專利名稱：一種基于負剛度原理的磨削工藝系統(tǒng)剛度補償機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機械技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于負剛度原理的磨削工藝系統(tǒng)剛度補償機 構(gòu)，主要解決磨削工藝系統(tǒng)剛性不足導致的彈性變形量而無法精密控制微小磨削用量以實 現(xiàn)塑性域磨削的問題。
背景技術(shù)：
隨著科學技術(shù)的不斷進步，生產(chǎn)力的快速發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)的各個領(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，因此在航空航天、電子電器、汽車以 及制造領(lǐng)域的應用日益廣泛。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。但是因為工程陶瓷材料硬脆性，磨削力比大和機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。而且在磨削加工過程中，砂輪與工件之間會產(chǎn)生相互作用力，加上磨削系統(tǒng)剛度 不足，導致磨削系統(tǒng)的彈性變形對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，就需要對磨削系統(tǒng)實現(xiàn)在線剛度補償。為了達到補償磨削工藝系統(tǒng)剛性不足導致的彈性變形量，一方面需要精密測量磨 削工藝系統(tǒng)在三個彈性變形方向上的剛度，一方面要在線測量負剛度機構(gòu)所受外力，并通 過控制壓電晶體輸出位移使之在三個方向上的剛度大小和磨削工藝系統(tǒng)剛度相等，方向相 反。而上述基于負剛度原理的磨削工藝系統(tǒng)剛度補償機構(gòu)，可以主動調(diào)整工作臺剛度 以補償磨削工藝系統(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)的剛度不足問題，提供一種基于負剛度原理 的磨削工藝系統(tǒng)剛度補償機構(gòu)。—種基于負剛度原理的磨削工藝系統(tǒng)剛度補償機構(gòu)包括底座1，下柔性環(huán)2，上 柔性環(huán)3，主體4，動平臺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通過三 個支撐點放置在底座1上，底座1、下柔性環(huán)2和主體4通過內(nèi)六角緊固螺栓連接。三個壓 電陶瓷驅(qū)動器分別通過內(nèi)六角緊固螺栓固定在下柔性環(huán)2上，上端通過螺紋副與柔性聯(lián)接 件6相連。上柔性環(huán)3通過三個支撐點放置在主體4上端，并通過內(nèi)六角螺栓與主體4緊 固連接。上柔性環(huán)3和動平臺5通過內(nèi)六角螺栓與柔性聯(lián)接件6緊固連接。底座1固定在 磨床工作臺上。所述一種基于負剛度原理的磨削工藝系統(tǒng)剛度補償機構(gòu)，通過調(diào)整三個自由度方 向的輸出位移量來產(chǎn)生負剛度效應，從而補償磨削工藝系統(tǒng)因剛性不住導致的彈性變形。采用的柔性環(huán)并聯(lián)機構(gòu)較一般柔性并聯(lián)機構(gòu)結(jié)構(gòu)更加緊湊，一個彈性元件可以同時執(zhí)行Z 方向，繞Χ，γ軸方向三個自由度的運動控制。通過應變片測量下柔性環(huán)2的應變值，得到壓 電陶瓷驅(qū)動器的輸出力，從而對結(jié)構(gòu)的可控剛度部件的負剛度進行調(diào)控以補償磨削工藝系 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)明通過壓電驅(qū)動器輸出力大小來調(diào)整三個自由度方向的輸出位移量來產(chǎn)生 負剛度效應，從而補償磨削工藝系統(tǒng)因剛性不住導致的彈性變形。采用的柔性環(huán)并聯(lián)機構(gòu) 較一般柔性并聯(lián)機構(gòu)結(jié)構(gòu)更加緊湊，一個彈性元件可以同時執(zhí)行Z方向，繞X，Y軸方向三 個自由度的運動控制。通過應變片測量下柔性環(huán)2的應變值，得到壓電陶瓷驅(qū)動器的輸出 力，從而對結(jié)構(gòu)的可控剛度部件的負剛度進行在線調(diào)控以補償磨削工藝系統(tǒng)剛性不足產(chǎn)生 的彈性變形量。該結(jié)構(gòu)可以在磨削過程中對磨削系統(tǒng)實現(xiàn)剛度補償，提高工件的磨削質(zhì)量。


圖1本發(fā)明剛度補償結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖圖2本發(fā)明剛度補償結(jié)構(gòu)的俯視3本發(fā)明剛度補償結(jié)構(gòu)的側(cè)視4本發(fā)明剛度補償結(jié)構(gòu)的局部結(jié)構(gòu)5本發(fā)明在磨床中應用示意圖如圖1所示1底座，2下柔性環(huán)，3上柔性環(huán)，4主體，5動平臺，6柔性聯(lián)接件，7壓 電陶瓷驅(qū)動器，8應變片黏貼位置
