CN106002626B - 一种压电致动砂轮调心装置 - Google Patents
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Abstract
一种压电致动砂轮调心装置，涉及精密磨削加工技术领域。设有调节支架、3个粗调模块和3个微调模块；3个粗调模块和3个微调模块间隔均布设于调节支架上且向心设置；调节支架设有支架座、3个导轨座和一对三角夹块；支架座为圆环结构，3个导轨座间隔均布固定于支架座上且呈向心设置；一对三角夹块的2块三角夹块之间连接，该一对三角夹块连接于支架座后部；粗调模块设有丝杠微分头、微分头座、导轨和导轨滑块；微分头座固定于导轨座上，丝杠微分头与微分头座连接，导轨滑块置于导轨上且与导轨滑动配合；微调模块设有支撑件和柱形压电陶瓷致动器；支撑件设于导轨滑块上方，柱形压电陶瓷致动器通过锁紧件设于支撑件上，且呈向心设置。
Description
技术领域
本发明涉及精密磨削加工技术领域，尤其是涉及高精度磨削机床上金刚石砂轮的安装偏心高精度调节装置。具体说是一种压电致动砂轮调心装置。
背景技术
磨削作为机械加工中不可或缺的组成部分，是精密加工与超精密加工的重要手段。然而在磨削加工的过程中，由于砂轮安装偏心导致的加工误差严重制约着精密磨床的加工精度。传统的砂轮调心方法大多是通过肉眼或借助位移传感器观察，反复手动调整砂轮法兰盘上锁紧螺钉或是调整砂轮锁紧螺母，这种调心定位方法没有准确性且效率极低，砂轮偏心调整精确度结果因人而异，精度差。
发明内容
本发明的目的在于针对传统砂轮偏心调整存在操作上的困难和精度较低的问题，提供一种可实现砂轮偏心快速精确调整的压电致动砂轮调心装置。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明设有调节支架、3个相同结构的粗调模块和3个相同结构的微调模块；3个相同结构的粗调模块和3个相同结构的微调模块间隔均布设于调节支架上，且为向心设置；
所述调节支架设有支架座、3个结构相同的导轨座和一对结构相同的三角夹块；支架座为圆环结构，3个导轨座通过紧固件间隔均布固定于支架座上且呈向心设置；该一对三角夹块的2块三角夹块之间通过锁紧件连接，该一对三角夹块通过锁紧件连接于支架座后部，该一对三角夹块用于夹紧磨床主轴；
所述粗调模块设有丝杠微分头、微分头座、导轨和导轨滑块；微分头座固定于所述导轨座上，微分头座上部设有安装螺纹，丝杠微分头通过螺纹与微分头座连接，导轨固定在所述导轨座上，导轨滑块置于导轨上且与导轨滑动配合，导轨滑块通过旋转丝杠微分头推动可在导轨上移动；
微调模块设有支撑件和柱形压电陶瓷致动器；支撑件设于所述导轨滑块上方，柱形压电陶瓷致动器通过锁紧件设于支撑件上，且呈向心设置。
进一步：
所述导轨座与所述支架座之间通过台阶面相互嵌套配合固定连接。
所述微分头座与导轨座之间通过台阶面相互嵌套配合固定连接。
所述支撑件设有压电陶瓷座和径向支撑块，压电陶瓷座与径向支撑块呈相互垂直，径向支撑块上设有圆弧槽，圆弧槽套在所述柱形压电陶瓷致动器外壁上，柱形压电陶瓷致动器一端固定在压电陶瓷座上，柱形压电陶瓷致动器动力端用于推动待调心的砂轮。
与现有技术比较，本发明有益效果如下：
