力位耦合微动精密抛光装置及在线力检测与控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种力位耦合微动精密抛光装置及在线力检测与控制方法，属于机械制造领域。X轴导轨固定安装在床身上，Y轴导轨安装在X轴导轨上溜板上，Y轴导轨上溜板与Y轴导轨滑动连接，微动抛光工具系统安装在Y轴导轨上溜板上，Z轴导轨固定安装在床身上，Z轴导轨溜板与Z轴导轨滑动连接，工件夹具固定在Z轴导轨溜板上。本发明专利技术通过机床提供三维移动，同时微动抛光工具系统可以进行轴向径向微动调节，可以满足复杂工件表面的加工，加工过程中保持主轴初始位置不变，可以在线检测出刀具与工件接触力大小，进而方便研究接触力与工件加工质量之间的关系；同时微动抛光工具系统可以实现抛光过程中刀具与工件接触力控制，可以很好的实现、提高加工精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机械制造领域，尤其是指力位耦合微动精密抛光在线力检测与控制方法。
技术介绍
精密加工以及超精密加工技术是发展国防尖端技术的重要基础保证，是具有战略意义的重要技术。但精密抛光平台将不可避免地存在变形、机械运动不稳定等问题。常见抛光机床主轴与刀具刚性连接，不仅难以适应自由曲面的变化，而且表面粗糙度难以控制。加工时通常无法获得加工过程中刀具与工件接触力的动态变化，不能进行相应的反馈调节，遇到轨迹规划错误等突发情况导致刀具与工件间接触力剧增，引起刀具或工件的损坏。现有力控制抛光机床为了实现工具头沿接触点法向进给，需要至少4轴联动机床，造价成本高并且逆解复杂，不能兼顾位置精度和力控制精度。本发明简化了运动结构，通过微动工具系统法向进给很好地解决了力和位置的矛盾，提高了加工精度，降低了成本。
技术实现思路
本专利技术提供一种力位耦合微动精密抛光装置及在线力检测与控制方法，目的是提供一种具有在线检测刀具与工件接触力大小并可以实现接触力可控的抛光加工平台，主要面向复杂曲面抛光，实现加工过程中保证位置精度的同时实现刀具与工件接触力的精确控制，从而提高精密加工过程中工件的精度和良品率。本专利技术采取的技术方案是：X轴导轨固定安装在床身上，Y轴导轨安装在X轴导轨上溜板上，Y轴导轨上溜板与Y轴导轨滑动连接，微动抛光工具系统安装在Y轴导轨上溜板上，Z轴导轨固定安装在床身上，Z轴导轨溜板与Z轴导轨滑动连接，工件夹具固定在Z轴导轨溜板上。本专利技术所述微动抛光工具系统由连接板、主轴基座、轴向力位耦合单元、球笼联轴器、滚珠花键、固定支架、电主轴、三组径向力位耦合单元组成，固定支架与连接板固定连接，三组力位耦合单元通过两端关节轴承一、关节轴承二分别连接在电主轴和固定支架上，该三组力位耦合单元位于同一平面内、且互成120度夹角，轴向由电主轴与滚珠花键、力位耦合单元、球笼联轴器通过连接件串联组成，所述滚珠花键花键轴左端与主轴后座固定连接、右端与力传感器左杆端固连，轴套与连接架固连，连接架与球笼联轴器一端固连，球笼联轴器另一端与基座固连，所述连接板固定在Y轴导轨上溜板上。本专利技术所述的径向力位耦合单元杆长方向由关节轴承、力传感器一、气缸一、关节轴承通过连接件串联组成，位移传感器一的一端通过连接件与力传感器左端杆相连，另一端与气缸固定座相连。本专利技术所述的轴向力位耦合单元杆长方向由力传感器二、气缸二通过连接件串联组成，气缸二底座与连接架固定连接，位移传感器二一端通过连接件与力传感器左端杆相连，另一端与气缸固定座相连。