[发明专利]一种研磨力高精度测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种精密微细加工过程中研磨力的高精度测量装置，属于机械设计技术领域。

背景技术

研磨加工是保证工件精度的重要手段，在超精密加工领域具有广泛的应用。在研磨加工过程中，为了研究各个方向研磨力对工件表面质量的影响规律，需要对整个研磨加工过程中工件的受力情况进行高精度的测量。从现有的研磨力测量装置来看，主要有以下两种测量方式：

(1)单轴力传感器直接测量:应用两个单轴力传感器进行测量，通过杠杆原理对研磨力数学模型进行推导，得出称重传感器的测量值与法向研磨力的关系，实现法向研磨力的直接测量。

(2)伺服电机电流间接测量：在详细分析进给伺服电机电流与研磨力之间关系的基础上，建立进给伺服电机电流与研磨力之间的数学模型，通过测量加工过程中进给伺服电机电流，实现研磨力的间接测量。

上述两种方式主要应用于常规零件研磨加工过程中研磨力的测量等实验研究，虽然具有结构简单，量程范围广，容易实现自动控制等优点。但是这两种方法的缺点是：第一种方法只能对一个方向的研磨力进行测量，对实际研磨的反映比较片面；第二种方法所得到的信息只是研磨力的一个间接反映，对研磨力的测量不够准确。所以现有的两种方法都无法实现对X、Y、Z三个方向的研磨力进行高精度的全面测量。在精密微细结构件的研磨加工过程中，为了准确、全面的研究各个方向研磨力对工件表面质量的影响规律，需要同时对研磨加工过程中工件各个方向的受力情况进行高精度的测量。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种研磨力高精度测量装置，能够实现同时对精密微细研磨加工过程中工件所受X、Y、Z三个方向研磨力的高精度测量。

一种研磨力高精度测量装置，包括安装基板、侧板、底板、浮动卡具、移动滑台、单轴力传感器、卡具支架和两个三轴力传感器、外围设备为机床主轴、研磨棒和卡盘。

所述安装基板为一块矩形平面板材；

所述浮动卡具在研磨加工过程中根据所装卡工件受力情况，自适应的微量调整工件位置，使得工件的被研磨表面与研磨棒端面处于重合状态；

所述卡具支架具有三个互相垂直的平面，其中两个互相垂直的平面是与三轴力传感器实现连接的安装平面；

其整体连接关系为：所述侧板和底板均垂直固定连接在安装基板的一侧表面上，侧板和底板所在的两个平面也互相垂直；两个三轴力传感器分别固定安装在侧板和底板相对一侧的表面上，单轴力传感器固定安装在安装基板上且位于侧板和底板的合围范围内；所述卡具支架通过其两个安装平面分别与两个三轴力传感器固定连接，另一个平面与单轴力传感器之间留有间隙；所述浮动卡具连接在卡具支架内部，上述组件整体通过安装基板连接在移动滑台上。

进一步的，所述侧板和底板为L型结构，通过L型结构的水平部分作为连接结构与安装基板实现连接。

进一步的，所述浮动卡具包括水平调整块、垂直旋转轴、堵块压紧螺钉、堵块、垂直调整块、水平旋转轴、浮动卡具安装基座、垂直浮动框、水平浮动框、夹紧块、挡块和挡块压紧螺钉，挡块压紧螺钉和堵块压紧螺钉分别从水平和竖直方向穿过垂直浮动框，同时通过挡块和堵块对工件实现水平和竖直两个方向的夹紧，夹紧块固定连接在垂直浮动框上且对工件实现法向的夹紧；垂直浮动框通过垂直旋转轴活动安装在水平浮动框内部，垂直浮动框上固定连接有垂直调整块，垂直调整块与水平浮动框之间连接有弹簧，通过弹簧的柔性来调节垂直浮动框绕垂直旋转轴转动的角度，从而实现了工件绕垂直旋转轴的柔性转动；水平浮动框通过水平旋转轴活动连接在浮动卡具安装基座上，水平调整块固定连接在水平浮动框上，整个浮动卡具通过浮动卡具安装基座固定在卡具支架上面，水平调整块与卡具支架之间连接有弹簧，通过弹簧的柔性来调节水平浮动框绕水平旋转轴转动的角度，从而实现了工件绕水平旋转轴的柔性转动。

两个三轴力传感器是研磨力测量的主要器件，全部研磨力通过工件、浮动卡具和卡具支架直接作用在了两个三轴力传感器上，由此实现了对研磨力的高精度直接测量，将两个三轴力传感器的坐标系下三个方向的分量在测量系统坐标系统里进行叠加，由此得到工件所受X、Y、Z三个方向研磨力的大小；单轴力传感器是为了防止过大的法向研磨力对两个三轴力传感器造成损坏而添加的辅助力传感器，在研磨加工的过程中，控制滑台的位置即可控制工件的位置，控制机床主轴的转速即可控制装卡在卡盘上研磨棒的转速，使研磨棒对工件进行加工。在研磨加工过程中，将上述力传感器的输出信号进过放大、滤波等处理过程后储存并实时显示，即可进行研磨力的实时测量。

有益效果：