CN111595517B - 一种金刚石微径铣刀动平衡测试与修正系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金刚石微径铣刀动平衡测试与修正系统,所述系统包括微磨削工作台和动平衡测量工作台两部分,其中:所述微磨削工作台包括精密气浮隔振平台、底座、精密运动台、压电陶瓷、电控旋转台、弹簧夹头、CCD相机、CCD安装架、竖直方向一维精密导轨、连接板、二维精密运动平台A、磨削轴安装架、高速磨削主轴、气动夹头A、砂轮磨头、二维精密运动平台B;所述动平衡测量工作台包括光电传感器、工控机、振动传感器、动平衡主轴、气动夹头B和动平衡仪。该系统可以对微铣刀进行动平衡的检测和不平衡量的处理,可以解决金刚石微铣刀在制备或磨损后由于动不平衡量导致微铣削加工过程中精度降低的难题。
Description
技术领域
本发明属于刀具制造技术领域,涉及一种金刚石微径铣刀动平衡测试与修正装置。
背景技术
随着工业水平的不断提高,在航空航天、电子技术、医疗技术、光学等领域对微小结构,较高精度的加工方式提出了更高要求,微铣削等微细加工技术因其在这些领域不可替代的作用,正越来越成为课题与工程研究的重点内容。
目前,微铣刀的制备工艺主要是精密微细磨削、超声振动研磨、聚焦离子束溅射、激光加工、线电极电火花磨削等。由于加工或磨损会造成动不平衡现象,影响加工质量,对于微铣刀的动平衡技术的研究成为提高微铣削质量的重要部分。微铣刀的动平衡操作可以看做动平衡测量与不平衡质量去除两部分,如何获得较高精度的不平衡量大小和相位信息,以及如何高精度的去除不平衡量,使残余不平衡量满足微铣削加工的精度要求,这些技术问题进一步增加了动平衡处理的难度。如今,德国、日本的动平衡技术和设备在国际上处于绝对的领先地位。我国对动平衡理论和装置的研制和开发从五十年代末期开始,与国际先进水平存在差距。尤其是对于微铣刀的动平衡处理,涉及的研究很少。因此,针对金刚石微铣刀的动平衡技术和设备的研究具有重要意义。
以制备后的单晶金刚石微铣刀为对象,搭建金刚石微铣刀的动平衡系统,可以实现动平衡的检测与去重处理,为制造高质量的金刚石微铣刀提供技术支持。
发明内容
本发明的目的是提供一种金刚石微径铣刀动平衡测试与修正系统,该系统可以对微铣刀进行动平衡的检测和不平衡量的处理,可以解决金刚石微铣刀在制备或磨损后由于动不平衡量导致微铣削加工过程中精度降低的难题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种金刚石微径铣刀动平衡测试与修正系统,包括微磨削工作台和动平衡测量工作台两部分,其中:
所述微磨削工作台包括精密气浮隔振平台、底座、精密运动台、压电陶瓷、电控旋转台、弹簧夹头、CCD相机、CCD安装架、竖直方向一维精密导轨、连接板、二维精密运动平台A、磨削轴安装架、高速磨削主轴、气动夹头A、砂轮磨头、二维精密运动平台B;
所述精密气浮隔振平台上设置有底座、二维精密运动平台B,所述二维精密运动平台B上设置有磨削轴安装架,磨削轴安装架上设置有二维精密运动平台A,二维精密运动平台A上安装有连接板,连接板上安装有竖直方向一维精密导轨,竖直方向一维精密导轨上的滑块与CCD安装架连接,CCD安装架上设置有CCD相机,高速磨削主轴上设置有气动夹头A,气动夹头A上装夹砂轮磨头,高速磨削主轴装夹在磨削轴安装架上;所述底座上安装有精密运动台,精密运动台上安装有压电陶瓷,压电陶瓷上设置有电控旋转台,电控旋转台上设置有弹簧夹头,弹簧夹头上装夹待去重的金刚石微铣刀;
所述动平衡测量工作台包括光电传感器、工控机、振动传感器、动平衡主轴、气动夹头B和动平衡仪;
所述光电传感器、工控机和动平衡主轴设置在精密气浮隔振平台上,所述动平衡主轴上设置有气动夹头B,气动夹头B上装夹待动平衡检测的金刚石微铣刀,动平衡主轴上安装有两个振动传感器,振动传感器和光电传感器与动平衡仪连接,金刚石微径铣刀动平衡测试与修正系统通过工控机进行控制。
