[發明專利]力位耦合微動精密拋光裝置及在線力檢測與控制方法

有效

• 申請號: 201610171497.2
• 申請日: 2016-03-23
• 公開（公告）號: CN105729305B
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發明（設計）人: 冀世軍;張祚華;趙繼;張富;劉義軍;翟春陽
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B24B49/16
• 分類號: B24B49/16;B24B41/02;G05B13/04
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司22100
• 代理人: 魏征驥

技術領域

本發明屬于機械制造領域，尤其是指力位耦合微動精密拋光在線力檢測與控制方法。

背景技術

精密加工以及超精密加工技術是發展國防尖端技術的重要基礎保證，是具有戰略意義的重要技術。但精密拋光平臺將不可避免地存在變形、機械運動不穩定等問題。常見拋光機床主軸與刀具剛性連接，不僅難以適應自由曲面的變化，而且表面粗糙度難以控制。加工時通常無法獲得加工過程中刀具與工件接觸力的動態變化，不能進行相應的反饋調節，遇到軌跡規劃錯誤等突發情況導致刀具與工件間接觸力劇增，引起刀具或工件的損壞。現有力控制拋光機床為了實現工具頭沿接觸點法向進給，需要至少4軸聯動機床，造價成本高并且逆解復雜，不能兼顧位置精度和力控制精度。本發明簡化了運動結構，通過微動工具系統法向進給很好地解決了力和位置的矛盾，提高了加工精度，降低了成本。

發明內容

本發明提供一種力位耦合微動精密拋光裝置及在線力檢測與控制方法，目的是提供一種具有在線檢測刀具與工件接觸力大小并可以實現接觸力可控的拋光加工平臺，主要面向復雜曲面拋光，實現加工過程中保證位置精度的同時實現刀具與工件接觸力的精確控制，從而提高精密加工過程中工件的精度和良品率。

本發明采取的技術方案是：X軸導軌固定安裝在床身上，Y軸導軌安裝在X軸導軌上溜板上，Y軸導軌上溜板與Y軸導軌滑動連接，微動拋光工具系統安裝在Y軸導軌上溜板上，Z軸導軌固定安裝在床身上，Z軸導軌溜板與Z軸導軌滑動連接，工件夾具固定在Z軸導軌溜板上。

本發明所述微動拋光工具系統由連接板、主軸基座、軸向力位耦合單元、球籠聯軸器、滾珠花鍵、固定支架、電主軸、三組徑向力位耦合單元組成，固定支架與連接板固定連接，三組力位耦合單元通過兩端關節軸承一、關節軸承二分別連接在電主軸和固定支架上，該三組力位耦合單元位于同一平面內、且互成120度夾角，軸向由電主軸與滾珠花鍵、力位耦合單元、球籠聯軸器通過連接件串聯組成，所述滾珠花鍵花鍵軸左端與主軸后座固定連接、右端與力傳感器左桿端固連，軸套與連接架固連，連接架與球籠聯軸器一端固連，球籠聯軸器另一端與基座固連，所述連接板固定在Y軸導軌上溜板上。

本發明所述的徑向力位耦合單元桿長方向由關節軸承、力傳感器一、氣缸一、關節軸承通過連接件串聯組成，位移傳感器一的一端通過連接件與力傳感器左端桿相連，另一端與氣缸固定座相連。

本發明所述的軸向力位耦合單元桿長方向由力傳感器二、氣缸二通過連接件串聯組成，氣缸二底座與連接架固定連接，位移傳感器二一端通過連接件與力傳感器左端桿相連，另一端與氣缸固定座相連。

本發明力位耦合微動精密拋光在線力檢測與控制方法，包括下列步驟：

一、根據機床結構和運動規律，建立笛卡爾直角坐標系，Z軸坐標系Z，坐標原點為O_Z；床身坐標系O，坐標原點O；X軸坐標系X，坐標原點O_X；Y軸坐標系Y，坐標原點O_Y；工具系統局部坐標系T，坐標原點O_T；P′₁、P′₂、P′₃為微動拋光工具系統初始位置時三組徑向力位移耦合單元中關節軸承一幾何中心點，P₁、P₂、P₃為三組徑向力位移耦合單元中關節軸承二幾何中心點；O_T為P′₁、P′₂、P′₃所在三角形平面所在中心點，O_Y為球籠聯軸器幾何中心點，d₁為坐標系O_Y與坐標系O_X豎直方向固定長度，d₂為坐標系O與坐標系O_X水平X方向固定長度，L₁為刀具接觸點M與O_T的固定長度，L₂為微動拋光工具系統初始狀態下坐標系O_T與坐標系O_Y初始狀態下坐標原點距離，X₁、Y₁、Z₁對應加工時X、Y、Z導軌的運動量；

得到工件坐標系Z與工具系統所在坐標系Y之間的坐標變換：