一种用于研磨微小测头的精密球面研磨机的制作方法

本实用新型属于现代精密机械加工领域，具体涉及一种用于研磨微小测头的精密球面研磨机，本实用新型可用于精密研磨一种高精度微小测头，也可用来精密研磨微小球头杆零件。

背景技术：

随着现代机械加工业的快速发展，大量的使用了自动、在线快速测量技术，现代自动、快速测量技术的基础工具是高精度测头，现代测头技术最具代表性的品牌是英国雷尼绍RENISHAW测头，实现了高精密、自动化、快速测量，在我国和国际高精度测头市场基本上被英国雷尼绍RENISHAW垄断，其价格高、供货周期也长。由于测头在使用中频繁的碰触被测量面，用过一定时间后就会磨损、断裂、球头脱落而失效，必须更换，是一个高成本消耗品。一个中等规模的汽车厂，一年的测头采购量约为一千多万元人民币。一般测头形状比较简单，测头是由测杆和球头粘接而成，测杆以直径和长度来分，测头规格是以测杆来分，一般测杆直径范围为1.2～3mm，长度范围为5～100mm，球头直径范围为0.3～5mm。需要提及的是，英国雷尼绍RENISHAW的测头当球头直径小于1mm后，仍采用用粘接的方法链接球头，由于微小测头的结构尺寸的限制，测头在使用过程中，球头极易脱落，可靠性不高。测头中以球头直径小于1mm以下的测头价格最贵，制造难度最大、消耗量也最大。

研究球头直径0.3mm的测头的精密球面研磨技术，成为本领域技术人员亟待解决的难题。

技术实现要素：

为了解决微小球头的测头球面超精密研磨问题，本实用新型提供了一种用于研磨微小测头的精密球面研磨机。本实用新型要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种用于研磨微小测头的精密球面研磨机，包括：漏斗状的研具、用于施加研磨压力的砝码、带动研具左右往复摆动的摆动机构连杆、驱动微小测头旋转的主轴机构、用于夹持微小测头的主轴夹具；

所述主轴夹具安装在主轴机构的主轴上，所述砝码位于主轴夹具的上方，所述砝码的圆柱段上设有供主轴夹具和微小测头穿入的中心孔；

所述研具的小端设有由不锈钢材料制成的细长型针管，该细长型针管穿过摆动机构连杆后自砝码小端的中心处穿入，并与微小测头的球头接触；所述细长型针管的周壁与砝码固定连接；

所述研具内添加有研磨液，该研磨液沿细长型针管流到被加工球面；所述研具在摆动机构和主轴机构的带动下，通过砝码施加的研磨压力对微小测头的球头进行研磨。

作为本实用新型的一个优选实施例，还包括驱动所述主轴旋转的主轴伺服电机，该主轴伺服电机的输出轴与主轴连接，所述主轴伺服电机固定在基座上。

作为本实用新型的一个优选实施例，还包括向研具内滴入研磨液的研磨液滴瓶，所述研磨液滴瓶内装有研磨液，所述研磨液滴瓶的瓶口处设有用于控制研磨液滴滴速的研磨液控制阀门，所述研磨液滴瓶通过滴瓶支架固定。

作为本实用新型的一个优选实施例，所述滴瓶支架固定在基座上，所述基座上还设有用于回收研磨液的回收导槽，所述回收导槽的下方设有回收瓶，回收研磨液依靠重力流动经过回收导槽,在流回到回收瓶,当回收瓶的研磨液达到一定容量后,手工倒回到上部的滴瓶中。

作为本实用新型的一个优选实施例，所述摆动机构连杆与电磁动作器的输出轴连接，所述摆动机构连杆可绕电磁动作器可绕电磁动作器的输出轴转动，用于调节摆动机构连杆的角度；所述摆动机构连杆上设有供细长型针管往复摆动的通孔；所述电磁动作器固定在基座上方。

作为本实用新型的一个优选实施例，所述摆动机构连杆包括与电磁动作器连接的第一水平段、设有通孔的第二水平段，将第一水平段的端部和第二水平段的端部固定连接的竖直段。

作为本实用新型的一个优选实施例，所述细长型针管为现代点胶针头。

本实用新型的有益效果：

本实用新型实现了微小测头的高精度研磨加工，打破了国外个别企业垄断高精度测头市场的局面，提高了微小测头的可靠性，解决了高精度微小测头球面研磨加工的难题，提高了我国在高精度、微小测头球面零件的加工能力。

