一種基于力反饋的撓性接頭細(xì)頸研磨及測(cè)量一體化裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微細(xì)加工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]撓性接頭細(xì)頸對(duì)尺寸形狀精度和表面質(zhì)量的嚴(yán)格要求使得其加工難度非常高，國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有對(duì)撓性接頭進(jìn)行精密研磨加工和測(cè)量的專用設(shè)備，研磨與測(cè)量分別在普通精度的設(shè)備上進(jìn)行，難以保證一次加工后零件尺寸的一致性。當(dāng)前撓性接頭的研磨加工主要依靠手工研磨，，對(duì)研磨去除量無(wú)法精確地定量控制，所以迫切需要一種適用于微小尺度細(xì)頸研磨的裝置及測(cè)量方法。
[0003]國(guó)內(nèi)外對(duì)于微小孔的光整加工主要包括磁力研磨、磨料射流、以及各種形狀的研磨桿直接研磨，其中磁力研磨需要構(gòu)成數(shù)對(duì)磁極，這對(duì)于微小的接頭來(lái)說(shuō)難于實(shí)現(xiàn)。同樣，磨料射流方式需要將旋轉(zhuǎn)噴嘴深入孔的內(nèi)部，而接頭的孔徑只有2_左右，并且這兩種方式均沒(méi)有對(duì)磨料進(jìn)行有效約束，在孔的邊緣的去除量與中部有差異，導(dǎo)致加工后形狀誤差變大。使用研磨桿將磨料擠壓在內(nèi)孔表面可以保證均勻去除，但是這對(duì)研磨桿與內(nèi)孔的定位要求更加嚴(yán)格，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)撓性接頭專用研磨裝置研制的報(bào)道。
[0004]實(shí)際生產(chǎn)中無(wú)法做到一次裝夾完成所有加工，因此孔徑及孔的方位測(cè)量是很重要的環(huán)節(jié)，接頭測(cè)量主要有基于顯微視覺(jué)的圖像處理方法和探針接觸法，圖像處理的方法只能對(duì)接頭外部的尺寸如細(xì)頸厚度進(jìn)行測(cè)量，無(wú)法測(cè)得孔的方位。接觸式測(cè)量需要專門(mén)的電測(cè)頭配套信號(hào)采集處理裝置，裝置較復(fù)雜，但是對(duì)內(nèi)孔的測(cè)量策略具有借鑒意義。
[0005]在研磨裝置上安裝力或力矩傳感器可以實(shí)現(xiàn)研磨力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，傳感器的設(shè)計(jì)和布置是首先要考慮的問(wèn)題。文獻(xiàn)中的力傳感器反饋控制裝置中設(shè)計(jì)的測(cè)力裝置往往僅有一維的傳感器，而撓性接頭圓孔的復(fù)雜性要求其至少具有兩個(gè)方向的測(cè)量自由度，給傳感器的設(shè)計(jì)帶來(lái)難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是解決撓性接頭零件難加工，且不能在加工過(guò)程中測(cè)量力的問(wèn)題，提出了一種基于力反饋的撓性接頭細(xì)頸研磨及測(cè)量一體化裝置。
[0007]—種基于力反饋的撓性接頭細(xì)頸研磨及測(cè)量一體化裝置，它包括研磨主軸及測(cè)力模塊1、主軸安裝座2、垂直運(yùn)動(dòng)軸3、大理石立柱4、大理石底座5、XY正交精密位移臺(tái)6、直驅(qū)分度模塊7、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及電源模塊8、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)9、運(yùn)動(dòng)控制卡10、數(shù)據(jù)采集卡11和動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀12 ;
[0008]研磨主軸及測(cè)力模塊1固定在主軸安裝座2上，主軸安裝座2安裝在垂直運(yùn)動(dòng)軸3上，且沿垂直運(yùn)動(dòng)軸3上下運(yùn)動(dòng)；垂直運(yùn)動(dòng)軸3固定在大理石立柱4上，且沿大理石立柱4垂直運(yùn)動(dòng)；大理石立柱4位于大理石底座5上，且二者之間通過(guò)大理石底座和大理石立柱內(nèi)部鑲嵌的Τ形槽及Τ型螺釘連接；
[0009]ΧΥ正交精密位移臺(tái)6位于大理石底座5上，且ΧΥ正交精密位移臺(tái)6控制大理石立柱4沿大理石底座5X軸和Y軸滑動(dòng)；XY正交精密位移臺(tái)6位于大理石立柱4的前方；
