專利名稱：一種基于負(fù)剛度原理的磨削工藝系統(tǒng)剛度補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于負(fù)剛度原理的磨削工藝系統(tǒng)剛度補(bǔ)償機(jī) 構(gòu)，主要解決磨削工藝系統(tǒng)剛性不足導(dǎo)致的彈性變形量而無(wú)法精密控制微小磨削用量以實(shí) 現(xiàn)塑性域磨削的問(wèn)題。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，生產(chǎn)力的快速發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品材料 的性能要求不斷提高，如耐高溫、抗腐蝕、耐磨損、高硬度等。因此出現(xiàn)了工程陶瓷這種新 型材料，其性能明顯不同于普通的陶瓷材料。工程陶瓷是一種新型的硬脆材料，它具有高硬 度、耐高溫、優(yōu)異的耐磨損、耐腐蝕以及重量輕等特點(diǎn)，因此在航空航天、電子電器、汽車以 及制造領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。目前，工程陶瓷已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的重要組成部分，受到 及其廣泛的重視。但是因?yàn)楣こ烫沾刹牧嫌泊嘈裕ハ髁Ρ却蠛蜋C(jī)床剛度等因素的影響，工 程陶瓷材料的磨削加工存在很多困難。而且在磨削加工過(guò)程中，砂輪與工件之間會(huì)產(chǎn)生相互作用力，加上磨削系統(tǒng)剛度 不足，導(dǎo)致磨削系統(tǒng)的彈性變形對(duì)工程陶瓷磨削有很大影響。為了降低由彈性變形引起的 工件加工誤差，改善磨削質(zhì)量，就需要對(duì)磨削系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在線剛度補(bǔ)償。為了達(dá)到補(bǔ)償磨削工藝系統(tǒng)剛性不足導(dǎo)致的彈性變形量，一方面需要精密測(cè)量磨 削工藝系統(tǒng)在三個(gè)彈性變形方向上的剛度，一方面要在線測(cè)量負(fù)剛度機(jī)構(gòu)所受外力，并通 過(guò)控制壓電晶體輸出位移使之在三個(gè)方向上的剛度大小和磨削工藝系統(tǒng)剛度相等，方向相 反。而上述基于負(fù)剛度原理的磨削工藝系統(tǒng)剛度補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，可以主動(dòng)調(diào)整工作臺(tái)剛度 以補(bǔ)償磨削工藝系統(tǒng)彈性變形，提高磨削系統(tǒng)剛度，保證工程陶瓷的塑性磨削加工及尺寸 精度，提高磨削質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述磨削系統(tǒng)的剛度不足問(wèn)題，提供一種基于負(fù)剛度原理 的磨削工藝系統(tǒng)剛度補(bǔ)償機(jī)構(gòu)?！N基于負(fù)剛度原理的磨削工藝系統(tǒng)剛度補(bǔ)償機(jī)構(gòu)包括底座1，下柔性環(huán)2，上 柔性環(huán)3，主體4，動(dòng)平臺(tái)5，柔性聯(lián)接件6和各種緊固螺栓。其特征在于下柔性環(huán)2通過(guò)三 個(gè)支撐點(diǎn)放置在底座1上，底座1、下柔性環(huán)2和主體4通過(guò)內(nèi)六角緊固螺栓連接。三個(gè)壓 電陶瓷驅(qū)動(dòng)器分別通過(guò)內(nèi)六角緊固螺栓固定在下柔性環(huán)2上，上端通過(guò)螺紋副與柔性聯(lián)接 件6相連。上柔性環(huán)3通過(guò)三個(gè)支撐點(diǎn)放置在主體4上端，并通過(guò)內(nèi)六角螺栓與主體4緊 固連接。上柔性環(huán)3和動(dòng)平臺(tái)5通過(guò)內(nèi)六角螺栓與柔性聯(lián)接件6緊固連接。底座1固定在 磨床工作臺(tái)上。所述一種基于負(fù)剛度原理的磨削工藝系統(tǒng)剛度補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，通過(guò)調(diào)整三個(gè)自由度方 向的輸出位移量來(lái)產(chǎn)生負(fù)剛度效應(yīng)，從而補(bǔ)償磨削工藝系統(tǒng)因剛性不住導(dǎo)致的彈性變形。采用的柔性環(huán)并聯(lián)機(jī)構(gòu)較一般柔性并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)更加緊湊，一個(gè)彈性元件可以同時(shí)執(zhí)行Z 方向，繞Χ，γ軸方向三個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)控制。通過(guò)應(yīng)變片測(cè)量下柔性環(huán)2的應(yīng)變值，得到壓 電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的輸出力，從而對(duì)結(jié)構(gòu)的可控剛度部件的負(fù)剛度進(jìn)行調(diào)控以補(bǔ)償磨削工藝系 統(tǒng)剛性不足產(chǎn)生的彈性變形量。本發(fā)明具有的有益作用是本發(fā)明通過(guò)壓電驅(qū)動(dòng)器輸出力大小來(lái)調(diào)整三個(gè)自由度方向的輸出位移量來(lái)產(chǎn)生 負(fù)剛度效應(yīng)，從而補(bǔ)償磨削工藝系統(tǒng)因剛性不住導(dǎo)致的彈性變形。