CN109249304A - 一种平面研磨精密定尺寸装置及控制方法 - Google Patents

一种平面研磨精密定尺寸装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种平面研磨精密定尺寸装置，包括有平面研磨机床的Z轴滑座以及滑动安装在Z轴滑座上的Z轴滑台，Z轴滑台的下端安装有研磨头，研磨头的下方设置有工作台，在Z轴滑座上固定有定尺寸调整机构，定尺寸调整机构上固定安装有定尺寸控制装置，定尺寸控制装置还与Z轴滑台固定连接。本发明一种平面研磨精密定尺寸装置，解决了现有技术中存在的平面研磨批量生产效率底的问题。本发明还公开了上述一种平面研磨精密定尺寸装置的控制方法。

Description

一种平面研磨精密定尺寸装置及控制方法
技术领域
本发明属于机械加工平面研磨设备技术领域，涉及一种平面研磨精密定尺寸装置，本发明还涉及上述一种平面研磨精密定尺寸装置的控制方法。
背景技术
平面研磨质量主要包括几何方面和物理方面两部分，其中几何方面偏差可分为：(1)几何尺寸偏差，即平面研磨工件的厚度偏差；(2)几何形状偏差，主要是指表面粗糙度、波纹度及微观形貌等。物理方面主要包括塑性变形、加工硬化、相变、残余应力、晶间腐蚀和选择性腐蚀等方面内容。
在机械加工中，通常按加工精度划分为常规加工、精密加工及超精密加工。目前将加工尺寸精度在0.1～1μm、表面粗糙度Ra在0.01～0.1μm之间的加工方法称为精密加工。
平面研磨是平面精密加工的重要加工方法，工件的厚度偏差是平面研磨质量的关键指标，一般是采用停机检测方法来监测工件的厚度偏差，对批量生产而言，效率低，且精度一致性不易保证。因此批量生产的精密平面研磨工件厚度偏差的定尺寸控制是高效、精密研磨的发展方向。
发明内容
本发明的目的是提供一种平面研磨精密定尺寸装置，解决了现有技术中存在的平面研磨批量生产效率底的问题。
本发明的另一目的是提供了上述一种平面研磨精密定尺寸装置的控制方法。
本发明所采用的技术方案是，一种平面研磨精密定尺寸装置，包括有平面研磨机床的Z轴滑座以及滑动安装在Z轴滑座上的Z轴滑台，Z轴滑台的下端安装有研磨头，研磨头的下方设置有工作台，在Z轴滑座上固定有定尺寸调整机构，定尺寸调整机构上固定安装有定尺寸控制装置，定尺寸控制装置还与Z轴滑台固定连接。
本发明第一种技术方案的特征还在于，
定尺寸调整机构采用小型直线移动组件，包括固定在Z轴滑座上的小滑座，小滑台通过小导轨和小丝杠与小滑座连接，且小滑台的滑动方向与Z轴滑台的运动方向平行，小丝杠的下端穿过小滑座并连接有锁紧螺母。
定尺寸控制装置包括固定在小滑台上的支架，支架的上表面固定安装有非接触位移传感器和防撞开关，非接触位移传感器的测头方向与Z轴滑台的运动方向平行，定尺寸控制装置还包括固定安装在Z轴滑台上的反射板，反射板位于非接触位移传感器和防撞开关的正上方。
被研磨工件固定在工作台上。
当平面研磨机床在Z轴行程位移零位时，即就是，Z轴滑台位于Z轴滑座的最上方时，记研磨头下表面至工作台上表面的距离为H0，研磨头下表面至被研磨工件上表面的距离为L0，被研磨工件的厚度尺寸要求为h，则H0＝L0+h，当Z轴滑台位于Z轴滑座的最上方时且小滑台位于小滑台行程的最上方时，非接触位移传感器测头上表面至反射板下表面的调整距离记为δ'，δ'＝δmax/2，δmax为非接触位移传感器量程上限，防撞开关的高度高于非接触位移传感器测头，且防撞开关的上表面与非接触位移传感器测头的上表面的高度差为Δ，0<Δ<δmax/2。
