一种用于加工陀螺电机凸半球的掩模及其加工方法与流程

1.本发明属于陀螺电机领域，具体涉及一种用于加工陀螺电机凸半球的掩模及其加工方法，特别是一种用于动压气浮轴承陀螺电机凸半球螺旋槽离子刻蚀的掩模及其加工方法。


背景技术：

2.三浮陀螺是目前国内外机电陀螺中精度最高、寿命最长的小型陀螺仪，主要应用于卫星、载人与货运飞船、空间站等惯性导航宇领域，动压陀螺电机是三浮陀螺的“心脏”，对三浮陀螺的性能和寿命起着至关重要的作用。
3.动压陀螺电机中动压气浮轴承是关键零部件，动压气浮轴承的动压效应和气膜刚度对陀螺电机的性能具有重要影响。凸半球是动压气浮轴承的关键零件，其材料通常为高硬度gt35硬质合金，尺寸形位精度和表面粗糙度要求较高，具体要求半球面圆度为0.3μm、表面粗糙度ra0.012μm，半球面上均布12条对数曲线螺旋槽，对数曲线螺旋槽的深度为4μm
±
0.5μm，12条对数曲线螺旋槽的槽形一致性不大于0.01mm，槽底面表面粗糙度为ra0.1μm，该对数曲线螺旋槽的加工精度对动压气浮轴承的动压效应和气膜刚度具有较大影响，进而对陀螺电机以至三浮陀螺的性能稳定性具有重要意义。
4.上述对数曲线螺旋槽采用常规切削方法难以保证加工精度和质量。目前，最为可行的方法是采用离子束刻蚀加工。离子束加工是利用高能惰性气体离子(氩离子)在固体表面产生的物理溅射作用来进行刻蚀加工，即在真空条件下利用离子源产生的离子经加速聚焦形成高能离子束流轰击工件表面，使不受遮盖的表面被刻蚀剥离，从而将图形转移到工件表面的一种微细加工技术。但是，凸半球的对数曲线螺旋槽采用离子束进行加工时，其采用的加工装置使得对数曲线螺旋槽的精度经常无法满足使用要求，从而对陀螺电机的性能产生影响。


技术实现要素：

5.本发明的目的是解决现有凸半球的加工装置无法保证凸半球的加工精度，从而对陀螺电机性能产生影响的问题，提供一种用于加工陀螺电机凸半球的掩模及其加工方法。
6.为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种用于加工陀螺电机凸半球的掩模，包括安装套筒、半球壳体和延伸套筒；所述安装套筒、半球壳体和延伸套筒依次同轴设置，所述半球壳体的小端与安装套筒连接，大端与延伸套筒连接，且半球壳体的直径与延伸套筒的直径相同，所述半球壳体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；所述半球壳体和延伸套筒的壁厚为0.1～0.2mm；所述安装套筒、半球壳体和延伸套筒的材料膨胀系数小于或等于凸半球的材料膨胀系数，所述半球壳体的内球面与凸半球为2～5μm的过盈配合。
7.进一步地，所述安装套筒、半球壳体和延伸套筒采用tc4钛合金材料。
8.本发明还提供一种上述用于加工陀螺电机凸半球的掩模的加工方法，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，使得安装套筒的外周面、半球壳体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，对半球壳体的内球面进行精车，使得半球壳体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；所述定位芯轴包括依次连接的安装段、半球基座、过渡段、定位段和夹持段，所述过渡段的直径小于半球基座的直径以及定位段的直径；所述安装段上设置有外螺纹；所述定位芯轴上设置有从安装段延伸至过渡段的轴向切割孔；所述半球基座、过渡段上设置有多个沿轴向延伸、周向均布的径向槽，所述径向槽的槽底与定位芯轴中心轴线的最小距离h大于轴向切割孔的半径r；所述定位夹具内部设置有与半球壳体形状和尺寸相匹配的球形凹槽，所述球形凹槽的槽底设置有与安装套筒形状和尺寸相匹配的盲孔，所述盲孔的底端设置有螺纹孔；步骤三、加工外球面；3.1）将掩模加工件套装在定位芯轴上，半球基座与半球壳体的配合间隙在0～0.003mm之间；随后采用螺母轴向固定掩模加工件，螺母拧紧以使得掩模加工件与半球基座的球面紧密贴合；3.2）将掩模加工件安装在定位芯轴后，车削半球壳体的外球面和安装套筒的外周面，使得其满足设计要求，同时，保证半球壳体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；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外球面上对数曲线螺旋孔棱边凸起的毛刺；步骤六、分离掩模加工件和定位芯轴；6.1）将定位芯轴沿过渡段进行切割分离，保留带有掩模加工件的部分；6.2）在定位芯轴的轴向切割孔内进行穿丝，沿径向槽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，并通过压紧螺钉将定位夹具与掩模加工件轴向固定，然后在车床上去除半球壳体内球面上对数曲线螺旋孔棱边凸起的毛刺，至此，掩模加工完成。
