一種基於負柔度原理的磨床剛度補償方法

2023-05-28 00:18:01 2

專利名稱：一種基於負柔度原理的磨床剛度補償方法
技術領域：
本發明屬於精密磨削加工技術領域，涉及一種基於負柔度原理的磨床剛度補償方法，主要解決由磨床剛性不足導致的彈性變形而無法精確控制磨削用量以實現零件精密磨削加工的問題。
背景技術：
磨削加工是一種最主要的精密機械加工方式，通過這種加工方法可以獲得非常高的零件表面質量。但是在磨削加工過程中，工具機的彈性變形是難以避免的，這使得零件的加工精度和表面質量難以得到有效保證。該發明除了用於常規金屬材料(如結構鋼、工具鋼、模具鋼等)的磨削加工外，硬脆材料(如工程陶瓷、玻璃等)的磨削加工是它的一項主要應用。由於工程陶瓷材料的硬脆性，磨削力比大和工具機剛度等因素的影響，工程陶瓷材料的精密磨削加工存在很大困難。為保證工程陶瓷的塑性域磨削，需要把磨削用量控制在微米級。在磨削加工過程中，砂輪與工件之間會產生相互作用力，加上磨削系統剛度不足，導致磨削系統的彈性變形對工程陶瓷磨削質量有很大影響。為了降低由彈性變形引起的工件加工誤差，改善磨削質量，需 要對磨削系統實現在線剛度補償。本發明中採用了專利ZL201020641069.X( —種基於負剛度原理的磨削工藝系統剛度補償機構)中的一種並聯三自由度的負剛度可控的精密磨削工作檯來實現的。

發明內容
本發明的目的在於提供一種基於負柔度原理的磨床剛度補償方法，主要解決由磨床剛性不足導致的彈性變形而無法精確控制磨削用量以實現零件精密磨削加工的問題。一種基於負柔度原理的磨床剛度補償方法，利用一種由3個壓電陶瓷驅動器驅動的三自由度柔度補償機構來補償磨床的剛度，其特徵在於實時測量磨削過程中砂輪與工件之間的磨削力，根據磨削力的大小調節柔度補償機構的負柔度輸出以補償磨削過程中磨床的彈性變形，該方法包括以下步驟a.測量磨床在實際磨削麵的法向上的剛度和分別繞磨削麵內兩個相互垂直的2個軸向旋轉的轉角剛度；首先測量磨床的靜剛度，包括磨削麵的法向上的剛度Kz、分別繞磨削麵內兩個相互垂直的2個軸向旋轉的轉角剛度Ka和Ke。
權利要求
1.一種基於負柔度原理的磨床剛度補償方法，其基於一種由3個壓電陶瓷驅動器驅動的作為柔度補償機構的三自由度負柔度可控工作檯來補償磨床的剛度，磨削力測量裝置與磨床相連，信號採集分析系統的輸入輸出分別連接磨削力測量裝置和三自由度柔度補償機構，其特徵在於實時測量磨削過程中砂輪與工件之間的磨削力，根據磨削力的大小調節柔度補償機構的負柔度輸出以補償磨削過程中磨床的彈性變形，該方法包括以下步驟 a.測量磨床在實際磨削麵的法向上的剛度和分別繞磨削麵內兩個相互垂直的2個軸向旋轉的轉角剛度； 首先測量磨床的靜剛度，包括磨削麵的法向上的剛度Kz、分別繞磨削麵內兩個相互垂直的2個軸向旋轉的轉角剛度Ka和Ke ；
2.根據權利要求書I所述一種基於負柔度原理的磨床剛度補償方法，其特徵在於實時測量磨削力的大小，對磨床的剛度進行在線補償。補償過程中磨削力在不斷變化，而磨床的剛度不變，工作檯輸出的負柔度則通過壓電陶瓷驅動器來調整使其保持與磨床柔度大小相等方向相反。
3.根據權利要求書I所述一種基於負剛度原理的磨床剛度補償方法，其特徵在於負柔度可控工作檯由壓電陶瓷驅動器來驅動以保證工作檯有足夠的剛度和精密定位控制。
全文摘要
本發明是一種基於負柔度原理的磨床剛度補償方法，屬於精密磨削加工技術領域，主要涉及平面磨削加工過程中磨床因剛性不足而產生的彈性變形。利用一種負柔度可控工作檯來實現加工系統剛度的補償，這種裝置由壓電陶瓷驅動器和柔性機構組成。該方法主要通過如下過程實現a.測量磨床在實際磨削麵的法向上的剛度和分別繞磨削麵內兩個相互垂直的2個軸向旋轉的轉角剛度；b.分析加工系統的力學特性，建立工作檯的負柔度輸出模型；c.搭建相應的反饋控制系統，實現磨床剛度的在線補償。本發明能改進磨削工藝，提高磨削效率，對於保證磨削用量、磨削表面的平整性和工件的尺寸精度具有重要的應用價值，尤其對工程陶瓷等硬脆材料的磨削加工有重要意義。
文檔編號B24B49/16GK103056772SQ20121057271
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月25日 優先權日2012年12月25日
發明者王民, 胡建忠, 昝濤, 姚子良 申請人:北京工業大學