一种基于力反馈的挠性接头细颈研磨及测量一体化装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微细加工技术领域。
【背景技术】
[0002]挠性接头细颈对尺寸形状精度和表面质量的严格要求使得其加工难度非常高，国内尚没有对挠性接头进行精密研磨加工和测量的专用设备，研磨与测量分别在普通精度的设备上进行，难以保证一次加工后零件尺寸的一致性。当前挠性接头的研磨加工主要依靠手工研磨，，对研磨去除量无法精确地定量控制，所以迫切需要一种适用于微小尺度细颈研磨的装置及测量方法。
[0003]国内外对于微小孔的光整加工主要包括磁力研磨、磨料射流、以及各种形状的研磨杆直接研磨，其中磁力研磨需要构成数对磁极，这对于微小的接头来说难于实现。同样，磨料射流方式需要将旋转喷嘴深入孔的内部，而接头的孔径只有2_左右，并且这两种方式均没有对磨料进行有效约束，在孔的边缘的去除量与中部有差异，导致加工后形状误差变大。使用研磨杆将磨料挤压在内孔表面可以保证均匀去除，但是这对研磨杆与内孔的定位要求更加严格，当前国内外尚无挠性接头专用研磨装置研制的报道。
[0004]实际生产中无法做到一次装夹完成所有加工，因此孔径及孔的方位测量是很重要的环节，接头测量主要有基于显微视觉的图像处理方法和探针接触法，图像处理的方法只能对接头外部的尺寸如细颈厚度进行测量，无法测得孔的方位。接触式测量需要专门的电测头配套信号采集处理装置，装置较复杂，但是对内孔的测量策略具有借鉴意义。
[0005]在研磨装置上安装力或力矩传感器可以实现研磨力的实时监测和控制，传感器的设计和布置是首先要考虑的问题。文献中的力传感器反馈控制装置中设计的测力装置往往仅有一维的传感器，而挠性接头圆孔的复杂性要求其至少具有两个方向的测量自由度，给传感器的设计带来难度。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是解决挠性接头零件难加工，且不能在加工过程中测量力的问题，提出了一种基于力反馈的挠性接头细颈研磨及测量一体化装置。
[0007]—种基于力反馈的挠性接头细颈研磨及测量一体化装置，它包括研磨主轴及测力模块1、主轴安装座2、垂直运动轴3、大理石立柱4、大理石底座5、XY正交精密位移台6、直驱分度模块7、伺服电机驱动器及电源模块8、工业控制计算机9、运动控制卡10、数据采集卡11和动态电阻应变仪12 ;
[0008]研磨主轴及测力模块1固定在主轴安装座2上，主轴安装座2安装在垂直运动轴3上，且沿垂直运动轴3上下运动；垂直运动轴3固定在大理石立柱4上，且沿大理石立柱4垂直运动；大理石立柱4位于大理石底座5上，且二者之间通过大理石底座和大理石立柱内部镶嵌的Τ形槽及Τ型螺钉连接；
[0009]ΧΥ正交精密位移台6位于大理石底座5上，且ΧΥ正交精密位移台6控制大理石立柱4沿大理石底座5X轴和Y轴滑动；XY正交精密位移台6位于大理石立柱4的前方；
[0010]直驱分度模块7位于ΧΥ正交精密位移台6上，且直驱分度模块7位于研磨主轴及测力模块1下方；
[0011]伺服电机驱动器及电源模块8的伺服电机驱动器的驱动信号输出端同时与研磨主轴及测力模块1的驱动信号输入端、垂直运动轴3的驱动信号输入端、ΧΥ正交精密位移台6驱动信号输入端、直驱分度模块7驱动信号输入端连接；
[0012]研磨主轴及测力模块1的测力信号输入输出端连接动态电阻应变仪12的测力信号输出输入端；研磨主轴及测力模块1的接触力信号输入输出端连接动态电阻应变仪12的接触力信号输出输入端；动态电阻应变仪12的力信号输入输出端连接数据采集卡11的力信号输出输入端；数据采集卡11的力信号输入输出端通过PCI总线连接工业控制计算机9的力信号输出输入端；工业控制计算机9的控制信号输入输出端通过PCI总线连接运动控制卡10的控制信号输出输入端；运动控制卡10的控制信号输入输出端与伺服电机驱动器及电源模块8的控制信号输出输入端连接。
[0013]研磨主轴及测力模块1包括四片X方向电阻应变片1-1、传感器弹性体1-2、主轴驱动用伺服电机1-3、增量式编码器1-4、主轴支座1-5、联轴机构1-6、传感器安装螺钉1-7、高精度回转主轴1-8、主轴夹紧轴套1-9、研磨工具1-10、弹簧夹头1-11、主轴紧定螺钉1-12、四片Y方向电阻应变片1-13和坐标测针1-14 ；
[0014]X方向电阻应变片1-1和Y方向电阻应变片1-13作为研磨主轴及测力模块1的测力信号输入输出端连接动态电阻应变仪12的测力信号输出输入端；