一种利用上述系统进行金刚石微径铣刀动平衡测试与修正的方法,包括如下步骤:
步骤一:将待动平衡检测的金刚石微铣刀的刀柄安装在气动夹头B上,将两个振动传感器用磁吸方式分别固定在动平衡主轴的两个平面上,将光电传感器用磁吸方式安装在精密气浮隔振平台上,测头对准气动夹头B上的荧光贴纸;
步骤二:启动动平衡主轴,在动平衡主轴一定转速下检测待动平衡检测的金刚石微铣刀的动平衡状态,包括不平衡质量大小和相位;
步骤三:调节电控旋转台,使其顺时针和逆时针方向都能旋转90°;
步骤四:将待动平衡检测的金刚石微铣刀从气动夹头B上取下,安装在电控旋转台上的弹簧夹头上;
步骤五:通过二维精密运动平台A调节CCD相机的位置,使砂轮磨头与刀柄磨削部分处在CCD相机的视野内;
步骤六:通过磨削工艺去除不平衡质量;
步骤七:重复步骤二至步骤六,使动平衡精度达到要求,对微铣刀动平衡处理完成。
相比于现有技术,本发明具有如下优点:
1、本发明可以在10000rpm以上转速对金刚石微铣刀的动不平衡量进行检测,得到不平衡量的大小和相位,不平衡量检测精度优于0.2mg。
2、本发明通过对金刚石微铣刀上不平衡量的磨削去重,可以提高金刚石微铣刀的动平衡精度,不平衡量修正到1mg以内,从而改善金刚石微铣刀的动态特性,提高微铣削的加工质量。
附图说明
图1是金刚石微径铣刀动平衡测试与修正系统的微磨削工作台示意图。
图2是金刚石微径铣刀动平衡测试与修正系统的动平衡测量工作台示意图。
图3是金刚石微径铣刀动平衡测试与修正系统的整体布局示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明,但并不局限于此,凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,均应涵盖在本发明的保护范围中。
本发明提供了一种金刚石微径铣刀动平衡测试与修正系统,如图1-3所示,所述系统包括微磨削工作台和动平衡测量工作台两部分,其中:
所述微磨削工作台包括精密气浮隔振平台1、底座2、精密运动台3、压电陶瓷4、电机5、电控旋转台6、弹簧夹头7、CCD相机9、CCD安装架10、竖直方向一维精密导轨11、连接板12、二维精密运动平台A13、磨削轴安装架14、高速磨削主轴15、气动夹头A16、砂轮磨头17、二维精密运动平台B18;
所述精密气浮隔振平台1上设置有底座2、二维精密运动平台B18,所述二维精密运动平台B18上设置有磨削轴安装架14,磨削轴安装架14上设置有二维精密运动平台A13,二维精密运动平台A13上安装有连接板12,连接板12上安装有竖直方向一维精密导轨11,竖直方向一维精密导轨11上的滑块与CCD安装架10连接,CCD安装架10上设置有CCD相机9,高速磨削主轴15上设置有气动夹头A16,气动夹头A16上装夹砂轮磨头17,高速磨削主轴15装夹在磨削轴安装架14上;所述底座2上安装有精密运动台3,精密运动台3上安装有压电陶瓷4,压电陶瓷4上设置有电控旋转台6,电控回转台6由电机5驱动,电控旋转台6上设置有弹簧夹头7,弹簧夹头7上装夹待去重的金刚石微铣刀8;
所述动平衡测量工作台包括光电传感器19、工控机20、振动传感器21、动平衡主轴22、气动夹头B23和动平衡仪25;
所述光电传感器19、工控机20和动平衡主轴22设置在精密气浮隔振平台1上,所述动平衡主轴22上设置有气动夹头B23,气动夹头B23上装夹待动平衡检测的金刚石微铣刀24,动平衡主轴22上安装有两个振动传感器21,振动传感器21和光电传感器19与动平衡仪25连接,金刚石微径铣刀动平衡测试与修正系统整体通过工控机20进行控制。
本发明中,所述电控旋转台6的C轴与二维精密运动平台B18的Z轴应具有很好的平行度。
本发明中,所述压电陶瓷4的运动方向与二维精密运动平台B18的X轴具有很好的平行度。
本发明中,所述磨削轴安装架14通过拧紧安装架顶部的长螺栓实现电机的夹紧固定。
本发明中,所述砂轮磨头17实际参与磨削的部分必须保证处于CCD数字相机9的视野内。