本发明采用的另一种技术方案是，一种平面研磨精密定尺寸装置的控制方法，采用上述一种平面研磨精密定尺寸装置，具体按照以下步骤实施：
步骤1，平面研磨机床在Z轴行程位移零位时，即Z轴滑台位于Z轴滑座的最上方时，调整定尺寸调整机构，具体为：
(1)转动小丝杠，将小滑台沿小滑座向上移动，带动非接触位移传感器上移，至非接触位移传感器的测头上表面与反射板下表面之间的调整距离为δ'＝δmax/2；
(2)转动小丝杠，将小滑台沿小滑座向下移动L0，同时带动非接触位移传感器下移L0，至非接触位移传感器的测头上表面与反射板下表面之间的调整距离为L0+δ'＝L0+δmax/2，调整后用锁紧螺母锁紧；
步骤2，将平面研磨机床Z轴滑台从Z轴零位向下进给移动，当研磨头进给位移S＝Smax时，此时研磨头下表面至工作台上表面的距离H＝h，研磨头下表面至研磨工件上表面的距离L＝0，研磨加工完成，记录S＝Smax时，非接触位移传感器测头的测值信号δ；
步骤3，对于要求厚度尺寸为h的被研磨工件采用平面研磨机床进行批量平面研磨时，当到达非接触位移传感器的测头的测值信号为δ，则表示被研磨工件厚度尺寸h的精度达到要求，停止研磨，实现批量定尺寸研磨加工；
步骤4，若被研磨工件的厚度尺寸h发生变化，则重复步骤1-3，实现批量定尺寸研磨加工。
本发明的有益效果是：本发明的平面研磨精密定尺寸装置，采用非接触位移传感器进行研磨工件厚度尺寸控制，研磨精度高，例如采用精密涡流移传感器作为非接触位移传感器，其量程为0～1mm，分辨率为0.01μm，检测精度可到达0.1μm，可满足0.1～1μm的精密研磨加工要求；自动实现定尺寸控制，效率高；具有定尺寸调整机构，可方便地适用于不同研磨工件厚度尺寸的控制，应用范围广。
附图说明
图1是本发明平面研磨机床的结构示意图；
图2是本发明平面研磨机床Z轴行程零位时的状态示意图；
图3是本发明定尺寸调整机构和定尺寸控制装置的结构示意图；
图4是本发明一种平面研磨精密定尺寸装置的控制方法中定尺寸调整机构的第一步调整示意图；
图5是本发明一种平面研磨精密定尺寸装置的控制方法中定尺寸调整机构的第二步调整示意图；
图6本发明一种平面研磨精密定尺寸装置的控制方法中Z轴滑台的运动过程图；
图7是本发明一种平面研磨精密定尺寸装置的控制方法中测定非接触位移传感器测头的测值信号δ的示意图。
图中，1.Z轴滑台，2.Z轴滑座，3.研磨头，4.工作台，5.定尺寸调整机构，6.定尺寸控制装置，7.被研磨工件；
5-1.小丝杠，5-2.小导轨，5-3.小滑台，5-4.小滑座，5-5.锁紧螺母；
6-1.非接触位移传感器，6-2.支架，6-3.防撞开关，6-4.反射板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种平面研磨精密定尺寸装置，如图1-2所示，包括有平面研磨机床的Z轴滑座2以及滑动安装在Z轴滑座2上的Z轴滑台1，Z轴滑台1的下端安装有研磨头3，研磨头3的下方设置有工作台4，如图3所示，在Z轴滑座2上固定有定尺寸调整机构5，定尺寸调整机构5上固定安装有定尺寸控制装置6，定尺寸控制装置6还与Z轴滑台1固定连接。
如图4-5所示，定尺寸调整机构5采用小型直线移动组件，包括固定在Z轴滑座2上的小滑座5-4，小滑台5-3通过小导轨5-2和小丝杠5-1与小滑座5-4连接，且小滑台5-3的滑动方向与Z轴滑台1的运动方向平行，小丝杠5-1的下端穿过小滑座5-4并连接有锁紧螺母5-5。