采用的柔性環(huán)并聯(lián)機(jī)構(gòu) 較一般柔性并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)更加緊湊，一個(gè)彈性元件可以同時(shí)執(zhí)行Z方向，繞X，Y軸方向三 個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)控制。通過(guò)應(yīng)變片測(cè)量下柔性環(huán)2的應(yīng)變值，得到壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的輸出 力，從而對(duì)結(jié)構(gòu)的可控剛度部件的負(fù)剛度進(jìn)行在線調(diào)控以補(bǔ)償磨削工藝系統(tǒng)剛性不足產(chǎn)生 的彈性變形量。該結(jié)構(gòu)可以在磨削過(guò)程中對(duì)磨削系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)剛度補(bǔ)償，提高工件的磨削質(zhì)量。


圖1本發(fā)明剛度補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖圖2本發(fā)明剛度補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的俯視3本發(fā)明剛度補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的側(cè)視4本發(fā)明剛度補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的局部結(jié)構(gòu)5本發(fā)明在磨床中應(yīng)用示意圖如圖1所示1底座，2下柔性環(huán)，3上柔性環(huán)，4主體，5動(dòng)平臺(tái)，6柔性聯(lián)接件，7壓 電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，8應(yīng)變片黏貼位置
具體實(shí)施例方式本發(fā)明為一種補(bǔ)償磨削加工系統(tǒng)剛度的結(jié)構(gòu)。如圖1、圖2、圖3、圖4所示，對(duì)本發(fā) 明而言，工作臺(tái)的尺寸為Φ 130X 145mm3，壓電驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)為最大推力3000N，軸向剛度 200Ν/μπι。動(dòng)平臺(tái)下表面通過(guò)三個(gè)支點(diǎn)與上柔性環(huán)及柔性聯(lián)接件通過(guò)螺栓連接。上柔性環(huán) 可以同時(shí)執(zhí)行三個(gè)方向自由度的運(yùn)動(dòng)控制，其固定在主體外圈三個(gè)伸出位置上。柔性聯(lián)接 件可以防止過(guò)大彎矩作用在壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器上。壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器固定在下柔性環(huán)上，通過(guò) 螺栓連接，上端與聯(lián)接件通過(guò)螺紋連接。下柔性環(huán)上在固定壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的位置兩側(cè)黏 貼有應(yīng)變片以測(cè)量壓電驅(qū)動(dòng)器輸出力。如圖5所示，補(bǔ)償機(jī)構(gòu)固定在磨床工作臺(tái)上，其上固定工件。壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器和應(yīng) 變片分別通過(guò)驅(qū)動(dòng)電源和應(yīng)變儀與計(jì)算機(jī)連接。計(jì)算機(jī)控制壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源的輸出電 壓，驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器伸長(zhǎng)，通過(guò)調(diào)節(jié)三個(gè)驅(qū)動(dòng)器輸出的電壓值可以使上柔性環(huán)在Z方 向，繞X，Y方向三個(gè)自由度上產(chǎn)生變形例如在三個(gè)驅(qū)動(dòng)器的電壓同時(shí)從OV到100V的過(guò)程 中，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器Z方向伸長(zhǎng)量由17.9 μ m到46.8 μ m，并有明顯的線性關(guān)系，同時(shí)壓電陶 瓷驅(qū)動(dòng)器把伸長(zhǎng)量反饋回計(jì)算機(jī)，而且由應(yīng)變片測(cè)量得到的下柔性環(huán)的應(yīng)變值，經(jīng)應(yīng)變儀 進(jìn)入計(jì)算機(jī)，從而根據(jù)應(yīng)變和力的關(guān)系得到壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的輸出力，最終得到輸出位移 量和輸出力關(guān)系來(lái)產(chǎn)生負(fù)剛度效應(yīng)，補(bǔ)償磨削工藝系統(tǒng)因剛性不住導(dǎo)致的彈性變形。實(shí)現(xiàn) 對(duì)結(jié)構(gòu)的可控剛度部件的負(fù)剛度進(jìn)行調(diào)控以補(bǔ)償磨削工藝系統(tǒng)剛性不足產(chǎn)生的彈性變形 量。