以下将结合附图及实施例对本实用新型做进一步详细说明。

附图说明

图1是高精度微小测头的结构示意图。

图2是精密球面研磨机的工作原理图。

图3是精密球面研磨机的结构示意图。

图中：1.研磨液循环系统；12.研磨液滴瓶；13.研磨液；14.研磨液控制阀门；15.滴瓶支架；16.回收导槽17.回收瓶；2.摆轴机构；21.电磁动作器；22.废研磨液；23.研具；24.摆动机构连杆；25.砝码；3.主轴机构；31.微小测头；32.主轴夹具；34.主轴伺服电机；35.基座。

具体实施方式

为进一步阐述本实用新型达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本实用新型的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

本实施例加载砝码重心P必须低于被加工球头球心D，使加载砝码能够悬挂在球头球心D上，本实施例的加载砝码结构如图2所示，砝码25的重心P低于被加工球头球心D。

本实施例提出高精度微小测头精密球面研磨机，用于实现微小测头精密高精度球面研磨，属于现代机械加工机床。

如图1所示，占有高精度测头市场垄断地位的英国雷尼绍RENISHAW的测头当球头直径小于1mm后，仍采用用粘接的方法链接球头，由于微小测头的结构尺寸的限制，测头在使用过程中，球头极易脱落，可靠性不高。测头中以球头直径小于1mm以下的测头价格最贵，制造难度最大、消耗量也最大。如果将高精度微小测头改为整体硬质合金材料制造，无疑可以解决高精度微小测头的可靠性，高精度微小测头由于结构尺寸的特殊性，球头直径仅为0.3mm、球头脖颈直径更小到0.2mm，要想解决如此小尺寸的测头高精度球面研磨问题，是当前世界范围内内的一个难题，解决高精度微小测头的研磨问题，首当其冲的问题是，如何施加研磨压力，必须保证在研磨测头过程中不能使测头断裂、变形和研磨加工的可靠性。

如图2所示，本实施例专门设计了一种砝码加载和研磨液添加机构，依靠砝码25的重力施加研磨压力，砝码的重心点P低于球心位置D，可以使砝码悬挂在位于球心位置的被加工球头上。研磨用研具23与砝码25刚性连接，研磨用研具23压在被加工件高精度微小测头31上，施加在高精度微小测头31上的研磨压力F的大小是通过控制研磨用研具23的重量来实现的。研磨用研具23具有漏斗结构，研磨液点滴瓶12装有研磨液13，在重力和大气压压力作用下将研磨液滴入研磨用研具23的漏斗中，研磨用研具23采用了现代点胶针头G26。现代点胶针头G26的结构为一个针管，正好内径为0.2mm，外径为0.3mm，长度为12.7mm，材料为不锈钢，可以满足球面研磨用研具的结构要求，研磨液13可以通过内径为0.2mm的孔直接添加到被加工的球头表面。图2中24为摆动机构连杆，设置在驱动微小测头转的动的主轴机构3的上方，往复左右直线运动，位移X＝10mm，驱动研磨用研具23绕球心D点左右往复摆动，摆动角度幅度β＝±45°。驱动微小测头转动的主轴机构3上的主轴上安装有主轴夹具32，在主轴夹具上加持着微小测头，微小测头以角速度γ＝3000r/min转动，随着主轴机构的转动，角速度γ，摆动机构的摆动，摆动角度β，研磨用研具23在与主轴摩擦力矩的带动下，有一个绕研磨用研具23轴线的转动，角速度ω，角速度ω随着与主轴摩擦力矩大小而变化，与主轴摩擦力矩大则角速度ω大，反之亦然。

如图3所示，高精度微小测头精密球面研磨机包括研磨液循环系统1、摆轴机构2、主轴机构3。

研磨液循环系统1由研磨液滴瓶12、研磨液13、研磨液控制阀门14、滴瓶支架15、回收导槽16、回收瓶17组成。研磨液13是按工艺要求配置的专门的研磨液，研磨液13装入研磨液滴瓶12中，研磨液滴瓶12设置在滴瓶支架上，处于设备最高处，在重力和大气压作用下，控制阀门14控制研磨液滴的滴速，研磨液13滴入研磨用研具23的漏斗中并沿Φ2孔滴到被研磨的微小测头球面上，进行研磨加工，随着研磨液的不断添加，用过的研磨液会沿主轴夹具32流到回收导槽16，在沿回收导槽16流入回收瓶17，当回收瓶17中的研磨液累积到一定量后，由人工将回收的研磨液导入研磨液滴瓶12，大约连续8h人工导入一次。