具体的，小滑座5-4上转动设置有小丝杠5-1，小丝杠5-1上转动连接小滑台5-3，小滑台5-3滑动连接在小导轨5-2上，且小滑台5-3的滑动方向与Z轴滑台1的运动方向平行，将小丝杠5-1的回转运动，转换成小滑台5-3沿小导轨5-2滑动的直线运动；
定尺寸控制装置6包括固定在小滑台5-3上的支架6-2，支架6-2的上表面固定安装有非接触位移传感器6-1和防撞开关6-3，非接触位移传感器6-1的测头方向与Z轴滑台1的运动方向平行，定尺寸控制装置6还包括固定安装在Z轴滑台1上的反射板6-4，反射板6-4设置为水平状态与Z轴滑台1的运动方向平行垂直，反射板6-4位于非接触位移传感器6-1和防撞开关6-3的正上方。
被研磨工件7固定在工作台4上。
当平面研磨机床在Z轴行程位移零位时，即就是，Z轴滑台1位于Z轴滑座2的最上方时，记研磨头3下表面至工作台4上表面的距离为H0，研磨头3下表面至被研磨工件7上表面的距离为L0，被研磨工件7的厚度尺寸要求为h，则H0＝L0+h，当Z轴滑台1位于Z轴滑座2的最上方时且小滑台5-3行程位于最上方时，非接触位移传感器6-1测头上表面至反射板6-4下表面的调整距离记为δ'，δ'＝δmax/2，δmax为非接触位移传感器6-1量程上限，防撞开关6-3的高度高于非接触位移传感器6-1，且防撞开关6-3的上表面与非接触位移传感器6-1测头的上表面的高度差为Δ，0<Δ<δmax/2。
一种平面研磨精密定尺寸装置的控制方法，采用上述一种平面研磨精密定尺寸装置，如图6所示，具体按照以下步骤实施：
步骤1，在平面研磨机床在Z轴行程位移零位时，即Z轴滑台1位于Z轴滑座2的最上方时，调整定尺寸调整机构5，具体为：
(1)如图4所示，转动小丝杠5-1，将小滑台5-3沿小滑座5-4向上移动，带动非接触位移传感器6-1上移，至非接触位移传感器6-1的测头上表面与反射板6-4下表面之间的调整距离为δ'＝δmax/2；
(2)如图5所示，转动小丝杠5-1，将小滑台5-3沿小滑座5-4向下移动L0，同时带动非接触位移传感器6-1下移L0，至非接触位移传感器6-1的测头上表面与反射板6-4下表面之间的调整距离为L0+δ'＝L0+δmax/2，调整后用锁紧螺母5-5锁紧；
步骤2，如图7所示，将平面研磨机床Z轴滑台1从Z轴零位向下进给移动S，当研磨头3进给位移S＝Smax时，此时研磨头3下表面至工作台4上表面的距离H＝h，研磨头3下表面至研磨工件7上表面的距离L＝0，研磨加工完成，记录S＝Smax时，非接触位移传感器6-1测头的测值信号δ；
步骤3，对于要求厚度尺寸为h的被研磨工件7采用平面研磨机床进行批量平面研磨时，当到达非接触位移传感器6-1的测头的测值信号为δ，则表示被研磨工件7厚度尺寸h的精度达到要求，停止研磨，实现批量定尺寸研磨加工；
步骤4，若被研磨工件7的厚度尺寸h发生变化，则重复步骤1-3，实现批量定尺寸研磨加工。

Claims (6)

1.一种平面研磨精密定尺寸装置，包括有平面研磨机床的Z轴滑座(2)以及滑动安装在Z轴滑座(2)上的Z轴滑台(1)，所述Z轴滑台(1)的下端安装有研磨头(3)，所述研磨头(3)的下方设置有工作台(4)，其特征在于，所述在Z轴滑座(2)上固定有定尺寸调整机构(5)，所述定尺寸调整机构(5)上固定安装有定尺寸控制装置(6)，所述定尺寸控制装置(6)还与所述Z轴滑台(1)固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种平面研磨精密定尺寸装置，其特征在于，所述定尺寸调整机构(5)采用小型直线移动组件，包括固定在Z轴滑座(2)上的小滑座(5-4)，所述小滑座(5-4)通过小导轨(5-2)和小丝杠(5-1)与小滑台(5-3)连接，且小滑台(5-3)的滑动方向与Z轴滑台(1)的运动方向平行，所述小丝杠(5-1)的下端穿过所述小滑座(5-4)并连接有锁紧螺母(5-5)。