在針對(duì)不同的磨削工藝系統(tǒng)進(jìn)行剛度補(bǔ)償時(shí)，首先對(duì)磨削工藝系統(tǒng)在三個(gè)自由度 方向上的剛度進(jìn)行測(cè)量，以測(cè)量值為控制目標(biāo)值，通過(guò)控制剛度可控磨削工作臺(tái)使之產(chǎn)生 與磨床三個(gè)自由度方向上剛度大小相等和方向相反的負(fù)剛度，以補(bǔ)償磨削加工過(guò)程中磨床 因受磨削力作用在該三個(gè)自由度方向上剛度不足導(dǎo)致的彈性變形。
權(quán)利要求
1.一種基于負(fù)剛度原理的磨削工藝系統(tǒng)剛度補(bǔ)償機(jī)構(gòu)包括底座(1)，下柔性環(huán)0)， 上柔性環(huán)(3)，主體0)，動(dòng)平臺(tái)(5)，柔性聯(lián)接件(6)和緊固螺栓，其特征在于下柔性環(huán) (2)通過(guò)三個(gè)支撐點(diǎn)放置在底座(1)上，底座(1)、下柔性環(huán)( 和主體(4)通過(guò)內(nèi)六角緊 固螺栓連接；三個(gè)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器分別通過(guò)內(nèi)六角緊固螺栓固定在下柔性環(huán)( 上，上端 通過(guò)螺紋副與柔性聯(lián)接件(6)相連；上柔性環(huán)( 通過(guò)三個(gè)支撐點(diǎn)放置在主體(4)上端，并 通過(guò)內(nèi)六角螺栓與主體(4)緊固連接；上柔性環(huán)C3)和動(dòng)平臺(tái)( 通過(guò)內(nèi)六角螺栓與聯(lián)接 件緊固連接；在下柔性環(huán)( 上固定壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器位置的兩側(cè)黏貼應(yīng)變片，底座(1)固定 在磨床工作臺(tái)上。，
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述一種基于負(fù)剛度原理的磨削工藝系統(tǒng)剛度補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，其特征 在于通過(guò)應(yīng)變片測(cè)量下柔性環(huán)O)的應(yīng)變值，得到壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的輸出力，其輸出力與 壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的輸出變形量的關(guān)系產(chǎn)生負(fù)剛度效應(yīng)，從而對(duì)該結(jié)構(gòu)的剛度進(jìn)行主動(dòng)調(diào)控 獲取和機(jī)床剛度大小相等方向相反的負(fù)剛度以補(bǔ)償磨削工藝系統(tǒng)剛性不足產(chǎn)生的彈性變 形量；壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器可以同時(shí)執(zhí)行Z方向，繞X，Y軸方向三個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)控制。
全文摘要
本發(fā)明是一種基于負(fù)剛度原理的磨削工藝系統(tǒng)剛度補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，屬于機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域。該結(jié)構(gòu)是采用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器和柔性并聯(lián)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成的一種并聯(lián)三自由度的負(fù)剛度可控的精密磨削工作臺(tái)。它可以通過(guò)調(diào)整工作臺(tái)在三個(gè)自由度方向的輸出位移量和輸出力之比，即剛度以產(chǎn)生負(fù)剛度效應(yīng)，使該工作臺(tái)剛度大小和磨床剛度大小相等但方向相反，從而補(bǔ)償磨削工藝系統(tǒng)因剛性不足導(dǎo)致的彈性變形。該發(fā)明對(duì)于補(bǔ)償磨削加工系統(tǒng)受磨削力產(chǎn)生變形，保證磨削加工用量以實(shí)現(xiàn)塑性域磨削、磨削精度和質(zhì)量具有重要的應(yīng)用價(jià)值，并具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于控制的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B24B1/00GK102107375SQ20101057099
公開日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2010年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月26日
發(fā)明者張新云, 昝濤, 王民, 胡建忠, 胡磊 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)