[0010]直驅(qū)分度模塊7位于ΧΥ正交精密位移臺(tái)6上，且直驅(qū)分度模塊7位于研磨主軸及測(cè)力模塊1下方；
[0011]伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及電源模塊8的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端同時(shí)與研磨主軸及測(cè)力模塊1的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端、垂直運(yùn)動(dòng)軸3的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端、ΧΥ正交精密位移臺(tái)6驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端、直驅(qū)分度模塊7驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端連接；
[0012]研磨主軸及測(cè)力模塊1的測(cè)力信號(hào)輸入輸出端連接動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀12的測(cè)力信號(hào)輸出輸入端；研磨主軸及測(cè)力模塊1的接觸力信號(hào)輸入輸出端連接動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀12的接觸力信號(hào)輸出輸入端；動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀12的力信號(hào)輸入輸出端連接數(shù)據(jù)采集卡11的力信號(hào)輸出輸入端；數(shù)據(jù)采集卡11的力信號(hào)輸入輸出端通過(guò)PCI總線連接工業(yè)控制計(jì)算機(jī)9的力信號(hào)輸出輸入端；工業(yè)控制計(jì)算機(jī)9的控制信號(hào)輸入輸出端通過(guò)PCI總線連接運(yùn)動(dòng)控制卡10的控制信號(hào)輸出輸入端；運(yùn)動(dòng)控制卡10的控制信號(hào)輸入輸出端與伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及電源模塊8的控制信號(hào)輸出輸入端連接。
[0013]研磨主軸及測(cè)力模塊1包括四片X方向電阻應(yīng)變片1-1、傳感器彈性體1-2、主軸驅(qū)動(dòng)用伺服電機(jī)1-3、增量式編碼器1-4、主軸支座1-5、聯(lián)軸機(jī)構(gòu)1-6、傳感器安裝螺釘1-7、高精度回轉(zhuǎn)主軸1-8、主軸夾緊軸套1-9、研磨工具1-10、彈簧夾頭1-11、主軸緊定螺釘1-12、四片Y方向電阻應(yīng)變片1-13和坐標(biāo)測(cè)針1-14 ；
[0014]X方向電阻應(yīng)變片1-1和Y方向電阻應(yīng)變片1-13作為研磨主軸及測(cè)力模塊1的測(cè)力信號(hào)輸入輸出端連接動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀12的測(cè)力信號(hào)輸出輸入端；
[0015]增量式編碼器1-4與主軸驅(qū)動(dòng)用伺服電機(jī)1-3的后端同軸連接，主軸驅(qū)動(dòng)用伺服電機(jī)1-3的前端通過(guò)螺釘固定在聯(lián)軸機(jī)構(gòu)1-6的上端面上，聯(lián)軸機(jī)構(gòu)1-6的下端面與高精度回轉(zhuǎn)主軸1-8的一端螺紋連接；
[0016]傳感器彈性體1-2為中空結(jié)構(gòu)，高精度回轉(zhuǎn)主軸1-8位于傳感器彈性體1-2內(nèi)部，且高精度回轉(zhuǎn)主軸1-8與傳感器彈性體1-2的內(nèi)壁之間設(shè)置有1_的間隙；傳感器彈性體1-2通過(guò)四個(gè)傳感器安裝螺釘1-7安裝于主軸支座1-5上；主軸支座1-5的豎直面上開(kāi)有四個(gè)沉頭孔，用于與外部進(jìn)行支撐固定；
[0017]主軸夾緊軸套1-9為薄壁軸套結(jié)構(gòu)，其一側(cè)開(kāi)有通槽，主軸緊定螺釘1-12放置于該通槽內(nèi)；主軸夾緊軸套1-9位于高精度回轉(zhuǎn)主軸1-8和傳感器彈性體1-2之間的間隙內(nèi)，并由主軸緊定螺釘1-12鎖緊；
[0018]彈簧夾頭1-11的一端與高精度回轉(zhuǎn)主軸1-8的另一端螺紋連接；研磨工具1-10的頂端深入彈簧夾頭1-11內(nèi)，且由彈簧夾頭1-11夾緊；