9.进一步地，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。
10.进一步地，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。
11.进一步地，步骤3.1）中，将掩模加工件套装在定位芯轴上后，将延伸套筒内表面与半球基座配合的部位用胶水进行胶固。
12.进一步地，步骤3.1）中，螺母和掩模加工件之间还设置有压紧套和弹性垫圈。
13.与现有技术相比，本发明具有的有益技术效果如下：1.本发明方法中的定位芯轴较好的解决了掩模加工件的精车和对数曲线螺旋孔铣削工序的装夹和加工变形问题，使得两道工序的加工基准一致，从而提高了加工效率和加工精度，而且定位芯轴也可作为转运和防护工装，保证了掩模不产生变形和损伤，一个工装具有多种用途。
14.2.本发明方法中的定位芯轴上设计有径向槽和轴向切割孔，采用线切割方式将定位芯轴分解为多瓣结构，并通过内缩方式将其取出，从而将掩模加工件与定位芯轴快速分离，解决了因铣削对数曲线螺旋孔后掩模加工件内球面与定位芯轴之间有微小毛刺难以将两者分离的难题，保证掩模加工件在加工时不变形，避免其产生加工损伤。
15.3.本发明方法设计专用的定位夹具，通过半球壳体的外球面定位和螺钉轴向压紧的装夹方式，对半球壳体内球面进行打磨，解决了薄壁镂空掩模内球面去毛刺的装夹难题，提升了掩模刚度和去毛刺效果，并有效避免了掩模去毛刺时所产生的变形损伤。
16.4.本发明方法中对掩模内球面进行精密加工，通过采用0.002～0.005mm的微小过盈配合和一端胶粘、一端螺母压紧的组装方式，保证掩模加工件与定位芯轴配合紧密与牢固，避免在精车和螺旋槽铣削工序掩模加工件产生变形和松动，影响加工精度。
17.5.本发明方法采用粗车、半精车、精车以及两次去应力处理的加工工艺过程，较好的保证所加工掩模的精度及精度的稳定性。
18.6.本发明掩模加工件采用拉压结合的结构和安装方式，即一端通过螺母压在安装套筒端面，另一端通过螺纹套拉住延伸套筒凸沿部位，可以确保掩模加工件与凸半球更紧密贴合，防止薄壁掩模的翘曲变形，保持了掩模上螺旋槽形的精度。
19.7.本发明掩模半球壳体壁厚尺寸小于0.2mm，可以减少离子束刻蚀螺旋槽时的二次溅射对槽形侧壁形状的不利影响。
20.8.本发明掩模选用钛合金等与被刻蚀凸半球材料热膨胀系数相近的金属材料，可以承受离子刻蚀较高的环境温度，并减少离子刻蚀高温环境下掩模与凸半球膨胀尺寸不一致造成球面配合部位出现间隙而对螺旋槽刻蚀精度的不利影响。
附图说明
21.图1为本发明用于加工陀螺电机凸半球的掩模的主视图；图2为本发明用于加工陀螺电机凸半球的掩模的右视图；图3为本发明用于加工陀螺电机凸半球的掩模的剖面图；图4为本发明用于加工陀螺电机凸半球的掩模的加工方法流程图；图5为本发明加工方法中定位芯轴的结构示意图；图6为图5的c向视图；图7为本发明加工方法中定位芯轴与掩模配合的示意图；图8为本发明加工方法中定位夹具的结构示意图；
图9为本发明加工方法中定位夹具与掩模配合的示意图。
22.附图标记：1-安装套筒，2-半球壳体，3-延伸套筒，4-安装段，5-半球基座，6-过渡段，7-定位段，8-夹持段，9-定位夹具，10-径向槽，11-轴向切割孔，12-压紧套，13-弹性垫圈，14-螺母，15-压紧螺钉，16-球形凹槽，17-盲孔，18-螺纹孔，21-对数曲线螺旋孔。
具体实施方式
23.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用来解释本发明的技术原理，目的并不是用来限制本发明的保护范围。