摆轴机构2由电磁动作器21、漏斗研磨液22、研磨用研具23、摆动机构连杆24、砝码25组成。电磁动作器21的行程为10mm，直线运动，电磁动作器21通过一个可调节角度的轴与摆动机构连杆24连接，摆动机构连杆24上设计有Φ0.7mm的通孔，研磨用研具23的杆的外径为0.3mm，通过摆动机构连杆上的Φ0.7mm的通孔，在电磁动作器21的推动下，摆动机构连杆24作直线往复运动，摆动机构连杆24上的Φ0.7mm的通孔拨动研磨用研具23，使研磨用研具23绕球头球心左右摆动。研磨液滴瓶12中的研磨液首先滴入研磨用研具23的漏斗中，漏斗研磨液22沿研磨用研具23的内孔Φ0.2mm流到被加工球头球面，完成研磨加工必须的研磨液添加任务。

主轴机构3由微小测头31、主轴夹具32、主轴、主轴伺服电机34、基座35组成。微小测头31被加持在主轴夹具32中，与主轴同轴，同轴度要求为不大于0.002mm，主轴夹具32同轴的安装在主轴上，主轴就是伺服电机34的轴伸，主轴伺服电机34选用了日本安川400W永磁交流同步伺服电机，带绝对值编码器，调速范围为50～3600r/min。

本实施例依据范成法定心球面展成加工原理，提出一种高精度微小测头精密球面研磨机

高精度测头用于现代三坐标测量机、精密加工中心等的高精度、高速、自动化测量，高精度微小测头主要用来测量齿轮、小孔、小尺寸内腔的测量，高精度微小测头是一种硬质合金材料的整体结构，非粘接型，结构如图1所示。本实施例专门设计了一种砝码加载机构，结构如图2，依靠砝码重力施加研磨压力。高精度微小测头精密球面研磨机，结构如图3，本实施例用于研磨加工精密研磨高精度微小测头。高精度微小测头精密球面研磨机包括精密研磨用研具、施加研磨压力F的砝码、驱动研具摆动的摆动机构、驱动微小测头转的动的主轴机构。所述精密研磨用研具压在被加工件微小测头上，研具上设置有施加研磨压力F的砝码、摆动机构设置在驱动微小测头转动的主轴机构的上方，驱动研具往复摆动，摆动振幅为β，驱动微小测头转动的主轴机构一方面用来驱动微小测头转动，角速度γ，另一方面用来固定、定位微小测头，使微小测头的球头球心位置处于摆动机构和主轴机构的轴线正交点，也是砝码支点D，即球头球心，完成了球面精密研磨的准定心球面范成法展成加工原理。研磨液自动添加机构按工艺要求自动完成往被研磨球头上添加研磨液。本实施例设置了自动控制系统，完成了自动精密研磨加工，通过触摸屏可以实现人机对话，实现了工艺参数的设定。

2、进一步的方案，所述的精密研磨用研具采用了现代点胶针头G26。按一般研具设计原则,管状研具孔径应为0.2mm,外径为0.3mm,长度为5～10mm,这样的研具加工具有一定的难度。现代点胶针头G26的结构为一个针管，正好内径为0.2mm，外径为0.3mm，长度为12.7mm，材料为不锈钢，采用G26点胶针头，解决了研具难加工的问题，提高了效率，节约了成本。

3、进一步的方案，所述的施加研磨压力的配重砝码结构。见图2，依靠砝码重力施加研磨压力，砝码重力F仅为0.1N,使砝码重心P偏置，偏置位移为3mm，即砝码重心低于砝码支点D，砝码就可稳定的支承在支点P上。

4、进一步的方案，所述的电磁动作器驱动研具摆动的摆动机构。驱动配重砝码连同研具是通过电磁动作器的衔铁孔，自由的支承在支点即球头上，电磁动作器的行程X＝10mm，依靠电磁吸力拉回，依靠弹簧力退出，往复直线运动，驱动配重砝码和研具，完成精密球面研磨所必须的摆动，摆动振幅为β＝±45°。

5、进一步的方案，所述的驱动微小测头转动的主轴机构由基座、伺服电机、微小测头夹具组成，微小测头夹具用来加持被研磨测头，伺服电机用来直接驱动微小测头夹具转动，角速度γ＝3000r/min,线速度为47.1mm/S。

6、进一步的方案，设置了自动控制系统，完成了自动精密研磨加工，通过触摸屏可以实现人机对话，实现了工艺参数β、γ、F的设定和最优化工艺参数的组合。

本实施例实现了微小测头的高精度研磨加工，打破了国外个别企业垄断高精度测头市场的局面，提高了微小测头的可靠性，解决了高精度微小测头球面研磨加工的难题，提高了我国在高精度、微小测头球面零件的加工能力。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。