專利名稱：恒定接觸壓力控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及對接觸壓力有要求的機械加工和測量領(lǐng)域，尤其是涉及一種可控制恒定接觸壓力的裝置。
在機械加工和測量中，有時需要對表面接觸壓力進(jìn)行準(zhǔn)確的控制。如模具形面拋光是許多模具生產(chǎn)的一道必不可少的工序，由于形腔表面多為三維曲面，形狀復(fù)雜，雖然有超聲波拋光裝置，但效果往往達(dá)不到要求，因此對于要求較高的模具，拋光多以手工完成。對于機械拋光，要達(dá)到理想的均勻效果，保持恒定的拋光壓力是必須的。在現(xiàn)有技術(shù)中，控制表面接觸壓力的方式是通過氣動或液壓驅(qū)動。氣動存在著氣壓源噪音較大的缺點，而液壓驅(qū)動則存在著滲漏污染的問題。
本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，而提供一種結(jié)構(gòu)簡單，精度高的恒定接觸壓力控制裝置。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的，一種恒定接觸壓力控制裝置，包括壓力位置信號讀出單元和驅(qū)動單元，所述驅(qū)動單元包括傳動機構(gòu)、電機和電機控制單元，其特征在于，所述壓力位置信號讀出單元包括壓桿，固定在壓桿一端的壓力彈簧，和壓桿位置傳感器；所述位置傳感器將壓桿的位置信號輸入電機控制單元，通過電機驅(qū)動傳動機構(gòu)，從而通過傳動機構(gòu)帶動壓桿移動。
在彈性限度內(nèi)，由于壓力彈簧的壓縮量與接觸壓力成線性關(guān)系，因此，可以將接觸壓力換算成彈簧的壓縮量和壓桿的位置，并通過控制壓桿的位置來實現(xiàn)準(zhǔn)確控制接觸壓力的目的。
實施本實用新型的恒定接觸壓力控制裝置，利用壓力彈簧和位置傳感器來準(zhǔn)確測知接觸壓力，并通過驅(qū)動機構(gòu)控制壓桿的位置，從而達(dá)到保持恒定接觸壓力的目的，結(jié)構(gòu)簡單，容易操作，可廣泛地應(yīng)用于機械加工和測量領(lǐng)域。
以下結(jié)合附圖和實施例，進(jìn)一步說明本實用新型的結(jié)構(gòu)和特點，附圖中

圖1是本實用新型恒定接觸壓力控制裝置的一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1所示的恒定接觸壓力控制裝置的部分放大示意圖。
如圖1和圖2所示，在本實用新型的一個實施例中，恒定接觸壓力控制裝置包括壓力位置信號讀出單元和驅(qū)動單元。
壓力位置信號讀出單元包括壓桿1、壓桿導(dǎo)套2、壓力彈簧4和高精度壓桿位置傳感器3。壓桿導(dǎo)套2為上端封閉，下端開口的圓柱形空腔。壓桿1、壓力彈簧4和高精度壓桿位置傳感器3均設(shè)置在壓桿導(dǎo)套2的內(nèi)部。其中，壓力彈簧4的上端固定在壓桿導(dǎo)套2的內(nèi)上端，壓力彈簧4的下端與壓桿1的上端相固定；壓桿導(dǎo)套2的下端螺設(shè)有堵頭21，堵頭21設(shè)有適合壓桿1穿過的中心孔22，中心孔22內(nèi)壁設(shè)有線性軸承，以便于壓桿1沿Z向滑動。壓桿1下端頭部安裝拋光頭用來對零件表面進(jìn)行拋光。位置傳感器3采用高精度的光學(xué)電子尺(商品件)，電子尺包括固定部分和運動部分，其中的運動部分固定安裝在壓桿1上，固定部分固定安裝在壓桿導(dǎo)套2的內(nèi)壁，這樣，就可以通過位置傳感器3精確地測知壓桿1相對于壓桿導(dǎo)套2的位移情況。
驅(qū)動單元包括螺母螺桿運動副、電機6和電機控制單元7。電機6采用步進(jìn)電機，固定安裝在機架上，電機6的轉(zhuǎn)軸與螺母螺桿運動副的螺桿51相固定，螺母螺桿運動副的螺母52與壓桿導(dǎo)套2的外上端相固定，而壓桿導(dǎo)套2的外壁設(shè)有豎槽，與固定在機架上的導(dǎo)向鍵8相配合，這樣，當(dāng)固定在電機6上的螺桿51轉(zhuǎn)動時，通過螺母螺桿副的傳動作用和導(dǎo)向鍵8的導(dǎo)向作用，就可以使壓桿導(dǎo)套2上下移動。
本實用新型的工作原理是壓桿1在接觸壓力F的作用下向內(nèi)壓縮彈簧4，位置傳感器3測量出壓桿1的位置，從而換算出彈簧的壓縮量和軸向(豎直方向)接觸壓力F。當(dāng)接觸壓力符合設(shè)定值時，電機6不工作；當(dāng)接觸壓力大于(或小于)設(shè)定值時，位置傳感器3給出位置的變化信號，將該信號反饋給電機驅(qū)動單元7，電機6通過螺母螺桿副帶動壓力位置信號讀出單元向上(或向下)移動，從而使接觸壓力恢復(fù)到設(shè)定值。