24.凸半球的对数曲线螺旋槽的加工难度在于槽深尺寸的控制，离子刻蚀时，离子束从一个方向沿直线投射到凸半球表面，通过工装带动凸半球绕其轴线以一定速度进行旋转，这样凸半球的整个球面均匀分布的多条螺旋槽均可进行刻蚀加工。基于此，本发明提供一种用于加工陀螺电机凸半球的掩模，用于对陀螺电机的凸半球上对数曲线螺旋槽进行加工，使得凸半球的加工质量大幅提高。
25.如图1至图3所示，本发明掩模包括安装套筒1、半球壳体2和延伸套筒3；安装套筒1、半球壳体2和延伸套筒3依次同轴设置，且半球壳体2的直径与延伸套筒3的直径相同；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，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。上述掩模对凸半球的对数曲线螺旋槽的离子刻蚀质量有很大影响，掩模的对数曲线螺旋孔21形状和精度直接决定所刻蚀对数曲线螺旋槽的形状精度。加工时，半球壳体2的内球面与凸半球尽可能为无间隙的紧密配合，配合过盈量2～5μm，这是因为半球壳体2的内球面和凸半球球面之间出现缝隙会影响对数曲线螺旋槽轮廓形状精度。半球壳体2的厚度对刻蚀质量也有较大影响，对其壁厚尺寸的要求是尽可能薄，但是考虑到壁厚越薄其加工难度越大，结合掩模的多次重复使用性对掩模壁厚的要求，经权衡后选取半球壳体2和延伸套筒3的壁厚为0.1～0.2mm，并采用加热掩模或/和冷冻凸半球的方法将掩模套在凸半球上，使得两者之间无缝隙，从而保证离子束刻蚀对数曲线螺旋槽的槽形精度和槽侧壁的陡直形状。
26.本发明掩模材料的选取主要考虑两方面因素：一是必须耐离子刻蚀和可加工性，二是与被刻蚀零件的材料匹配性；由于离子刻蚀时的温度在200～300℃，考虑到热胀冷缩对配合间隙的影响，掩模和凸半球尽可能采用膨胀系数相同或相近的材料，最好是掩模材料的膨胀系数小于凸半球材料的膨胀系数，以确保在200～300
°
刻蚀温度下，不会因为掩模与被刻蚀凸半球的配合间隙变大而影响对数曲线螺旋槽的刻蚀精度。采用钛合金等离子束刻蚀去除率较低的材料制作的掩模可以多次重复使用，具有较高的使用寿命。当掩模材料热膨胀系数大于凸半球材料热膨胀系数时，掩模内球面与凸半球应采用过盈配合，以避免刻蚀过程中温度升高造成掩模与凸半球结合部位出现缝隙而影响螺旋槽刻蚀精度。
27.本发明掩模与凸半球采用过盈配合，即掩模的内球面球径尺寸比凸半球的球径尺寸小4μm～6μm，并通过加热掩模和/或冷冻凸半球的方法进行掩模和凸半球的组装，这样可以保证掩模内球面与凸半球球面的零间隙，解决了原来采用间隙配合时由于离子束通过间隙照射在凸半球表面，使得凸半球上不应刻蚀的部位被刻蚀去除，造成所刻蚀凸半球的螺旋槽槽形精度较差。
28.本发明还提供了上述掩模的加工方法，掩模为薄壁、低刚度、带有多条对数曲线螺旋孔21的薄壁镂空球壳结构，其尺寸和形位精度在微米级，而且采用了tc4钛合金等难加工材料，使得其加工存在很大难度。掩模的加工主要解决薄壁球面的精密车削、对数曲线螺旋孔21的精密铣削、铣削后对数曲线螺旋孔21的去毛刺以及防止零件加工变形等问题。本发明方法通过制作定位芯轴以解决掩模精密车削和对数曲线螺旋孔21数控铣削加工存在的薄壁刚性差易变形的问题。如图4所示，掩模的具体加工过程如下：步骤一、初步加工；1.1）掩模坯料选用圆棒料，对圆棒料进行退火处理，退火处理时，加热至温度800℃保温后随炉冷却，目的是提高材料塑性和稳定组织，利于后续加工；1.2）粗车：对退火后的圆棒料进行车削加工，使得各加工面的尺寸留1mm加工余量；1.3）去应力：进行去应力热处理，处理参数为加热至450℃
±
20℃保温3小时，然后随炉冷却；1.4）半精车；进行半精车，使得各加工面的尺寸留0.2mm的加工余量；1.5）去应力：再次采用高低温循环稳定处理去除应力，参数为高温120℃保温2小时，低温-60℃保温2小时，然后在加热和低温处理，共进行三个这样的温度循环，得到掩模加工件；1.6）精车；将掩模加工件装夹在机床上，按照设计要求，对半球壳体2的内球面进行精车；精车时，对半球壳体2的内球面与凸半球配加工，使得半球壳体2与凸半球面的配合过盈量为2～5μm，保证球形精度0.001mm；步骤二、加工定位芯轴和定位夹具9；为了解决掩模由于薄壁、低刚度对车削和铣削加工带来的困难，为此制作了一种定位芯轴；如图5和图6所示，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，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