一種基于力反饋的撓性接頭細頸研磨及測量一體化裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及微細加工技術領域。
【背景技術】
[0002]撓性接頭細頸對尺寸形狀精度和表面質量的嚴格要求使得其加工難度非常高，國內尚沒有對撓性接頭進行精密研磨加工和測量的專用設備，研磨與測量分別在普通精度的設備上進行，難以保證一次加工后零件尺寸的一致性。當前撓性接頭的研磨加工主要依靠手工研磨，，對研磨去除量無法精確地定量控制，所以迫切需要一種適用于微小尺度細頸研磨的裝置及測量方法。
[0003]國內外對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成數(shù)對磁極，這對于微小的接頭來說難于實現(xiàn)。同樣，磨料射流方式需要將旋轉噴嘴深入孔的內部，而接頭的孔徑只有2_左右，并且這兩種方式均沒有對磨料進行有效約束，在孔的邊緣的去除量與中部有差異，導致加工后形狀誤差變大。使用研磨桿將磨料擠壓在內孔表面可以保證均勻去除，但是這對研磨桿與內孔的定位要求更加嚴格，當前國內外尚無撓性接頭專用研磨裝置研制的報道。
[0004]實際生產(chǎn)中無法做到一次裝夾完成所有加工，因此孔徑及孔的方位測量是很重要的環(huán)節(jié)，接頭測量主要有基于顯微視覺的圖像處理方法和探針接觸法，圖像處理的方法只能對接頭外部的尺寸如細頸厚度進行測量，無法測得孔的方位。接觸式測量需要專門的電測頭配套信號采集處理裝置，裝置較復雜，但是對內孔的測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現(xiàn)研磨力的實時監(jiān)測和控制，傳感器的設計和布置是首先要考慮的問題。文獻中的力傳感器反饋控制裝置中設計的測力裝置往往僅有一維的傳感器，而撓性接頭圓孔的復雜性要求其至少具有兩個方向的測量自由度，給傳感器的設計帶來難度。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的是解決撓性接頭零件難加工，且不能在加工過程中測量力的問題，提出了一種基于力反饋的撓性接頭細頸研磨及測量一體化裝置。
[0007]—種基于力反饋的撓性接頭細頸研磨及測量一體化裝置，它包括研磨主軸及測力模塊1、主軸安裝座2、垂直運動軸3、大理石立柱4、大理石底座5、XY正交精密位移臺6、直驅分度模塊7、伺服電機驅動器及電源模塊8、工業(yè)控制計算機9、運動控制卡10、數(shù)據(jù)采集卡11和動態(tài)電阻應變儀12 ;
[0008]研磨主軸及測力模塊1固定在主軸安裝座2上，主軸安裝座2安裝在垂直運動軸3上，且沿垂直運動軸3上下運動；垂直運動軸3固定在大理石立柱4上，且沿大理石立柱4垂直運動；大理石立柱4位于大理石底座5上，且二者之間通過大理石底座和大理石立柱內部鑲嵌的Τ形槽及Τ型螺釘連接；
[0009]ΧΥ正交精密位移臺6位于大理石底座5上，且ΧΥ正交精密位移臺6控制大理石立柱4沿大理石底座5X軸和Y軸滑動；XY正交精密位移臺6位于大理石立柱4的前方；
[0010]直驅分度模塊7位于ΧΥ正交精密位移臺6上，且直驅分度模塊7位于研磨主軸及測力模塊1下方；
[0011]伺服電機驅動器及電源模塊8的伺服電機驅動器的驅動信號輸出端同時與研磨主軸及測力模塊1的驅動信號輸入端、垂直運動軸3的驅動信號輸入端、ΧΥ正交精密位移臺6驅動信號輸入端、直驅分度模塊7驅動信號輸入端連接；
[0012]研磨主軸及測力模塊1的測力信號輸入輸出端連接動態(tài)電阻應變儀12的測力信號輸出輸入端；研磨主軸及測力模塊1的接觸力信號輸入輸出端連接動態(tài)電阻應變儀12的接觸力信號輸出輸入端；動態(tài)電阻應變儀12的力信號輸入輸出端連接數(shù)據(jù)采集卡11的力信號輸出輸入端；數(shù)據(jù)采集卡11的力信號輸入輸出端通過PCI總線連接工業(yè)控制計算機9的力信號輸出輸入端；工業(yè)控制計算機9的控制信號輸入輸出端通過PCI總線連接運動控制卡10的控制信號輸出輸入端；運動控制卡10的控制信號輸入輸出端與伺服電機驅動器及電源模塊8的控制信號輸出輸入端連接。
[0013]研磨主軸及測力模塊1包括四片X方向電阻應變片1-1、傳感器彈性體1-2、主軸驅動用伺服電機1-3、增量式編碼器1-4、主軸支座1-5、聯(lián)軸機構1-6、傳感器安裝螺釘1-7、高精度回轉主軸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方向電阻應變片1-13和坐標測針1-14 ；