[0015]增量式编码器1-4与主轴驱动用伺服电机1-3的后端同轴连接，主轴驱动用伺服电机1-3的前端通过螺钉固定在联轴机构1-6的上端面上，联轴机构1-6的下端面与高精度回转主轴1-8的一端螺纹连接；
[0016]传感器弹性体1-2为中空结构，高精度回转主轴1-8位于传感器弹性体1-2内部，且高精度回转主轴1-8与传感器弹性体1-2的内壁之间设置有1_的间隙；传感器弹性体1-2通过四个传感器安装螺钉1-7安装于主轴支座1-5上；主轴支座1-5的竖直面上开有四个沉头孔，用于与外部进行支撑固定；
[0017]主轴夹紧轴套1-9为薄壁轴套结构，其一侧开有通槽，主轴紧定螺钉1-12放置于该通槽内；主轴夹紧轴套1-9位于高精度回转主轴1-8和传感器弹性体1-2之间的间隙内，并由主轴紧定螺钉1-12锁紧；
[0018]弹簧夹头1-11的一端与高精度回转主轴1-8的另一端螺纹连接；研磨工具1-10的顶端深入弹簧夹头1-11内，且由弹簧夹头1-11夹紧；
[0019]四片X方向电阻应变片1-1均粘贴于传感器弹性体1-2的下半部分的两个侧面上，每个侧面的中间位置各粘贴两片；
[0020]四片Y方向电阻应变片1-13均粘贴于传感器弹性体1-2的上半部分的两个侧面上，每个侧面的中间位置各粘贴两片；
[0021]坐标测针1-14位于弹簧夹头1-11内，且由弹簧夹头1-11夹紧；坐标测针1_14与研磨工具1-10之间的距离为3mm?5mm ;坐标测针1_14用于测量挠性接头的细颈尺寸、方位及接触力的大小，并将挠性接头的细颈尺寸、方位及接触力的大小发送至动态电阻应变仪12。
[0022]传感器弹性体1-2包括X方向一号梁1-2-1、X方向二号梁1_2_2、一号螺纹孔1-2-3、沿X方向的通槽1-2-4、二号螺纹孔1-2-5、Y方向一号梁1_2_6、沿Y方向的通槽1-2-7、Y方向二号梁1-2-8、薄壁1-2-9、通孔1-2-10、U型工艺槽口 1-2-11 ；
[0023]传感器弹性体1-2上沿两个相邻的竖直面上切割出通槽，分别为沿X方向的通槽1-2-4和沿Y方向的通槽1-2-7 ;通槽与传感器弹性体1-2的外表面距离最近的位置形成厚度为0.5mm的薄壁1-2-9 ；
[0024]沿X方向的通槽1-2-4与传感器弹性体1-2的体身构成两个梁，分别为X方向一号梁1-2-1和X方向二号梁1-2-2，且两个梁相互平行，构成X方向的平行梁结构；
[0025]沿Y方向的通槽1-2-7与传感器弹性体1-2的体身构成两个梁，分别为Y方向一号梁1-2-6和Y方向二号梁1-2-8，且两个梁相互平行，构成Y方向的平行梁结构；
[0026]传感器弹性体1-2的底部加工有两个U型工艺槽口 1-2-11，用于粘贴X方向电阻应变片1-1和Y方向电阻应变片1-13 ;
[0027]传感器弹性体1-2中间开有通孔1-2-10，用于安装高精度回转主轴1_8 ;
[0028]传感器弹性体1-2的侧面开有一号螺纹孔1-2-3，用于安装传感器安装螺钉1_7 ;
[0029]传感器弹性体1-2的底面开有二号螺纹孔1-2-5，用于安装主轴紧定螺钉1_12。
[0030]XY正交精密位移台6包括上平台6-1、X方向防尘罩6-2、Y方向防尘罩6-3、线缆拖链6-4、两个滚珠丝杠及支撑座6-5、光栅尺及读数头6-6、中平台6-7、Y方向直线导轨滑块6-8、光电接近限位开关6-9、Υ方向伺服电机6-10、两根Υ方向直线导轨6-11、底板6-12、X方向伺服电机6-13、X方向直线导轨滑块6-14和两根X方向直线导轨6-15 ；
[0031]上平台6-1位于X方向直线导轨滑块6-14上；
[0032]X方向直线导轨滑块6-14位于X方向直线导轨6-15上，且沿X方向直线导轨6-15滑动；两根X方向直线导轨6-15平行于X轴设置，且安装于中平台6-7上；
[0033]中平台6-7位于Υ方向直线导轨滑块6-8上；
[0034]Υ方向直线导轨滑块6-8位于Υ方向直线导轨6-11上，且沿Υ方向直线导轨6_11滑动；两根Υ方向直线导轨6-11平行于Υ轴设置，且安装于底板6-12上；
[0035]X方向伺服电机6-13和一个滚珠丝杠及支撑座6-5均位于中平台6_7和上平台6-1之间；Χ方向伺服电机6-13通过膜片式弹性联轴器与一个滚珠丝杠及支撑座6-5同轴连接，用于驱动中平台6-7沿X方向直线运动；
[0036]Υ方向伺服电机6-10和另一个滚珠丝杠及支撑座6-5均位于中平台6_7和底座6-12之间；Υ方向伺服电机6-10通过膜片式弹性联轴器与另一个滚珠丝杠及支撑座6-5