在使用時，將旋轉(zhuǎn)拋光頭固定在壓桿1的下端部，將本實用新型安裝在裝有兩維運動(X、Y)工作平臺的機架上，使壓桿1與Z軸平行。將被拋光零件置于工作平臺上，根據(jù)零件的表面硬度設(shè)定壓桿1與被拋光零件之間的接觸壓力，并換算出位置傳感器3對應(yīng)的輸出值。啟動步進(jìn)電機6，驅(qū)動壓桿導(dǎo)套2和壓桿1向下移動，隨著拋光頭與被拋光零件之間的接觸壓力的增加，壓桿1相對于壓桿導(dǎo)套2向上移動，壓桿1上部的壓力彈簧4被壓縮，位置傳感器3給出壓桿1的相對位置，當(dāng)位置傳感器3的輸出值達(dá)到設(shè)定值時，拋光開始。啟動工作平臺帶動被拋光零件作X、Y方向移動，壓桿1隨著被拋光零件的高度變化上下移動時，位置傳感器3給出壓桿1的位置輸出信號，如當(dāng)零件表面逐漸升高時，壓桿1相對于壓桿導(dǎo)套2被迫向上移動，壓力彈簧4被壓縮，位置傳感器3給出壓桿1相對于壓桿導(dǎo)套2的新的位置信號，將該輸出值與設(shè)定值進(jìn)行比較，得出位置偏差值△X，將該偏差值反饋到電機控制單元7，控制步進(jìn)電機6的動作，帶動壓桿導(dǎo)套2向上移動，使壓桿1相對于壓桿導(dǎo)套2的位置恢復(fù)到設(shè)定值，位置偏差恢復(fù)到零，亦即彈簧壓縮量恢復(fù)到設(shè)定值，即可保持壓桿1與被拋光零件之間的軸向接觸壓力不變，從而實現(xiàn)零件表面的高精度拋光。
本實用新型的恒定接觸壓力控制裝置還可以用于三維測量等其他需要準(zhǔn)確控制接觸壓力的領(lǐng)域。當(dāng)用于三維測量時，壓桿下端頭部安裝光滑球頭，以減小壓桿與被測元件之間的摩擦力。并且，為了縮短對外力的響應(yīng)時間，壓桿可以采用輕質(zhì)有機材料制作。
本實用新型裝置的Z向測量范圍大、測量精度高，能夠很好地滿足模具加工和測量等行業(yè)的使用要求。
權(quán)利要求1．一種恒定接觸壓力控制裝置，包括壓力位置信號讀出單元和驅(qū)動單元，所述驅(qū)動單元包括傳動機構(gòu)、電機(6)和電機控制單元(7)，其特征在于，所述壓力位置信號讀出單元包括壓桿(1)，固定在壓桿(1)一端的壓力彈簧(4)，和壓桿位置傳感器(3)；所述位置傳感器(3)將壓桿(1)的位置信號輸入電機控制單元(7)，通過電機(6)驅(qū)動傳動機構(gòu)，從而通過傳動機構(gòu)帶動壓桿(1)移動。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的恒定接觸壓力控制裝置，其特征在于，所述壓力位置信號讀出單元還包括壓桿導(dǎo)套(2)，所述壓桿(1)、壓力彈簧(4)和壓桿位置傳感器(3)均設(shè)置在壓桿導(dǎo)套(2)的內(nèi)部；所述壓力彈簧(4)的上端固定在壓桿導(dǎo)套(2)的內(nèi)上端，壓力彈簧(4)的下端與壓桿(1)的上端相固定。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的恒定接觸壓力控制裝置，其特征在于，所述壓桿導(dǎo)套(2)為上端封閉，下端開口的圓柱形空腔，壓桿導(dǎo)套(2)的下端螺設(shè)有堵頭(21)，堵頭(21)設(shè)有適合壓桿(1)穿過的中心孔(22)，中心孔(22)內(nèi)壁設(shè)有線性軸承。
4．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的恒定接觸壓力控制裝置，其特征在于，所述壓桿位置傳感器(3)采用光學(xué)電子尺，所述電子尺的運動部分固定安裝在壓桿(1)上，電子尺的固定部分固定安裝在壓桿導(dǎo)套(2)的內(nèi)壁。
5．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的恒定接觸壓力控制裝置，其特征在于，所述驅(qū)動單元的傳動機構(gòu)為螺母螺桿運動副，電機(6)采用步進(jìn)電機；電機(6)的轉(zhuǎn)軸與所述螺母螺桿運動副的螺桿(51)相固定，所述螺母螺桿運動副的螺母(52)與壓桿導(dǎo)套(2)的外上端相固定。
6．根據(jù)權(quán)利要求5所述的恒定接觸壓力控制裝置，其特征在于，所述壓桿導(dǎo)套(2)的外壁設(shè)有豎槽，與固定在機架上的導(dǎo)向鍵(8)相配合。
專利摘要一種恒定接觸壓力控制裝置,包括壓力位置信號讀出單元和驅(qū)動單元,其中的驅(qū)動單元包括傳動機構(gòu)、電機6和電機控制單元,壓力位置信號讀出單元包括壓桿1,固定在壓桿1一端的壓力彈簧4,和壓桿位置傳感器3。所述位置傳感器3將壓桿1的位置信號輸入電機控制單元,通過電機6驅(qū)動傳動機構(gòu),從而通過傳動機構(gòu)帶動壓桿1移動。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單,容易操作,可廣泛地應(yīng)用于機械加工和測量領(lǐng)域。
文檔編號G05D15/00GK2419615SQ00209249
公開日2001年2月14日 申請日期2000年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月14日
發(fā)明者李大梁 申請人:李大梁