使用时，本发明通过三角夹块对磨床主轴进行夹紧，从而将压电致动砂轮调心装置固定在磨床主轴上。采用三角夹块夹紧机构有利于保证调节支架的中心轴线与主轴中心轴线重合。通过旋转丝杠微分头带动导轨滑块上的柱形压电陶瓷致动器沿导轨方向移动，实现将砂轮径向方向上偏心分量调整到柱形压电陶瓷致动器的调节行程范围内，同时丝杠微分头带有自锁功能，可为砂轮调心提供径向支撑力；所述微调模块，包括压电陶瓷座、径向支撑块、柱形压电陶瓷致动器，按照本发明提出的砂轮偏心量分解算法，可精确求出砂轮径向方向上三个微调模块的调整量，根据压电特性对沿砂轮圆周均布的三个柱形压电陶瓷致动器分别施加一定电压，可实现砂轮偏心量的精确调整。由此可见，本发明具有结构简单、装卸方便，可实现对砂轮偏心的精确调整，可提高精密磨床的加工精度等突出优点。
附图说明
图1为本发明实施例的立体结构示意图。
图2为本发明实施例的粗调模块和粗调模块结构示意图。
图3为本发明实施例的后视结构示意图。
图4为本发明本发明实施例的调节支架分解结构示意图。
图5为本发明本发明实施例的粗调模块和粗调模块分解结构示意图。
图6为本发明本发明实施例的安装示意图(主视图)。
图7为本发明本发明实施例的安装示意图(侧视图)。
图8为本发明本发明实施例的机构运动简图。
各图中的标记表示：1.柱形压电陶瓷致动器，2.导轨滑块，3.导轨，4.微分头座，5.丝杠微分头，6.导轨座，7.压电陶瓷座，8.径向支撑块，9.支架座，10.三角夹块，11.砂轮，12.磨床主轴。
具体实施方式
参见图1～7，本发明实施例本发明设有调节支架、3个相同结构的粗调模块和3个相同结构的微调模块；3个相同结构的粗调模块和3个相同结构的微调模块间隔均布设于调节支架上，且为向心设置。
所述调节支架包括支架座9、3个结构相同的导轨座6和一对结构相同的三角夹块10；导轨座6与支架座9设有台阶面相互嵌套配合，通过锁紧螺钉固定在支架座9上，三角夹块10沿砂轮11主轴轴心对称分布，并夹紧于磨床主轴12上。三角夹块10与支架座9之间及2块三角夹块10之间连接处均采用锁紧螺栓和锁紧螺母连接。所述粗调模块包括丝杠微分头5、微分头座4、导轨3和导轨滑块2。导轨座6与微分头座4设有台阶面相互嵌套配合，并通过锁紧螺钉连接。微分头座4上部设有安装螺纹，微分头座4与所述丝杠微分头5通过螺纹连接，导轨3由锁紧螺钉沿支架座9径向固定在导轨座6上，导轨滑块2放置在导轨3上，可通过旋转丝杠微分头5推动导轨滑块2在导轨3上移动。所述微调模块设有压电陶瓷座7、径向支撑块8、柱形压电陶瓷致动器1，压电陶瓷座7和径向支撑块8设置于导轨滑块2上方，压电陶瓷座7与导轨滑块2及径向支撑块8与导轨滑块2之间均通过锁紧螺钉连接，压电陶瓷座7与径向支撑块8垂直。柱形压电陶瓷致动器1与压电陶瓷座7通过锁紧螺钉相连，其中压电陶瓷座7为柱形压电陶瓷致动器1提供轴向支撑力，径向支撑块8为柱形压电陶瓷致动器1提供径向支撑力。
本实施例的工作原理如下：
使用前应先将砂轮11初步预紧，使其径向在一定力的作用下能够发生微小的移动，同时又保证砂轮11在低速旋转时不发生偏移。然后让砂轮低速旋转，通过位移传感器采集砂轮圆周偏心数据获得砂轮11的偏心距和偏心角。
使用时，先通过所述三角夹块10夹紧于磨床主轴12上；然后分别手动调节三个丝杠微分头5上的旋钮，使得导轨3上的导轨滑块2在丝杠微分头5的推动下沿支架座9径向移动，直至三个导轨滑块2上的柱形压电陶瓷致动器1接触到砂轮11法兰盘圆周面，此时砂轮11的径向定位可由这三个柱形压电陶瓷致动器1来独立完成；接着根据前面所测得到的砂轮偏心距和偏心角大小，确定三个柱形压电陶瓷致动器1所需的调整大小和方向，如果此时求得某一方向的偏心分量超过柱形压电陶瓷致动器1的调节范围，应先手动粗调沿砂轮圆周分布的该方向上的丝杠微分头5，使得该方向上的偏心分量至柱形压电陶瓷致动器1的调节行程范围内；最后再根据压电特性对各柱形压电陶瓷致动器1分别施加一定电压，通过微调模块可实现砂轮11偏心量的精确调整。至此，磨床砂轮自动偏心调整结束。
