CN112792687B - 一种自感知自适应磨削头及磨削过程中磨削力的检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机械加工领域，具体涉及一种自感知自适应磨削头及磨削过程中磨削力的检测方法。磨削头包括主体、设置在主体上的砂带、设置在砂带内的驱动主轮和支撑轮，所述驱动主轮连接有旋转驱动装置，所述主体设有设置在砂带内的自适应组件安装架，所述自适应组件安装架上设有自适应组件安装槽，所述自适应组件安装槽开口端朝向砂带磨削端设置，所述自适应组件安装槽内设有自适应组件，所述自适应组件包括若干贴合砂带磨削端的内表面的硬质球体和若干分别用于单独驱动一个硬质球体的压电陶瓷驱动器。本发明提供的磨削头应用于磨削加工中，特别对加工复杂曲面零件的磨削，该磨削头具有自适应所加工曲面的形状，磨削头应用范围较广。

Description

一种自感知自适应磨削头及磨削过程中磨削力的检测方法
技术领域
本发明涉及机械加工领域，具体涉及一种自感知自适应磨削头及磨削过程中磨削力的检测方法。
背景技术
磨削加工是应用较为广泛的材料去除方法之一。随着科学技术和工业的发展，人们对机械产品及其零部件性能的要求越来越高，这就要使得所加工的产品表面质量高。与此同时，随着人们对产品功能要求越来越多，复杂曲面的产品越来越多的被应用，这就要求加工装备具备更全面的加工能力。对于磨削加工所用到的磨床，其磨削头一般采用砂轮。只能磨削加工规则表面的零件，对于复杂曲面的零件的加工则不能加工或者需要耗费更多的时间。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种自感知自适应磨削头及磨削过程中磨削力的检测方法。
本发明所采取的技术方案如下：一种自感知自适应磨削头，包括主体、设置在主体上的砂带、设置在砂带内的驱动主轮和支撑轮，所述驱动主轮连接有旋转驱动装置，所述主体设有设置在砂带内的自适应组件安装架，所述自适应组件安装架上设有自适应组件安装槽，所述自适应组件安装槽开口端朝向砂带磨削端设置，所述自适应组件安装槽内设有自适应组件，所述自适应组件包括若干贴合砂带磨削端的内表面的硬质球体和若干分别单独用于驱动一个硬质球体的压电陶瓷驱动器。
若干所述压电陶瓷驱动器呈阵列排布于自适应组件安装槽内。
若干所述压电陶瓷驱动器呈5×5阵列排布于自适应组件安装槽内。
所述自适应组件安装槽内设有保持架，所述保持架内设有若干个限位安装槽，一组压电陶瓷驱动器和硬质球体设置于一个限位安装槽内，所述硬质球体位于压电陶瓷驱动器外侧。
所述保持架和自适应组件安装架均为方形，所述保持架四周外壁与自适应组件安装架四周内壁之间均紧密设置有压电片。
所述主体上在自适应组件安装架远离砂带磨削端的一侧设有驱动主轮安装腔，所述驱动主轮设置于驱动主轮安装腔内，所述砂带呈环状套设在驱动主轮和自适应组件安装架外，所述支撑轮设置在砂带与自适应组件安装架之间。
自感知自适应磨削头磨削过程中磨削力的检测方法，一个方向的压电片的长宽高分别为x、y、z，磨削过程中压电片变形Δx，则在该方向上的应变
Figure BDA0002931039850000021
压电片的弹性模量为E，则在该方向上的应力σ为：
Figure BDA0002931039850000022
该方向上的压力也即磨削力F为：
Figure BDA0002931039850000023
在其他方位同理可以得到对应的磨削力。
本发明的有益效果如下：本发明提供的磨削头应用于磨削加工中，特别对加工复杂曲面零件的磨削，该磨削头具有自适应所加工曲面的形状，磨削头应用范围较广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1为本发明一种实施例的结构立体示意图；
图2为本发明一种实施例的右视图；
图3为图2中A-A方向剖视图(A)和B-B方向剖视图(B)；
图4为本发明一种实施例应用于某一具体复杂曲面零件的零件结构示意图(A)和配合示意图(B)；
图5为压电片的示意图(A)和变形示意图(B)；
图中，1，主体；101，自适应组件安装架；102，驱动主轮安装腔；2，砂带；3，驱动主轮；4，支撑轮；5，硬质球体；6，压电陶瓷驱动器；7，保持架；8，压电片；9，旋转驱动装置；10，被加工零件。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
本发明所提到的方向和位置用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「顶部」、「底部」、「侧面」等，仅是参考附图的方向或位置。因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本发明，而非对本发明保护范围的限制。
如图1-3所示，一种自感知自适应磨削头，包括主体1、设置在主体1上的砂带2、设置在砂带2内的驱动主轮3和支撑轮4，所述驱动主轮3连接有旋转驱动装置9，所述主体1设有设置在砂带2内的自适应组件安装架101，所述自适应组件安装架101上设有自适应组件安装槽，所述自适应组件安装槽开口端朝向砂带2磨削端(在进行加工时，砂带2为滚动的，因此砂带2用于磨削的表面为变化的，在本发明中，砂带2磨削端指的是用于贴合被加工零件的加工部位，即对应磨削头头部部位)设置，所述自适应组件安装槽内设有自适应组件，所述自适应组件包括若干贴合砂带2磨削端的内表面的硬质球体5和若干分别用于驱动一个硬质球体5的压电陶瓷驱动器6。所述主体1上在自适应组件安装架101远离砂带2磨削端的一侧设有驱动主轮安装腔102，所述驱动主轮3设置于驱动主轮安装腔102内，所述砂带2呈环状套设在驱动主轮3和自适应组件安装架101外，所述支撑轮4设置在砂带2与自适应组件安装架101之间。在本实施例中，硬质球体5具体选用钢球，有足够硬度。在本实施例中，主体1为采用螺栓连接的分体的结构，便于砂带2的更换。
如图3(B)所示，若干所述压电陶瓷驱动器6呈阵列排布于自适应组件安装槽内。进一步的，若干所述压电陶瓷驱动器6呈5×5阵列排布于自适应组件安装槽内。
当该自感知自适应磨削头应用于如图4(A)所示的复杂曲面零件上时，磨削头内根据曲面的形状，通过对压电陶瓷驱动器施加不同电压，使其伸长或收缩相应的距离，使磨削头头部所设置的阵列最贴合曲面。通过电机工作，带动滚轮2转动，使砂带运动，在磨削头头部，砂带与钢球间可以相互滚动，而砂带与工件贴合，对工件进行磨削加工。针对不同表面轮廓的待加工零件，阵列模块可以自适应所要加工的轮廓，使磨削头的加工范围更广泛。另外，磨削用的砂带针对不同的磨削(粗磨、精磨等)更换便捷。
所述自适应组件安装槽内设有保持架7，所述保持架7内设有若干个限位安装槽，一组压电陶瓷驱动器6和硬质球体5设置于一个限位安装槽内，所述硬质球体5位于压电陶瓷驱动器6外侧。如图3(B)所示，本实施例的保持架7上呈阵列设置有5×5的限位安装槽(也可以根据需求进行其它的布局)，一个硬质球体5设置于一个凹槽内，压电陶瓷驱动器6两端分别为凹槽底端和硬质球体5。
如图3(B)所示，所述保持架7和自适应组件安装架101均为方形，所述保持架7四周外壁与自适应组件安装架101四周内壁之间均紧密设置有压电片8。
上述的自感知自适应磨削头磨削过程中磨削力的检测方法，如图4所示，一个方向的压电片的长宽高分别为：x、y、z，磨削过程中压电片变形Δx，则在该方向上的应变
Figure BDA0002931039850000041
压电片的弹性模量为E，则在该方向上的应力σ为：
Figure BDA0002931039850000042
该方向上的压力也即磨削力F为：
Figure BDA0002931039850000043
在其他方位同理可以得到对应的磨削力。因此，本实施例还具有感知磨削加工过程中磨削力的功能，可以对加工过程进行调控，使得所加工的零件具有较好的表面质量。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (3)

