一種研磨力高精度測量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種研磨力高精度測量裝置，屬于機械設計【技術領域】。測量裝置包括安裝基板、側板、底板、浮動卡具、移動滑臺、單軸力傳感器、卡具支架和兩個三軸力傳感器、側板和底板均垂直固定連接在安裝基板的一側表面上，側板和底板所在的兩個平面也互相垂直；兩個三軸力傳感器分別固定安裝在側板和底板相對一側的表面上，單軸力傳感器固定安裝在安裝基板上且位于側板和底板的合圍范圍內；卡具支架通過其兩個安裝平面分別與兩個三軸力傳感器連接；浮動卡具固定連接在卡具支架內部，上述組件整體通過安裝基板連接在移動滑臺上。本發(fā)明能夠實現(xiàn)同時對精密微細研磨加工過程中工件所受X、Y、Z三個方向研磨力的高精度測量。
【專利說明】一種研磨力高精度測量裝置

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種精密微細加工過程中研磨力的高精度測量裝置，屬于機械設計【技術領域】。

【背景技術】
[0002]研磨加工是保證工件精度的重要手段，在超精密加工領域具有廣泛的應用。在研磨加工過程中，為了研究各個方向研磨力對工件表面質量的影響規(guī)律，需要對整個研磨加工過程中工件的受力情況進行高精度的測量。從現(xiàn)有的研磨力測量裝置來看，主要有以下兩種測量方式:
[0003](I)單軸力傳感器直接測量:應用兩個單軸力傳感器進行測量，通過杠桿原理對研磨力數(shù)學模型進行推導，得出稱重傳感器的測量值與法向研磨力的關系，實現(xiàn)法向研磨力的直接測量。
[0004](2)伺服電機電流間接測量:在詳細分析進給伺服電機電流與研磨力之間關系的基礎上，建立進給伺服電機電流與研磨力之間的數(shù)學模型，通過測量加工過程中進給伺服電機電流，實現(xiàn)研磨力的間接測量。
[0005]上述兩種方式主要應用于常規(guī)零件研磨加工過程中研磨力的測量等實驗研究，雖然具有結構簡單，量程范圍廣，容易實現(xiàn)自動控制等優(yōu)點。但是這兩種方法的缺點是:第一種方法只能對一個方向的研磨力進行測量，對實際研磨的反映比較片面；第二種方法所得到的信息只是研磨力的一個間接反映，對研磨力的測量不夠準確。所以現(xiàn)有的兩種方法都無法實現(xiàn)對Χ、γ、ζ三個方向的研磨力進行高精度的全面測量。在精密微細結構件的研磨加工過程中，為了準確、全面的研究各個方向研磨力對工件表面質量的影響規(guī)律，需要同時對研磨加工過程中工件各個方向的受力情況進行高精度的測量。


【發(fā)明內容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種研磨力高精度測量裝置，能夠實現(xiàn)同時對精密微細研磨加工過程中工件所受X、Y、Z三個方向研磨力的高精度測量。
[0007]—種研磨力高精度測量裝置，包括安裝基板、側板、底板、浮動卡具、移動滑臺、單軸力傳感器、卡具支架和兩個三軸力傳感器、外圍設備為機床主軸、研磨棒和卡盤。
[0008]所述安裝基板為一塊矩形平面板材；
[0009]所述浮動卡具在研磨加工過程中根據(jù)所裝卡工件受力情況，自適應的微量調整工件位置，使得工件的被研磨表面與研磨棒端面處于重合狀態(tài)；
[0010]所述卡具支架具有三個互相垂直的平面，其中兩個互相垂直的平面是與三軸力傳感器實現(xiàn)連接的安裝平面；
[0011]其整體連接關系為:所述側板和底板均垂直固定連接在安裝基板的一側表面上，側板和底板所在的兩個平面也互相垂直；兩個三軸力傳感器分別固定安裝在側板和底板相對一側的表面上，單軸力傳感器固定安裝在安裝基板上且位于側板和底板的合圍范圍內；所述卡具支架通過其兩個安裝平面分別與兩個三軸力傳感器固定連接，另一個平面與單軸力傳感器之間留有間隙；所述浮動卡具連接在卡具支架內部，上述組件整體通過安裝基板連接在移動滑臺上。