具體實施例方式本發(fā)明為一種補償磨削加工系統(tǒng)剛度的結(jié)構(gòu)。如圖1、圖2、圖3、圖4所示，對本發(fā) 明而言，工作臺的尺寸為Φ 130X 145mm3，壓電驅(qū)動器的參數(shù)為最大推力3000N，軸向剛度 200Ν/μπι。動平臺下表面通過三個支點與上柔性環(huán)及柔性聯(lián)接件通過螺栓連接。上柔性環(huán) 可以同時執(zhí)行三個方向自由度的運動控制，其固定在主體外圈三個伸出位置上。柔性聯(lián)接 件可以防止過大彎矩作用在壓電陶瓷驅(qū)動器上。壓電陶瓷驅(qū)動器固定在下柔性環(huán)上，通過 螺栓連接，上端與聯(lián)接件通過螺紋連接。下柔性環(huán)上在固定壓電陶瓷驅(qū)動器的位置兩側(cè)黏 貼有應變片以測量壓電驅(qū)動器輸出力。如圖5所示，補償機構(gòu)固定在磨床工作臺上，其上固定工件。壓電陶瓷驅(qū)動器和應 變片分別通過驅(qū)動電源和應變儀與計算機連接。計算機控制壓電陶瓷驅(qū)動電源的輸出電 壓，驅(qū)動壓電陶瓷驅(qū)動器伸長，通過調(diào)節(jié)三個驅(qū)動器輸出的電壓值可以使上柔性環(huán)在Z方 向，繞X，Y方向三個自由度上產(chǎn)生變形例如在三個驅(qū)動器的電壓同時從OV到100V的過程 中，壓電陶瓷驅(qū)動器Z方向伸長量由17.9 μ m到46.8 μ m，并有明顯的線性關(guān)系，同時壓電陶 瓷驅(qū)動器把伸長量反饋回計算機，而且由應變片測量得到的下柔性環(huán)的應變值，經(jīng)應變儀 進入計算機，從而根據(jù)應變和力的關(guān)系得到壓電陶瓷驅(qū)動器的輸出力，最終得到輸出位移 量和輸出力關(guān)系來產(chǎn)生負剛度效應，補償磨削工藝系統(tǒng)因剛性不住導致的彈性變形。實現(xiàn) 對結(jié)構(gòu)的可控剛度部件的負剛度進行調(diào)控以補償磨削工藝系統(tǒng)剛性不足產(chǎn)生的彈性變形 量。
在針對不同的磨削工藝系統(tǒng)進行剛度補償時，首先對磨削工藝系統(tǒng)在三個自由度 方向上的剛度進行測量，以測量值為控制目標值，通過控制剛度可控磨削工作臺使之產(chǎn)生 與磨床三個自由度方向上剛度大小相等和方向相反的負剛度，以補償磨削加工過程中磨床 因受磨削力作用在該三個自由度方向上剛度不足導致的彈性變形。
權(quán)利要求
1.一種基于負剛度原理的磨削工藝系統(tǒng)剛度補償機構(gòu)包括底座(1)，下柔性環(huán)0)， 上柔性環(huán)(3)，主體0)，動平臺(5)，柔性聯(lián)接件(6)和緊固螺栓，其特征在于下柔性環(huán) (2)通過三個支撐點放置在底座(1)上，底座(1)、下柔性環(huán)( 和主體(4)通過內(nèi)六角緊 固螺栓連接；三個壓電陶瓷驅(qū)動器分別通過內(nèi)六角緊固螺栓固定在下柔性環(huán)( 上，上端 通過螺紋副與柔性聯(lián)接件(6)相連；上柔性環(huán)( 通過三個支撐點放置在主體(4)上端，并 通過內(nèi)六角螺栓與主體(4)緊固連接；上柔性環(huán)C3)和動平臺( 通過內(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)動器位置的兩側(cè)黏貼應變片，底座(1)固定 在磨床工作臺上。，
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述一種基于負剛度原理的磨削工藝系統(tǒng)剛度補償機構(gòu)，其特征 在于通過應變片測量下柔性環(huán)O)的應變值，得到壓電陶瓷驅(qū)動器的輸出力，其輸出力與 壓電陶瓷驅(qū)動器的輸出變形量的關(guān)系產(chǎn)生負剛度效應，從而對該結(jié)構(gòu)的剛度進行主動調(diào)控 獲取和機床剛度大小相等方向相反的負剛度以補償磨削工藝系統(tǒng)剛性不足產(chǎn)生的彈性變 形量；壓電陶瓷驅(qū)動器可以同時執(zhí)行Z方向，繞X，Y軸方向三個自由度的運動控制。
全文摘要
本發(fā)明是一種基于負剛度原理的磨削工藝系統(tǒng)剛度補償機構(gòu)，屬于機械技術(shù)領(lǐng)域。該結(jié)構(gòu)是采用壓電陶瓷驅(qū)動器和柔性并聯(lián)機構(gòu)設計成的一種并聯(lián)三自由度的負剛度可控的精密磨削工作臺。它可以通過調(diào)整工作臺在三個自由度方向的輸出位移量和輸出力之比，即剛度以產(chǎn)生負剛度效應，使該工作臺剛度大小和磨床剛度大小相等但方向相反，從而補償磨削工藝系統(tǒng)因剛性不足導致的彈性變形。該發(fā)明對于補償磨削加工系統(tǒng)受磨削力產(chǎn)生變形，保證磨削加工用量以實現(xiàn)塑性域磨削、磨削精度和質(zhì)量具有重要的應用價值，并具有結(jié)構(gòu)簡單，易于控制的特點。
文檔編號B24B1/00GK102107375SQ20101057099
公開日2011年6月29日 申請日期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 申請人:北京工業(yè)大學