1.一种自感知自适应磨削头，包括主体(1)、设置在主体(1)上的砂带(2)、设置在砂带(2)内的驱动主轮(3)和支撑轮(4)，所述驱动主轮(3)连接有旋转驱动装置(9)，其特征在于：所述主体(1)设有设置在砂带(2)内的自适应组件安装架(101)，所述自适应组件安装架(101)上设有自适应组件安装槽，所述自适应组件安装槽开口端朝向砂带(2)磨削端设置，所述自适应组件安装槽内设有自适应组件，所述自适应组件包括若干贴合砂带(2)磨削端的内表面的硬质球体(5)和若干分别用于单独驱动一个硬质球体(5)的压电陶瓷驱动器(6)；
若干所述压电陶瓷驱动器(6)呈阵列排布于自适应组件安装槽内；
所述自适应组件安装槽内设有保持架(7)，所述保持架(7)内设有若干个限位安装槽，一组压电陶瓷驱动器(6)和硬质球体(5)设置于一个限位安装槽内，所述硬质球体(5)位于压电陶瓷驱动器(6)外侧；
所述保持架(7)和自适应组件安装架(101)均为方形，所述保持架(7)四周外壁与自适应组件安装架(101)四周内壁之间均紧密设置有压电片(8)；
所述的自感知自适应磨削头磨削过程中磨削力的检测方法为：一个方向的压电片的长宽高分别为x、y、z，磨削过程中压电片变形Δx，则在该方向上的应变
Figure FDA0003586779130000011
压电片的弹性模量为E，则在该方向上的应力σ为：
Figure FDA0003586779130000012
该方向上的压力也即磨削力F为：
Figure FDA0003586779130000013
在其他方位同理可以得到对应的磨削力。
2.根据权利要求1所述的自感知自适应磨削头，其特征在于：若干所述压电陶瓷驱动器(6)呈5×5阵列排布于自适应组件安装槽内。
3.根据权利要求1所述的自感知自适应磨削头，其特征在于：所述主体(1)上在自适应组件安装架(101)远离砂带(2)磨削端的一侧设有驱动主轮安装腔(102)，所述驱动主轮(3)设置于驱动主轮安装腔(102)内，所述砂带(2)呈环状套设在驱动主轮(3)和自适应组件安装架(101)外，所述支撑轮(4)设置在砂带(2)与自适应组件安装架(101)之间。
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