3.根据权利要求2所述的一种平面研磨精密定尺寸装置，其特征在于，所述定尺寸控制装置(6)包括固定在所述小滑台(5-3)上的支架(6-2)，所述支架(6-2)的上表面固定安装有非接触位移传感器(6-1)和防撞开关(6-3)，所述非接触位移传感器(6-1)的测头方向与Z轴滑台(1)的运动方向平行，定尺寸控制装置(6)还包括固定安装在Z轴滑台(1)上的反射板(6-4)，所述反射板(6-4)位于所述非接触位移传感器(6-1)和防撞开关(6-3)的正上方。
4.根据权利要求3所述的一种平面研磨精密定尺寸装置，其特征在于，所述被研磨工件(7)固定在所述工作台(4)上。
5.根据权利要求4所述的一种平面研磨精密定尺寸装置，其特征在于，当平面研磨机床在Z轴行程位移零位时，即就是，Z轴滑台(1)位于Z轴滑座(2)的最上方时，记所述研磨头(3)下表面至工作台(4)上表面的距离为H0，所述研磨头(3)下表面至被研磨工件(7)上表面的距离为L0，被研磨工件(7)的厚度尺寸要求为h，则H0＝L0+h，当Z轴滑台(1)位于Z轴滑座(2)的最上方时且小滑台(5-3)位于小滑座(5-4)的最上方时，非接触位移传感器(6-1)测头上表面至反射板(6-4)下表面的调整距离记为δ'，δ'＝δmax/2，δmax为非接触位移传感器(6-1)量程上限，所述防撞开关(6-3)的高度高于非接触位移传感器(6-1)，且所述防撞开关(6-3)的上表面与所述非接触位移传感器(6-1)测头的上表面的高度差为Δ，0<Δ<δmax/2。
6.一种平面研磨精密定尺寸装置的控制方法，其特征在于，采用如权利要求5所述的一种平面研磨精密定尺寸装置，具体按照以下步骤实施：
步骤1，平面研磨机床在Z轴行程位移零位时，即Z轴滑台(1)位于Z轴滑座(2)的最上方时，调整定尺寸调整机构(5)，具体为：
(1)转动小丝杠(5-1)，将小滑台(5-3)沿所述小滑座(5-4)向上移动，带动非接触位移传感器(6-1)上移，至非接触位移传感器(6-1)的测头上表面与反射板(6-4)下表面之间的调整距离为δ'＝δmax/2；
(2)转动小丝杠(5-1)，将小滑台(5-3)沿所述小滑座(5-4)向下移动L0，同时带动非接触位移传感器(6-1)下移L0，至非接触位移传感器(6-1)的测头上表面与反射板6-4下表面之间的调整距离为(L0+δ')＝(L0+δmax/2)，调整后用锁紧螺母(5-5)锁紧；
步骤2，将平面研磨机床Z轴滑台(1)从Z轴零位向下进给移动S，当研磨头3进给位移S＝Smax时，此时研磨头(3)下表面至工作台(4)上表面的距离H＝h，研磨头(3)下表面至研磨工件(7)上表面的距离L＝0，研磨加工完成，记录S＝Smax时，非接触位移传感器(6-1)测头的测值信号δ；
步骤3，对于要求厚度尺寸为h的被研磨工件(7)采用平面研磨机床进行批量平面研磨时，当到达非接触位移传感器(6-1)的测头的测值信号为δ，则表示被研磨工件(7)厚度尺寸h的精度达到要求，停止研磨，实现批量定尺寸研磨加工；
步骤4，若被研磨工件(7)的厚度尺寸h发生变化，则重复步骤1-3，实现批量定尺寸研磨加工。
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