；安装段4上设置有外螺纹；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；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，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；在本发明实施例中，在定位芯轴的半球基座5和过渡段6上加工有宽度0.8mm均匀分布的3个长条槽（即径向槽10），并在定位芯轴中心加工直径φ2的轴向切割孔11，其作用是为对数曲线螺旋孔21铣削后能顺利将掩模与定位芯轴分离，因为铣削对数曲线螺旋孔21产生的毛刺使掩模难以从定位芯轴上分离，如果强行分离，则会造成掩模的变形以至报废，而通过开槽后可采用线切割将径向槽10与轴向切割孔11切通，这样定位芯轴切割为多瓣，将切割后的多瓣结构可以向内缩取出，从而实现与掩模的分离，此时很容易将掩模取下，并能保证掩模不变形或损伤；如图8所示，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，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，盲孔17的底端设置有螺纹孔18；步骤三、加工外球面；3.1）如图7所示，将掩模加工件安装在定位芯轴上，半球基座5与半球壳体2的配合
间隙在0～0.003mm之间，定位芯轴以掩模加工件内孔定位，用螺母14将掩模加工件固定在定位芯轴，螺母14拧紧力大小以保证掩模加工件与定位芯轴球面紧密贴合即可，将半球壳体2的内球面与定位芯轴配合大端面部位用502胶水进行胶固，使得掩模加工件的刚性得到提高，加工性能得到加强，并能保证后面线切割工序将定位芯轴切割为多瓣结构的加工过程中，掩模加工件不会自行脱落；此外，还可在螺母14和掩模加工件之间设置压紧套12和弹性垫圈13，压紧套12起到传递压力、保护掩模加工件以及防止拧紧螺母14时掩模加工件转动的作用，弹性垫圈13起到压紧的防松作用；3.2）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外球面与内球面同轴度φ0.004mm以内；步骤四、数控铣削加工对数曲线螺旋孔；半球壳体2的外球面和安装套筒1的外周面精车加工后，掩模加工件在定位芯轴上不要卸下，直接进行对数曲线螺旋孔21的铣削加工；对数曲线螺旋孔21的铣削加工在四轴联动铣加工中心上进行，并依靠定位芯轴提高刚度以防止铣削时掩模加工件变形；在实际加工时，由于对数曲线螺旋孔21的宽度仅有1mm左右，所以选用切削刃直径φ0.5～0.7mm的金刚石涂层立铣刀。由于铣刀直径较小，其刚性和强度差，必须采用多次走刀铣削，严格控制切削深度、进刀量等切削参数，主轴转速不低于4000r/min，粗铣后留0.05mm加工余量进行螺旋孔侧壁全深度的轮廓精铣。因此，加工时通过采用较高的转速、较小的进给速度和适宜的切削深度，较好的保证了螺旋侧壁具有较高的表面粗糙度和产生尽可能少的毛刺，并有效控制掩模加工件的对数曲线螺旋孔21在加工时的扭曲变形；同时，可采用ug软件进行对数曲线螺旋孔21的数控加工程序编制，并进行实际数控铣加工的模拟仿真，以此优化加工程序和验证加工效果；在加工过程监控刀具的磨损，以免对加工精度与表面粗糙度造成不利影响；步骤五、去外球面毛刺；掩模加工件数控铣削加工后，半球壳体2的内球面、外球面上对数曲线螺旋孔21边缘产生的毛刺必须去除，任何微小的毛刺均会影响掩模加工件的安装和刻蚀精度；其中，半球壳体2的外球面上毛刺的去除是在数铣工序后，此时，掩模加工件依然安装在定位芯轴上，将掩模加工件装夹在车床上，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，此种方式可以避免掩模加工件变形；步骤六、分离和定位芯轴；6.1）掩模加工件数控铣削加工后，由于产生的毛刺等原因，如果将掩模加工件直接由定位芯轴上取下，将造成掩模加工件的变形损伤，此时，可通过车工将定位芯轴的细颈部（即过渡段6）截断，截断后保留带有掩模加工件的那部分，并将螺母14、弹性垫圈13和压紧套12从定位芯轴上取下；6.2）在定位芯轴的轴向切割孔11进行穿丝，采用线切割方法将原来的径向槽10分别沿径向切通，定位芯轴分为均等互不连接的多瓣结构，6.3）将带有掩模加工件和部分定位心轴的组合体放置在丙酮溶液中浸泡，使得502胶溶解，由此可以向内将定位芯轴的多瓣结构分别取出，完成掩模加工件与定位心轴的分离，这样分离方法不会对外面的掩模加工件造成变形等损伤；