[0019]四片X方向電阻應(yīng)變片1-1均粘貼于傳感器彈性體1-2的下半部分的兩個(gè)側(cè)面上，每個(gè)側(cè)面的中間位置各粘貼兩片；
[0020]四片Y方向電阻應(yīng)變片1-13均粘貼于傳感器彈性體1-2的上半部分的兩個(gè)側(cè)面上，每個(gè)側(cè)面的中間位置各粘貼兩片；
[0021]坐標(biāo)測(cè)針1-14位于彈簧夾頭1-11內(nèi)，且由彈簧夾頭1-11夾緊；坐標(biāo)測(cè)針1_14與研磨工具1-10之間的距離為3mm?5mm ;坐標(biāo)測(cè)針1_14用于測(cè)量撓性接頭的細(xì)頸尺寸、方位及接觸力的大小，并將撓性接頭的細(xì)頸尺寸、方位及接觸力的大小發(fā)送至動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀12。
[0022]傳感器彈性體1-2包括X方向一號(hào)梁1-2-1、X方向二號(hào)梁1_2_2、一號(hào)螺紋孔1-2-3、沿X方向的通槽1-2-4、二號(hào)螺紋孔1-2-5、Y方向一號(hào)梁1_2_6、沿Y方向的通槽1-2-7、Y方向二號(hào)梁1-2-8、薄壁1-2-9、通孔1-2-10、U型工藝槽口 1-2-11 ；
[0023]傳感器彈性體1-2上沿兩個(gè)相鄰的豎直面上切割出通槽，分別為沿X方向的通槽1-2-4和沿Y方向的通槽1-2-7 ;通槽與傳感器彈性體1-2的外表面距離最近的位置形成厚度為0.5mm的薄壁1-2-9 ；
[0024]沿X方向的通槽1-2-4與傳感器彈性體1-2的體身構(gòu)成兩個(gè)梁，分別為X方向一號(hào)梁1-2-1和X方向二號(hào)梁1-2-2，且兩個(gè)梁相互平行，構(gòu)成X方向的平行梁結(jié)構(gòu)；
[0025]沿Y方向的通槽1-2-7與傳感器彈性體1-2的體身構(gòu)成兩個(gè)梁，分別為Y方向一號(hào)梁1-2-6和Y方向二號(hào)梁1-2-8，且兩個(gè)梁相互平行，構(gòu)成Y方向的平行梁結(jié)構(gòu)；
[0026]傳感器彈性體1-2的底部加工有兩個(gè)U型工藝槽口 1-2-11，用于粘貼X方向電阻應(yīng)變片1-1和Y方向電阻應(yīng)變片1-13 ;
[0027]傳感器彈性體1-2中間開(kāi)有通孔1-2-10，用于安裝高精度回轉(zhuǎn)主軸1_8 ;
[0028]傳感器彈性體1-2的側(cè)面開(kāi)有一號(hào)螺紋孔1-2-3，用于安裝傳感器安裝螺釘1_7 ;
[0029]傳感器彈性體1-2的底面開(kāi)有二號(hào)螺紋孔1-2-5，用于安裝主軸緊定螺釘1_12。
[0030]XY正交精密位移臺(tái)6包括上平臺(tái)6-1、X方向防塵罩6-2、Y方向防塵罩6-3、線纜拖鏈6-4、兩個(gè)滾珠絲杠及支撐座6-5、光柵尺及讀數(shù)頭6-6、中平臺(tái)6-7、Y方向直線導(dǎo)軌滑塊6-8、光電接近限位開(kāi)關(guān)6-9、Υ方向伺服電機(jī)6-10、兩根Υ方向直線導(dǎo)軌6-11、底板6-12、X方向伺服電機(jī)6-13、X方向直線導(dǎo)軌滑塊6-14和兩根X方向直線導(dǎo)軌6-15 ；
[0031]上平臺(tái)6-1位于X方向直線導(dǎo)軌滑塊6-14上；
[0032]X方向直線導(dǎo)軌滑塊6-14位于X方向直線導(dǎo)軌6-15上，且沿X方向直線導(dǎo)軌6-15滑動(dòng)；兩根X方向直線導(dǎo)軌6-15平行于X軸設(shè)置，且安裝于中平臺(tái)6-7上；
[0033]中平臺(tái)6-7位于Υ方向直線導(dǎo)軌滑塊6-8上；
[0034]Υ方向直線導(dǎo)軌滑塊6-8位于Υ方向直線導(dǎo)軌6-11上，且沿Υ方向直線導(dǎo)軌6_11滑動(dòng)；兩根Υ方向直線導(dǎo)軌6-11平行于Υ軸設(shè)置，且安裝于底板6-12上；
[0035]X方向伺服電機(jī)6-13和一個(gè)滾珠絲杠及支撐座6-5均位于中平臺(tái)6_7和上平臺(tái)6-1之間；Χ方向伺服電機(jī)6-13通過(guò)膜片式彈性聯(lián)軸器與一個(gè)滾珠絲杠及支撐座6-5同軸連接，用于驅(qū)動(dòng)中平臺(tái)6-7沿X方向直線運(yùn)動(dòng)；
[0036]Υ方向伺服電機(jī)6-10和另一個(gè)滾珠絲杠及支撐座6-5均位于中平臺(tái)6_7和底座6-12之間；Υ方向伺服電機(jī)6-10通過(guò)膜片式彈性聯(lián)軸器與另一個(gè)滾珠絲杠及支撐座6-5