本专利技术力位耦合微动精密抛光在线力检测与控制方法，包括下列步骤：一、根据机床结构和运动规律，建立笛卡尔直角坐标系，Z轴坐标系Z，坐标原点为OZ；床身坐标系O，坐标原点O；X轴坐标系X，坐标原点OX；Y轴坐标系Y，坐标原点OY；工具系统局部坐标系T，坐标原点OT；P′1、P′2、P′3为微动抛光工具系统初始位置时三组径向力位移耦合单元中关节轴承一几何中心点，P1、P2、P3为三组径向力位移耦合单元中关节轴承二几何中心点；OT为P′1、P′2、P′3所在三角形平面所在中心点，OY为球笼联轴器几何中心点，d1为坐标系OY与坐标系OX竖直方向固定长度，d2为坐标系O与坐标系OX水平X方向固定长度，L1为刀具接触点M与OT的固定长度，L2为微动抛光工具系统初始状态下坐标系OT与坐标系OY初始状态下坐标原点距离，X1、Y1、Z1对应加工时X、Y、Z导轨的运动量；得到工件坐标系Z与工具系统所在坐标系Y之间的坐标变换： T Y Z = T O Z T X O T Y X = 1 0 0 - X 1 0 1 0 Y 1 + d 2 0 0 1 d 1 - Z 1 0 0 0 1 ]]> T Z Y = 1 0 0 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种力位耦合微动精密抛光装置，其特征在于：X轴导轨固定安装在床身上，Y轴导轨安装在X轴导轨上溜板上，Y轴导轨上溜板与Y轴导轨滑动连接，微动抛光工具系统安装在Y轴导轨上溜板上，Z轴导轨固定安装在床身上，Z轴导轨溜板与Z轴导轨滑动连接，工件夹具固定在Z轴导轨溜板上。

【技术特征摘要】
1.一种力位耦合微动精密抛光装置，其特征在于：X轴导轨固定安装在床身上，
Y轴导轨安装在X轴导轨上溜板上，Y轴导轨上溜板与Y轴导轨滑动连接，微动抛
光工具系统安装在Y轴导轨上溜板上，Z轴导轨固定安装在床身上，Z轴导轨溜板与
Z轴导轨滑动连接，工件夹具固定在Z轴导轨溜板上。
2.根据权利要求1所述的一种力位耦合微动精密抛光装置，其特征在于：所述
微动抛光工具系统由连接板、主轴基座、轴向力位耦合单元、球笼联轴器、滚珠花键、
固定支架、电主轴、三组径向力位耦合单元组成，固定支架与连接板固定连接，三组
力位耦合单元通过两端关节轴承一、关节轴承二分别连接在电主轴和固定支架上，该
三组力位耦合单元位于同一平面内、且互成120度夹角，轴向由电主轴与滚珠花键、
力位耦合单元、球笼联轴器通过连接件串联组成，所述滚珠花键花键轴左端与主轴后
座固定连接、右端与力传感器左杆端固连，轴套与连接架固连，连接架与球笼联轴器
一端固连，球笼联轴器另一端与基座固连，所述连接板固定在Y轴导轨上溜板上。
3.根据权利要求2所述的一种力位耦合微动精密抛光装置，其特征在于：所述
的径向力位耦合单元杆长方向由关节轴承、力传感器一、气缸一、关节轴承通过连接
件串联组成，位移传感器一的一端通过连接件与力传感器左端杆相连，另一端与气缸
固定座相连。
4.根据权利要求2所述的一种力位耦合微动精密抛光装置，其特征在于：所述
的轴向力位耦合单元杆长方向由力传感器二、气缸二通过连接件串联组成，气缸二底
座与连接架固定连接，位移传感器二一端通过连接件与力传感器左端杆相连，另一端
与气缸固定座相连。
5.一种力位耦合微动精密抛光在线力检测与控制方法，其特征在于包括下列步
骤：
一、根据机床结构和运动规律，建立笛卡尔直角坐标系，Z轴坐标系Z，坐标原
点为OZ；床身坐标系O，坐标原点O；X轴坐标系X，坐标原点OX；Y轴坐标系Y，坐
标原点OY；工具系统局部坐标系T，坐标原点OT；P1'、P′2、P′3为微动抛光工具系统初
始位置时三组径向力位移耦合单元中关节轴承一几何中心点，P1、P2、P3为三组径
向力位移耦合单元中关节轴承二几何中心点；OT为P1'、P′2、P′3所在三角形平面所在
中心点，OY为球笼联轴器几何中心点，d1为坐标系OY与坐标系OX竖直方向固定长

\t度，d2为坐标系O与坐标系OX水平X方向固定长度，L1为刀具接触点M与OT的
固定长度，L2为微动抛光工具系统初始状态下坐标系OT与坐标系OY初始状态下坐标
原点距离，X1、Y1、Z1对应加工时X、Y、Z导轨的运动量；
得到工件坐标系Z与工具系统所在坐标系Y之间的坐标变换：
T Y Z = T O Z T X O T Y X = 1 0 0 - X 1 0 1 0 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：冀世军，张祚华，赵继，张富，刘义军，翟春阳，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22