上设置有外螺纹；所述定位芯轴上设置有从安装段（4）延伸至过渡段（6）的轴向切割孔（11）；所述半球基座（5）、过渡段（6）上设置有多个沿轴向延伸、周向均布的径向槽（10），采用线切割将径向槽（10）与轴向切割孔（11）切通，实现与掩模的分离；所述径向槽（10）的槽底与定位芯轴中心轴线的最小距离H大于轴向切割孔（11）的半径R；所述定位夹具（9）内部设置有与半球壳体（2）形状和尺寸相匹配的球形凹槽（16），所述球形凹槽（16）的槽底设置有与安装套筒（1）形状和尺寸相匹配的盲孔（17），所述盲孔（17）的底端设置有螺纹孔（18）；

步骤三、加工外球面；

首先将掩模加工件套装在定位芯轴上，半球基座（5）与半球壳体（2）的配合间隙在0～0.003mm之间；随后采用螺母（14）轴向固定掩模加工件，螺母（14）拧紧以使得掩模加工件与半球基座（5）的球面紧密贴合；

随后将掩模加工件安装在定位芯轴后，车削半球壳体（2）的外球面和安装套筒（1）的外周面，使得其满足设计要求，同时，保证半球壳体（2）的外球面与内球面同轴度在Φ0.004mm以内；

步骤四、数控铣削加工对数曲线螺旋孔（21）；

将掩模加工件和定位芯轴安装至四轴联动铣加工中心上，随后进行对数曲线螺旋孔（21）的加工，要求四轴联动铣加工中心的主轴转速不低于4000r/min；

步骤五、去外球面毛刺；

将掩模加工件和定位芯轴装夹在车床上，采用金相砂纸抛除半球壳体（2）外球面上对数曲线螺旋孔（21）棱边凸起的毛刺；

步骤六、分离掩模加工件和定位芯轴；

首先将定位芯轴沿过渡段（6）进行切割分离，保留带有掩模加工件的部分；

随后在定位芯轴的轴向切割孔（11）内进行穿丝，沿径向槽（10）采用线切割方法将定位芯轴径向切通，将定位芯轴分为互不连接的多瓣结构，将切割后的多瓣结构通过内缩方式分别取出，从而实现掩模加工件与定位芯轴的分离；

步骤七、去内球面毛刺；

将分离后的掩模加工件装入定位夹具（9），并通过压紧螺钉（15）将定位夹具（9）与掩模加工件轴向固定，然后在车床上去除半球壳体（2）内球面上对数曲线螺旋孔（21）棱边凸起的毛刺，至此，掩模加工完成。

2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于：

还包括步骤八、存放掩模；

将加工好的掩模装夹在步骤二中的定位芯轴上进行存放，且存放时处于竖直状态，以防止掩模的损伤和变形。

3.根据权利要求2所述的加工方法，其特征在于：步骤七中，采用金相砂纸或研磨的方法抛光去除毛刺，或者采用树脂材料毛刷去除毛刺。

4.根据权利要求3所述的加工方法，其特征在于：步骤三中，将掩模加工件套装在定位芯轴上后，将延伸套筒（3）内表面与半球基座（5）配合的部位用胶水进行胶固。

5.根据权利要求4所述的加工方法，其特征在于：步骤三中，螺母（14）和掩模加工件之间还设置有压紧套（12）和弹性垫圈（13）。