[0014]X方向電阻應變片1-1和Y方向電阻應變片1-13作為研磨主軸及測力模塊1的測力信號輸入輸出端連接動態(tài)電阻應變儀12的測力信號輸出輸入端；
[0015]增量式編碼器1-4與主軸驅動用伺服電機1-3的后端同軸連接，主軸驅動用伺服電機1-3的前端通過螺釘固定在聯(lián)軸機構1-6的上端面上，聯(lián)軸機構1-6的下端面與高精度回轉主軸1-8的一端螺紋連接；
[0016]傳感器彈性體1-2為中空結構，高精度回轉主軸1-8位于傳感器彈性體1-2內部，且高精度回轉主軸1-8與傳感器彈性體1-2的內壁之間設置有1_的間隙；傳感器彈性體1-2通過四個傳感器安裝螺釘1-7安裝于主軸支座1-5上；主軸支座1-5的豎直面上開有四個沉頭孔，用于與外部進行支撐固定；
[0017]主軸夾緊軸套1-9為薄壁軸套結構，其一側開有通槽，主軸緊定螺釘1-12放置于該通槽內；主軸夾緊軸套1-9位于高精度回轉主軸1-8和傳感器彈性體1-2之間的間隙內，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，且由彈簧夾頭1-11夾緊；
[0019]四片X方向電阻應變片1-1均粘貼于傳感器彈性體1-2的下半部分的兩個側面上，每個側面的中間位置各粘貼兩片；
[0020]四片Y方向電阻應變片1-13均粘貼于傳感器彈性體1-2的上半部分的兩個側面上，每個側面的中間位置各粘貼兩片；
[0021]坐標測針1-14位于彈簧夾頭1-11內，且由彈簧夾頭1-11夾緊；坐標測針1_14與研磨工具1-10之間的距離為3mm?5mm ;坐標測針1_14用于測量撓性接頭的細頸尺寸、方位及接觸力的大小，并將撓性接頭的細頸尺寸、方位及接觸力的大小發(fā)送至動態(tài)電阻應變儀12。
[0022]傳感器彈性體1-2包括X方向一號梁1-2-1、X方向二號梁1_2_2、一號螺紋孔1-2-3、沿X方向的通槽1-2-4、二號螺紋孔1-2-5、Y方向一號梁1_2_6、沿Y方向的通槽1-2-7、Y方向二號梁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的體身構成兩個梁，分別為X方向一號梁1-2-1和X方向二號梁1-2-2，且兩個梁相互平行，構成X方向的平行梁結構；
[0025]沿Y方向的通槽1-2-7與傳感器彈性體1-2的體身構成兩個梁，分別為Y方向一號梁1-2-6和Y方向二號梁1-2-8，且兩個梁相互平行，構成Y方向的平行梁結構；
[0026]傳感器彈性體1-2的底部加工有兩個U型工藝槽口 1-2-11，用于粘貼X方向電阻應變片1-1和Y方向電阻應變片1-13 ;
[0027]傳感器彈性體1-2中間開有通孔1-2-10，用于安裝高精度回轉主軸1_8 ;
[0028]傳感器彈性體1-2的側面開有一號螺紋孔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的底面開有二號螺紋孔1-2-5，用于安裝主軸緊定螺釘1_12。
[0030]XY正交精密位移臺6包括上平臺6-1、X方向防塵罩6-2、Y方向防塵罩6-3、線纜拖鏈6-4、兩個滾珠絲杠及支撐座6-5、光柵尺及讀數(shù)頭6-6、中平臺6-7、Y方向直線導軌滑塊6-8、光電接近限位開關6-9、Υ方向伺服電機6-10、兩根Υ方向直線導軌6-11、底板6-12、X方向伺服電機6-13、X方向直線導軌滑塊6-14和兩根X方向直線導軌6-15 ；
[0031]上平臺6-1位于X方向直線導軌滑塊6-14上；
[0032]X方向直線導軌滑塊6-14位于X方向直線導軌6-15上，且沿X方向直線導軌6-15滑動；兩根X方向直線導軌6-15平行于X軸設置，且安裝于中平臺6-7上；
[0033]中平臺6-7位于Υ方向直線導軌滑塊6-8上；
[0034]Υ方向直線導軌滑塊6-8位于Υ方向直線導軌6-11上，且沿Υ方向直線導軌6_11滑動；兩根Υ方向直線導軌6-11平行于Υ軸設置，且安裝于底板6-12上；
[0035]X方向伺服電機6-13和一個滾珠絲杠及支撐座6-5均位于中平臺6_7和上平臺6-1之間；Χ方向伺服電機6-13通過膜片式彈性聯(lián)軸器與一個滾珠絲杠及支撐座6-5同軸連接，用于驅動中平臺6-7沿X方向直線運動；
[0036]Υ方向伺服電機6-10和另一個滾珠絲杠及支撐座6-5均位于中平臺6_7和底座6-12之間；Υ方向伺服電機6-10通過膜片式彈性聯(lián)軸器與另一個滾珠絲杠及支撐座6-5