[0012]進一步的，所述側板和底板為L型結構，通過L型結構的水平部分作為連接結構與安裝基板實現(xiàn)連接。
[0013]進一步的，所述浮動卡具包括水平調整塊、垂直旋轉軸、堵塊壓緊螺釘、堵塊、垂直調整塊、水平旋轉軸、浮動卡具安裝基座、垂直浮動框、水平浮動框、夾緊塊、擋塊和擋塊壓緊螺釘，擋塊壓緊螺釘和堵塊壓緊螺釘分別從水平和豎直方向穿過垂直浮動框，同時通過擋塊和堵塊對工件實現(xiàn)水平和豎直兩個方向的夾緊，夾緊塊固定連接在垂直浮動框上且對工件實現(xiàn)法向的夾緊；垂直浮動框通過垂直旋轉軸活動安裝在水平浮動框內部，垂直浮動框上固定連接有垂直調整塊，垂直調整塊與水平浮動框之間連接有彈簧，通過彈簧的柔性來調節(jié)垂直浮動框繞垂直旋轉軸轉動的角度，從而實現(xiàn)了工件繞垂直旋轉軸的柔性轉動；水平浮動框通過水平旋轉軸活動連接在浮動卡具安裝基座上，水平調整塊固定連接在水平浮動框上，整個浮動卡具通過浮動卡具安裝基座固定在卡具支架上面，水平調整塊與卡具支架之間連接有彈簧，通過彈簧的柔性來調節(jié)水平浮動框繞水平旋轉軸轉動的角度，從而實現(xiàn)了工件繞水平旋轉軸的柔性轉動。
[0014]兩個三軸力傳感器是研磨力測量的主要器件，全部研磨力通過工件、浮動卡具和卡具支架直接作用在了兩個三軸力傳感器上，由此實現(xiàn)了對研磨力的高精度直接測量，將兩個三軸力傳感器的坐標系下三個方向的分量在測量系統(tǒng)坐標系統(tǒng)里進行疊加，由此得到工件所受X、Y、Z三個方向研磨力的大?。粏屋S力傳感器是為了防止過大的法向研磨力對兩個三軸力傳感器造成損壞而添加的輔助力傳感器，在研磨加工的過程中，控制滑臺的位置即可控制工件的位置，控制機床主軸的轉速即可控制裝卡在卡盤上研磨棒的轉速，使研磨棒對工件進行加工。在研磨加工過程中，將上述力傳感器的輸出信號進過放大、濾波等處理過程后儲存并實時顯示，即可進行研磨力的實時測量。
[0015]有益效果:
[0016]1、本發(fā)明能夠實現(xiàn)同時對三個方向研磨力的直接測量，具有結構簡單易行、測量精度高、與實際研磨力一致性好、測量效率高、測量范圍廣等特點，能夠滿足精密微細結構件加工過程中研磨力測量的要求，具有很強的適用性，為高質量的研磨加工提供了技術保障。
[0017]2、本發(fā)明在安裝基板設置了單軸力傳感器，并將卡具支架與單軸力傳感器之間留有間隙，能夠防止過大的法向研磨力對兩個三軸力傳感器造成損壞，并且還能夠準確的得到該方向上研磨力大小的直觀數(shù)據(jù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的整體結構示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明各個力傳感器及整個測量系統(tǒng)坐標系之間的關系示意圖；
[0020]圖3為本發(fā)明中浮動卡具的結構示意圖。
[0021 ] 其中，1、機床主軸，2、側板，3、工件，4、浮動卡具，5、移動滑臺，6、安裝基板，7、單軸力傳感器，8、卡具支架,9、一號三軸力傳感器,10、底板,11、二號三軸力傳感器,12、研磨棒，13、卡盤，14、水平調整塊，15、垂直旋轉軸，16、堵塊壓緊螺釘，17、堵塊，18、垂直調整塊，19、水平旋轉軸，20、浮動卡具安裝基座，21、垂直浮動框，22、水平浮動框，23、夾緊塊，24擋塊，25擋塊壓緊螺釘。

【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。