本发明中,所述振动传感器21必须安装在不同的两个平面,分别测量两个平面的振动量。
本发明中,所述光电传感器19的测头应对准待动平衡检测的金刚石微铣刀24,测量金刚石微铣刀的转速。
本发明中,所述动平衡主轴22是高速气浮主轴。
利用上述系统进行金刚石微径铣刀动平衡测试与修正的方法,通过以下步骤实现:
步骤一:将待动平衡检测的金刚石微铣刀24的刀柄安装在气动夹头B23上,将两个振动传感器21用磁吸方式分别固定在动平衡主轴22的两个平面上,将光电传感器19用磁吸方式安装在精密气浮隔振平台1上,测头对准气动夹头B23上的荧光贴纸。
步骤二:启动动平衡主轴22,在动平衡主轴22一定转速下检测待动平衡检测的金刚石微铣刀24的动平衡状态,包括不平衡质量大小和相位。
步骤三:调节电控旋转台6,使其可旋转角度处在合适的角度范围(即:使顺时针和逆时针方向都能旋转90°)。
步骤四:将待动平衡检测的金刚石微铣刀24从气动夹头B23上取下,安装在电控旋转台6上的弹簧夹头7上。
步骤五:通过二维精密运动平台A13调节CCD相机9位置,使砂轮磨头17与刀柄磨削部分处在CCD相机9的视野内。
步骤六:通过磨削工艺去除不平衡质量。
步骤七:重复步骤二至步骤六,使动平衡精度达到要求,对微铣刀动平衡处理完成。
实施例:
本实施例按照下述步骤进行金刚石微径铣刀动平衡测试与修正:
步骤一:将待动平衡检测的金刚石微铣刀24的刀柄安装在气动夹头B23上,将两个振动传感器21用磁吸方式分别固定在动平衡主轴22的两个平面上,将光电传感器19用磁吸方式安装在精密气浮隔振平台1上,测头对准气动夹头B23上的荧光贴纸。
步骤二:启动动平衡主轴22,在动平衡主轴22以10000rpm的工作条件下检测待动平衡检测的金刚石微铣刀24的动平衡状态,得到不平衡质量大小为28mg,相位为距基准相位10°并在微铣刀上对不平衡质量所在位置进行标记。
步骤三:调节电控旋转台6,使其顺时针和逆时针方向都能旋转90°。
步骤四:将待动平衡检测的金刚石微铣刀24从气动夹头B23上取下,安装在电控旋转台6上的弹簧夹头7上。
步骤五:通过二维精密运动平台A13调节CCD相机9位置,使砂轮磨头17与刀柄磨削部分处在CCD相机9的视野内。
步骤六:通过磨削工艺去除不平衡质量。
步骤七:将磨削去重后的金刚石微铣刀24的刀柄再次安装在动平衡主轴22上的气动夹头B23上,在动平衡主轴22以10000rpm的工作条件下检测待动平衡检测的金刚石微铣刀24的动平衡状态,得到新的不平衡质量大小为5mg,相位为距基准相位9°。计算得到此时的动平衡精度低于G0.3,在微铣刀上对新的不平衡质量所在位置进行标记。
步骤八:将待动平衡检测的金刚石微铣刀24从气动夹头B23上取下,安装在电控旋转台6上的弹簧夹头7上。
步骤九:通过磨削工艺对二次不平衡质量磨削去除。
步骤十:将二次磨削去重后的的金刚石微铣刀24的刀柄再次安装在动平衡主轴22上的气动夹头B23上,同样在动平衡主轴22以10000rpm的工作条件下检测待动平衡检测的金刚石微铣刀24的动平衡状态,得到新的不平衡质量大小为0.2mg,相位为距基准相位3°,计算得到此时的动平衡精度高于G0.3。
步骤十一:动平衡精度满足要求,操作完成。
Claims (8)
1.一种金刚石微径铣刀动平衡测试与修正方法,其特征在于所述方法利用金刚石微径铣刀动平衡测试与修正系统进行金刚石微径铣刀动平衡测试与修正,所述系统包括微磨削工作台和动平衡测量工作台两部分,其中:
所述微磨削工作台包括精密气浮隔振平台、底座、精密运动台、压电陶瓷、电控旋转台、弹簧夹头、CCD相机、CCD安装架、竖直方向一维精密导轨、连接板、二维精密运动平台A、磨削轴安装架、高速磨削主轴、气动夹头A、砂轮磨头、二维精密运动平台B;
