CN101214626A - 薄壁微结构零件研抛装置 - Google Patents

Abstract

薄壁微结构零件研抛装置，它涉及一种研抛装置。本发明解决了现有技术中微薄壁零件的变质层研抛主要由手工完成，效率低，而且成品率低，当大批量生产时，手工研抛无法满足要求的问题。下主轴套(3)固装在工作台(1)上的y轴电动工作台(1－2)上，上主轴套(2)固装在下主轴套(3)上，主轴(4)的一端置于上主轴套(2)与下主轴套(3)之间，主轴(4)的另一端与研抛头(5)固接，夹具(6)安装在工作台(1)的精密旋转台(1－4)上，电容传感器(7)安装在夹具(6)内。本发明提高了微薄壁零件变质层的研抛效率及成品率，具有无级调速、微量调整、显微测量、在线修正和接触感知的功能，可实现亚微米级的定位精度和毫牛级的力感知能力，从而可实现稳定可控的微米级材料去除。

Description

薄壁微结构零件研抛装置

技术领域

本发明涉及一种研抛装置。

背景技术

金属薄壁微结构零件的研抛主要是为了去除薄壁结构的加工变质层，此类零件的特征尺寸基本在几个至十几个微米的量级上，加工变质层的厚度多在1个微米左右。目前此类微薄壁零件的变质层研抛主要由手工完成，效率低，而且成品率低，当大批量生产时，手工的研抛已经无法满足要求。

发明内容

本发明的目的是为解决现有技术中微薄壁零件的变质层研抛主要由手工完成，效率低，而且成品率低，当大批量生产时，手工研抛无法满足要求的问题进而提供一种薄壁微结构零件研抛装置。本发明由工作台1、上主轴套2、下主轴套3、主轴4、研抛头5、夹具6和电容传感器7组成；下主轴套3固装在工作台1上的y轴电动工作台1-2上，上主轴套2固装在下主轴套3上，主轴4的一端置于上主轴套2与下主轴套3之间，主轴4的另一端与研抛头5固接，夹具6安装在工作台1的精密旋转台1-4上，电容传感器7安装在夹具6内。

本发明具有以下有益效果：本发明提高了薄壁微结构零件变质层的研抛效率及成品率，适用于大批量生产，具有无级调速、定时加工、微量调整、显微测量、在线修正和接触感知的功能，并且具有要求实现自定位和自进给的能力，可实现亚微米级的定位精度和毫牛级的力感知能力，从而可以实现稳定可控的微米级材料去除。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图，图2是研抛头5的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式由工作台1、上主轴套2、下主轴套3、主轴4、研抛头5、夹具6和电容传感器7组成；下主轴套3固装在工作台1上的y轴电动工作台1-2上，上主轴套2固装在下主轴套3上，主轴4的一端置于上主轴套2与下主轴套3之间，主轴4的另一端与研抛头5固接，夹具6安装在工作台1的精密旋转台1-4上，电容传感器7安装在夹具6内。研抛头采用软质材料，如紫铜等，研磨头的径向跳动可以放宽到5μm；由于被加工工件的特征尺寸在微米级，而且材料的去除量极小，因此，夹具具有高灵敏度的力/位移感知功能，微力的测量分辨率在毫牛级，微位移的测量分别率为0.1μm，二者可选其一，或者同时选取；在加工过程开始前，输入初始的工艺参数，如材料去除厚度、接触力、研抛头转速、工件往复运动速度、循环次数等；工作台运动时，工作台的实际位移通过光栅反馈，并显示在工控机的显示器上，研抛头与工件的相对位置通过CCD显微视频装置采集并显示，研抛头与工件的接触力通过夹具中的传感器测量，具体是通过在弹性夹具体下方的电容传感器测量夹具体的产生的微位移，并通过有限元计算反求出加工过程中的研抛力；对刀过程完成后，研抛过程开始，随着材料的逐步去除，研抛头与工件的接触力逐渐缩小，当接触力恢复至初始值时，可以认为一个加工循环结束；如果研抛过程需要多个加工循环，可以在上次循环结束后，由y轴电动工作台带动研抛头自动进给，当夹具体向下的唯一达到设定值，进给结束，研抛过程开始。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式中工作台1由x轴精密平移台1-1、y轴电动工作台1-2、z轴电动工作台1-3、精密旋转台1-4和支架1-5组成；z轴电动工作台1-3固装在支架1-5的水平平台1-11上，y轴电动工作台1-2位于x轴精密平移台1-1与支架1-5的垂直构件1-12之间，y轴电动工作台1-2与支架1-5的垂直构件1-12固接，x轴精密平移台1-1安装在z轴电动工作台1-3上，手动旋转工作台1-4安装在x轴精密平移台1-1上。y轴电动工作台主要负责加工过程中的进给功能，进给量可以等同为研抛过程中的材料去除量，进给量的精度可以通过夹具中的微力/微位移测量装置的测量精度来保证。y轴电动工作台的位置控制分辨率的设计指标为0.25μm，y轴电动工作台的位置精度为±0.5μm；x轴精密平移台主要用于待研抛的微结构与研抛头之间的相对位置的调整，该过程是通过在CCD下旋转手动微调旋钮来实现的，运动精度设计指标为±0.5μm，x轴精密平移台的点位控制分辨率为0.1μm；z轴电动工作台做往复运动，其定位精度可以放宽到5μm左右；精密旋转台用于调整微结构与研抛头之间的角度误差，角位移分辨率10″；由于y轴电动工作台的运动控制分辨率和位置精度要求较高，所以y轴电动工作台的伺服系统采用高性能伺服电机拖动超精密级的滚珠丝杠和超精密级的线性滑块导轨的方式，位置反馈采用17位光电码盘和10nm分辨率的光栅来实现，采用双反馈方案可以有效地减小因伺服机构中的摩擦、间隙等非线性因素引起的系统的极限环振荡，从而提高系统的稳定性和位置控制精度；z轴电动工作台的伺服系统采用步进电机拖动滚珠丝杠的方式。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式中y轴电动工作台1-2由电机1-6、底板1-7、丝杠1-8、溜板1-9和丝母1-10组成；底板1-7固装在支架1-5上，电机1-6固装在底板1-7的上端面上，丝杠1-8的一端与电机1-6的输出轴传动连接，丝杠1-8的另一端与底板1-7转动配合，丝母1-10与丝杠1-8配合，溜板1-9的一侧面与丝母1-10固接，溜板1-9的另一侧面与下主轴套3固接。电机驱动丝杠丝母运动，丝母带动溜板运动，从而实现溜板带动研抛头做y轴方向的运动。