[0023]如附圖1和2所示，本發(fā)明的研磨力高精度測量裝置包括安裝基板6、側板2、底板
10、浮動卡具4、移動滑臺5、單軸力傳感器7、卡具支架8、一號三軸力傳感器9和二號三軸力傳感器11、外圍設備為機床主軸1、研磨棒12和卡盤13。
[0024]所述安裝基板6為一塊矩形平面板材；
[0025]所述浮動卡具4在研磨加工過程中根據(jù)所裝卡工件3受力情況，自適應的微量調整工件位置，使得工件3的被研磨表面與研磨棒端面處于重合狀態(tài)；
[0026]所述卡具支架8具有三個互相垂直的平面，其中兩個互相垂直的平面是與三軸力傳感器實現(xiàn)連接的安裝平面；
[0027]其整體連接關系為:所述側板2和底板10均垂直固定連接在安裝基板6的一側表面上，側板2和底板10所在的兩個平面也互相垂直，所述側板2和底板10為L型結構，通過L型結構的水平部分作為連接結構與安裝基板6實現(xiàn)連接；一號三軸力傳感器9和二號三軸力傳感器11分別固定安裝在側板2和底板10相對一側的表面上，單軸力傳感器7固定安裝在安裝基板6上且位于側板2和底板10的合圍范圍內；所述卡具支架8通過其兩個安裝平面分別與一號三軸力傳感器9和二號三軸力傳感器11固定連接，另一個平面與單軸力傳感器7之間留有間隙；所述浮動卡具4固定連接在卡具支架8內部，上述組件整體通過安裝基板6連接在移動滑臺5上。
[0028]如附圖3所示，所述浮動卡具包括水平調整塊14、垂直旋轉軸15、堵塊壓緊螺釘16、堵塊17、垂直調整塊18、水平旋轉軸19、浮動卡具安裝基座20、垂直浮動框21、水平浮動框22、夾緊塊23、擋塊24和擋塊壓緊螺釘25，擋塊壓緊螺釘25和堵塊壓緊螺釘16分別從水平和豎直方向穿過垂直浮動框21，同時通過擋塊24和堵塊17對工件3實現(xiàn)水平和豎直兩個方向的夾緊，夾緊塊23固定連接在垂直浮動框21上且對工件3實現(xiàn)法向的夾緊；垂直浮動框21通過垂直旋轉軸15活動安裝在水平浮動框22內部，垂直浮動框21上固定連接有垂直調整塊18，垂直調整塊18與水平浮動框22之間連接有彈簧，通過彈簧的柔性來調節(jié)垂直浮動框21繞垂直旋轉軸15轉動的角度，從而實現(xiàn)了工件3繞垂直旋轉軸15的柔性轉動；水平浮動框22通過水平旋轉軸19活動連接在浮動卡具安裝基座20上，水平調整塊14固定連接在水平浮動框22上，整個浮動卡具4通過浮動卡具安裝基座20固定在卡具支架8上面，水平調整塊14與卡具支架8之間連接有彈簧，通過彈簧的柔性來調節(jié)水平浮動框22繞水平旋轉軸19轉動的角度，從而實現(xiàn)了工件3繞水平旋轉軸19的柔性轉動。
[0029]工作過程和原理:機床主軸I帶動夾持研磨棒12的卡盤13轉動由研磨棒12對工件3表面進行研磨，工件3由浮動卡具4夾持，通過移動滑臺5的位移來改變工件3相對于研磨棒12的位置來實現(xiàn)研磨加工。工件3所受到的研磨力在X、Y、Z三個方向的分量，分別等于各個傳感器在相應方向上分量之和。由此得到在測量系統(tǒng)坐標系中，工件3所受研磨力與各個傳感器各向輸出力的關系為:
[0030]
~ fχ- 一號三軸力傳感器+t- 二號三軸力傳感器' Fy = Λ— —號三軸力傳感器十/r— 二號三軸力傳感器(I )
Fz = fz— 一號三軸力傳感器+/z- 二號三軸力傳感器+/單軸力傳感器
[0031]其中FX、FY、FZ分別為在測量系統(tǒng)坐標系中，工件所受研磨力在X軸、Y軸和Z軸方向的分量；Fx--號三軸力傳感器、Fy-一號三軸力傳感器、Fz--號三軸力傳感器分別為一號二軸力傳感器在其自身坐標系中X、Y、Z 二個方向的輸出值；FX_二號三軸力傳感器、FY_二號三軸力傳感器、Fz_二號三軸力傳感器分別為一號三軸力傳感器在其自身坐標系中X、Y、Z三個方向的輸出值！Fifl軸力傳_即為單軸力傳感器在自身坐標系Z軸方向的測得值。將傳感器直接測量得到的輸出值FY_—e