所述精密气浮隔振平台上设置有底座、二维精密运动平台B,所述二维精密运动平台B上设置有磨削轴安装架,磨削轴安装架上设置有二维精密运动平台A,二维精密运动平台A上安装有连接板,连接板上安装有竖直方向一维精密导轨,竖直方向一维精密导轨上的滑块与CCD安装架连接,CCD安装架上设置有CCD相机,高速磨削主轴上设置有气动夹头A,气动夹头A上装夹砂轮磨头,高速磨削主轴装夹在磨削轴安装架上;所述底座上安装有精密运动台,精密运动台上安装有压电陶瓷,压电陶瓷上设置有电控旋转台,电控旋转台上设置有弹簧夹头,弹簧夹头上装夹待去重的金刚石微铣刀;
所述动平衡测量工作台包括光电传感器、工控机、振动传感器、动平衡主轴、气动夹头B和动平衡仪;
所述光电传感器、工控机和动平衡主轴设置在精密气浮隔振平台上,所述动平衡主轴上设置有气动夹头B,气动夹头B上装夹待动平衡检测的金刚石微铣刀,动平衡主轴上安装有两个振动传感器,振动传感器和光电传感器与动平衡仪连接,金刚石微径铣刀动平衡测试与修正系统通过工控机进行控制;
具体步骤如下:
步骤一:将待动平衡检测的金刚石微铣刀刀柄安装在气动夹头B上,将两个振动传感器用磁吸方式分别固定在动平衡主轴的两个平面上,将光电传感器用磁吸方式安装在精密气浮隔振平台上,测头对准气动夹头B上的荧光贴纸;
步骤二:启动动平衡主轴,在动平衡主轴以10000rpm的工作条件下检测待动平衡检测的金刚石微铣刀的动平衡状态,得到不平衡质量大小为28mg,相位为距基准相位10°并在微铣刀上对不平衡质量所在位置进行标记;
步骤三:调节电控旋转台,使其顺时针和逆时针方向都能旋转90°;
步骤四:将待动平衡检测的金刚石微铣刀从气动夹头B上取下,安装在电控旋转台上的弹簧夹头上;
步骤五:通过二维精密运动平台A调节CCD相机位置,使砂轮磨头与刀柄磨削部分处在CCD相机的视野内;
步骤六:通过磨削工艺去除不平衡质量;
步骤七:将磨削去重后的金刚石微铣刀的刀柄再次安装在动平衡主轴上的气动夹头B上,在动平衡主轴以10000rpm的工作条件下检测待动平衡检测的金刚石微铣刀的动平衡状态,得到新的不平衡质量大小为5mg,相位为距基准相位9°,计算得到此时的动平衡精度低于G0.3,在微铣刀上对新的不平衡质量所在位置进行标记;
步骤八:将待动平衡检测的金刚石微铣刀从气动夹头B上取下,安装在电控旋转台上的弹簧夹头上;
步骤九:通过磨削工艺对二次不平衡质量磨削去除;
步骤十:将二次磨削去重后的金刚石微铣刀的刀柄再次安装在动平衡主轴上的气动夹头B上,同样在动平衡主轴以10000rpm的工作条件下检测待动平衡检测的金刚石微铣刀的动平衡状态,得到新的不平衡质量大小为0.2mg,相位为距基准相位3°,计算得到此时的动平衡精度高于G0.3;
步骤十一:动平衡精度满足要求,操作完成。
2.根据权利要求1所述的金刚石微径铣刀动平衡测试与修正方法,其特征在于所述电控旋转台的C轴与二维精密运动平台B的Z轴平行。
3.根据权利要求1所述的金刚石微径铣刀动平衡测试与修正方法,其特征在于所述压电陶瓷的运动方向与二维精密运动平台B的X轴平行。
4.根据权利要求1所述的金刚石微径铣刀动平衡测试与修正方法,其特征在于所述磨削轴安装架通过拧紧安装架顶部的长螺栓实现电机的夹紧固定。
5.根据权利要求1所述的金刚石微径铣刀动平衡测试与修正方法,其特征在于所述砂轮磨头实际参与磨削的部分处于CCD数字相机的视野内。
6.根据权利要求1所述的金刚石微径铣刀动平衡测试与修正方法,其特征在于所述振动传感器安装在动平衡主轴不同的两个平面。
7.根据权利要求1所述的金刚石微径铣刀动平衡测试与修正方法,其特征在于所述光电传感器的测头对准气动夹头B。
8.根据权利要求1所述的金刚石微径铣刀动平衡测试与修正方法,其特征在于所述动平衡主轴是高速气浮主轴。
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Publication number | Publication date |
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CN111595517A (zh) | 2020-08-28 |
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