将砂轮的偏心量分解至三点均布的柱形压电陶瓷致动器1所在三个方向的具体步骤如下：
根据压电致动砂轮调心装置结构模型，对其机构进行化简可得如图8的机构运动简图。在图8中，以实际回转轴的轴心O为中心，建立直角坐标系OXY，假设三个柱形压电陶瓷致动器的轴向位置分别为x轴、y轴、z轴，起始位置为x、y、z，其中沿靠近圆心方向为视为正向，背离圆心方向为视为逆向，并假定偏移调整后的位置分别为x’、y’、z’；O’为砂轮初始圆心所在位置，α角为OO’起始位置与X轴方向的夹角，称作偏心角(其中沿逆时针方向视为正向)，R为砂轮的总偏心距即R＝|OO’|，记Δx＝|xx’|、Δy＝|xx’|、Δz＝|xx’|。假定实验所用砂轮的半径为r。
砂轮在实际位置O’处形成的轮廓圆方程为：
由x轴、y轴、z轴在直角坐标中位置，可以得到图示中直线l1,l2,l3的方程分别如下：
l1:x＝0
由上式(1)(2)，可分别联立以下三个方程组：
假定三个柱形压电陶瓷致动器初始位置坐标分别为x’(a、b)、y’(c、d)、z’(e、f)，通过上式(3)、(4)、(5)可求得:
式中，为简化表达式引入记号s和c，其中s＝sin(α),c＝cos(α)。
假定三个柱形压电陶瓷致动器偏移调整后位置点的坐标分别为x’(a’、b’)、y’(c’、d’)、z’(e’、f’)，则:
根据表达式(6)、(7)可以求得柱形压电陶瓷致动器所在三个方向的偏心分量：
式中,当所求Δx、Δy、Δz值为正值时，表示该方向上柱形压电陶瓷致动器应向靠近圆心方向调整；反之，当所求Δx、Δy、Δz值为负值时，该方向上柱形压电陶瓷致动器应向圆心背离圆心方向调整。
Claims (4)
1.一种压电致动砂轮调心装置，其特征在于，设有调节支架、3个相同结构的粗调模块和3个相同结构的微调模块；3个相同结构的粗调模块和3个相同结构的微调模块对应组成3个相同结构的调节模块，3个相同结构的调节模块间隔均布设于调节支架上，且为向心设置；
所述调节支架设有支架座、3个结构相同的导轨座和一对结构相同的三角夹块；支架座为圆环结构，3个导轨座通过紧固件间隔均布固定于支架座上且呈向心设置；该一对三角夹块的2块三角夹块之间通过锁紧件连接，该一对三角夹块通过锁紧件连接于支架座后部，该一对三角夹块用于夹紧磨床主轴；
所述粗调模块设有丝杠微分头、微分头座、导轨和导轨滑块；微分头座固定于所述导轨座上，微分头座上部设有安装螺纹，丝杠微分头通过螺纹与微分头座连接，导轨固定在所述导轨座上，导轨滑块置于导轨上且与导轨滑动配合，导轨滑块通过旋转丝杠微分头推动可在导轨上移动；
所述微调模块设有支撑件和柱形压电陶瓷致动器；支撑件设于所述导轨滑块上方，柱形压电陶瓷致动器通过锁紧件设于支撑件上，且呈向心设置。
2.根据权利要求1所述一种压电致动砂轮调心装置，其特征在于，所述导轨座与所述支架座之间通过台阶面相互嵌套配合固定连接。
3.根据权利要求1所述一种压电致动砂轮调心装置，其特征在于，所述微分头座与导轨座之间通过台阶面相互嵌套配合固定连接。
4.根据权利要求1所述一种压电致动砂轮调心装置，其特征在于，所述支撑件设有压电陶瓷座和径向支撑块，压电陶瓷座与径向支撑块呈相互垂直，径向支撑块上设有圆弧槽，圆弧槽套在所述柱形压电陶瓷致动器外壁上，柱形压电陶瓷致动器一端固定在压电陶瓷座上，柱形压电陶瓷致动器动力端用于推动待调心的砂轮。
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