具体实施方式四：结合图2说明本实施方式，本实施方式中研抛头5由抛光轮5-1和细轴5-2组成；细轴5-2的一端与抛光轮5-1固接，细轴5-2的另一端与主轴4固接。主轴带动细轴及抛光轮进行运动。

Claims (4)

1.薄壁微结构零件研抛装置，它由工作台(1)、上主轴套(2)、下主轴套(3)、主轴(4)、研抛头(5)、夹具(6)和电容传感器(7)组成；其特征在于下主轴套(3)固装在工作台(1)上的y轴电动工作台(1-2)上，上主轴套(2)固装在下主轴套(3)上，主轴(4)的一端置于上主轴套(2)与下主轴套(3)之间，主轴(4)的另一端与研抛头(5)固接，夹具(6)安装在工作台(1)的精密旋转台(1-4)上，电容传感器(7)安装在夹具(6)内。

2.根据权利要求1所述的薄壁微结构零件研抛装置，其特征在于工作台(1)由x轴精密平移台(1-1)、y轴电动工作台(1-2)、z轴电动工作台(1-3)、精密旋转台(1-4)和支架(1-5)组成；z轴电动工作台(1-3)固装在支架(1-5)的水平平台(1-1 1)上，y轴电动工作台(1-2)位于x轴精密平移台(1-1)与支架(1-5)的垂直构件(1-12)之间，y轴电动工作台(1-2)与支架(1-5)的垂直构件(1-12)固接，x轴精密平移台(1-1)安装在z轴电动工作台(1-3)上，精密旋转台(1-4)安装在x轴精密平移台(1-1)上。

3.根据权利要求1或2所述的薄壁微结构零件研抛装置，其特征在于y轴电动工作台(1-2)由电机(1-6)、底板(1-7)、丝杠(1-8)、溜板(1-9)和丝母(1-10)组成；底板(1-7)固装在支架(1-5)上，电机(1-6)固装在底板(1-7)的上端面上，丝杠(1-8)的一端与电机(1-6)的输出轴传动连接，丝杠(1-8)的另一端与底板(1-7)转动配合，丝母(1-10)与丝杠(1-8)配合，溜板(1-9)的一侧面与丝母(1-10)固接，溜板(1-9)的另一侧面与下主轴套(3)固接。

4.根据权利要求1所述的薄壁微结构零件研抛装置，其特征在于研抛头(5)由抛光轮(5-1)和细轴(5-2)组成；细轴(5-2)的一端与抛光轮(5-1)固接，细轴(5-2)的另一端与主轴(4)固接。

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