步骤七、去内球面毛刺；半球壳体2的内球面存在少量细微毛刺，毛刺如不去除或去除不干净，将会影响掩模加工件与凸半球的配合精度及造成凸半球表面划伤，内球面的毛刺是在掩模加工件与定位芯轴分离后进行，由于掩模加工件为薄壁镂空结构、刚性非常差，去毛刺时很容易造成零件变形，使已加工对数曲线螺旋孔21的精度被破坏；为此设计制作了以半球壳体2的外球面定位的定位夹具9，如图9所示，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，半球壳体2的外球面与定位夹具9内球面为微米级间隙的精密配合；然后在车床上采用金相砂纸或研磨的方法抛光去除内球面对数曲线螺旋孔21边凸出的少量细微毛刺，或者采用硬度适宜的树脂材料毛刷去除毛刺，可以避免损伤掩模加工件，避免掩模加工件发生变形等情况；步骤八、存放掩模；加工好的成品掩模，也要求装夹在步骤二中的定位芯轴上进行周转，要求掩模存放时应处于竖直状态，以防止掩模的损伤和变形。

技术特征：
1.一种用于加工陀螺电机凸半球的掩模，其特征在于：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）；所述半球壳体（2）和延伸套筒（3）的壁厚为0.1～0.2mm；所述安装套筒（1）、半球壳体（2）和延伸套筒（3）的材料膨胀系数小于或等于凸半球的材料膨胀系数，所述半球壳体（2）的内球面与凸半球为2～5μm的过盈配合。2.根据权利要求1所述的用于加工陀螺电机凸半球的掩模，其特征在于：所述安装套筒（1）、半球壳体（2）和延伸套筒（3）的材料为tc4钛合金材料。3.一种权利要求1所述的用于加工陀螺电机凸半球的掩模的加工方法，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），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；3.1）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；3.2）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；6.1）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；6.2）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。4.根据权利要求3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。5.根据权利要求4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。6.根据权利要求5所述的加工方法，其特征在于：步骤3.1）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。7.根据权利要求6所述的加工方法，其特征在于：步骤3.1）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）。

技术总结
本发明提供一种用于加工陀螺电机凸半球的掩模及其加工方法，解决现有凸半球的加工工装无法保证凸半球的加工精度、进而对陀螺电机性能产生影响的问题。该用于加工陀螺电机凸半球的掩模包括安装套筒、半球壳体和延伸套筒；安装套筒、半球壳体和延伸套筒依次同轴设置，半球壳体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；本发明提供的用于加工陀螺电机凸半球的掩模的加工方法，包括以下步骤：步骤一、初步加工；步骤二、加工定位芯轴和定位夹具；步骤三、加工外球面；步骤四、数控铣削加工对数曲线螺旋孔；步骤五、去外球面毛刺；步骤六、分离掩模加工件和定位芯轴；步骤七、去内球面毛刺。去内球面毛刺。去内球面毛刺。


技术研发人员：邵荔宁 翁长志 尹栋 王鹏宇 何亚飞 柳亚楠
受保护的技术使用者：西安航天精密机电研究所
技术研发日：2022.02.07
技术公布日：2022/3/8