軸力傳感器、Fz-—號三軸力傳感器、Fx-二號三軸力傳感器、Fy-二號三軸力傳感器、Fz-二號三軸力傳感器、F單軸力傳感器?7T?$ (I)
所示的處理，即可得到工件所示研磨力在X、Y、Z三個方向的分量。
[0032]綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種研磨力高精度測量裝置，其特征在于，包括:安裝基板(6)、側板(2)、底板(10)、浮動卡具(4)、移動滑臺(5)、單軸力傳感器(7)、卡具支架(8)、一號三軸力傳感器(9)和二號三軸力傳感器(11)、外圍設備為機床主軸(I)、研磨棒(12)和卡盤(13)。 所述安裝基板(6)為一塊矩形平面板材； 所述浮動卡具(4)在研磨加工過程中根據(jù)所裝卡工件(3)受力情況，自適應的調整工件位置，使得工件(3)的被研磨表面與研磨棒端面處于重合狀態(tài)； 所述卡具支架(8)具有三個互相垂直的平面,其中兩個互相垂直的平面是與一號三軸力傳感器(9)和二號三軸力傳感器(11)實現(xiàn)連接的安裝平面； 其整體連接關系為:所述側板(2)和底板(10)均垂直固定連接在安裝基板￠)的一側表面上，側板(2)和底板(10)所在的兩個平面也互相垂直；一號三軸力傳感器(9)和二號三軸力傳感器(11)分別固定安裝在側板(2)和底板(10)相對一側的表面上,單軸力傳感器(7)固定安裝在安裝基板(6)上且位于側板(2)和底板(10)的合圍范圍內；所述卡具支架(8)通過其兩個安裝平面分別與一號三軸力傳感器(9)和二號三軸力傳感器(11)固定連接，另一個平面與單軸力傳感器(7)之間留有間隙；所述浮動卡具(4)連接在卡具支架(8)內部，上述組件整體通過安裝基板(6)連接在移動滑臺(5)上。
2.如權利要求1所述的研磨力高精度測量裝置，其特征在于，所述浮動卡具(4)包括水平調整塊(14)、垂直旋轉軸(15)、堵塊壓緊螺釘(16)、堵塊(17)、垂直調整塊(18)、水平旋轉軸(19)、浮動卡具安裝基座(20)、垂直浮動框(21)、水平浮動框(22)、夾緊塊(23)、擋塊(24)和擋塊壓緊螺釘(25)，擋塊壓緊螺釘(25)和堵塊壓緊螺釘(16)分別從水平和豎直方向穿過垂直浮動框(21)，同時通過擋塊(24)和堵塊(17)對工件(3)實現(xiàn)水平和豎直兩個方向的夾緊，夾緊塊(23)固定連接在垂直浮動框(21)上且對工件(3)實現(xiàn)法向的夾緊；垂直浮動框(21)通過垂直旋轉軸(15)活動安裝在水平浮動框(22)內部，垂直浮動框(21)上固定連接有垂直調整塊(18)，垂直調整塊(18)與水平浮動框(22)之間連接有彈簧，通過彈簧的柔性來調節(jié)垂直浮動框(21)繞垂直旋轉軸(15)轉動的角度；水平浮動框(22)通過水平旋轉軸(19)活動連接在浮動卡具安裝基座(20)上，水平調整塊(14)固定連接在水平浮動框(22)上，整個浮動卡具(4)通過浮動卡具安裝基座(20)固定在卡具支架(8)上面，水平調整塊(14)與卡具支架(8)之間連接有彈簧，通過彈簧的柔性來調節(jié)水平浮動框(22)繞水平旋轉軸(19)轉動的角度。
3.如權利要求1所述的研磨力高精度測量裝置，其特征在于，所述側板2和底板(10)為L型結構，通過L型結構的水平部分作為連接結構與安裝基板(6)實現(xiàn)連接。
【文檔編號】B24B49/00GK104128883SQ201410367677
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月29日 優(yōu)先權日:2014年7月29日
【發(fā)明者】金鑫, 秦廷海, 張之敬, 葉鑫, 肖木錚 申請人:北京理工大學