CN117464557B - 一种用于多轴数控机床的复杂曲面力控磨抛装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于机床研磨抛光技术领域，公开了一种用于多轴数控机床的复杂曲面力控磨抛装置。该装置由安装组件、旋转运动传动组件、主动力控组件、力传感器、金属壳体五部分组成。本发明安装于数控机床主轴前端，在通过旋转运动传动组件传递机床主轴扭矩及旋转运动至磨抛工具的同时，通过包含音圈电机和力传感器的主动力控组件，实现了磨抛加工中磨抛接触力的精确主动控制，保证了复杂曲面多轴数控磨抛过程中表面质量的一致性与均匀性。

Description

一种用于多轴数控机床的复杂曲面力控磨抛装置
技术领域
本发明属于机床研磨抛光技术领域，涉及一种用于多轴数控机床的复杂曲面力控磨抛装置。
背景技术
复杂曲面零件已广泛应用于航空航天、汽车、船舶、能源等领域，而影响复杂曲面零件能否正常工作的一个重要精加工工序就是磨抛加工。目前针对复杂曲面的磨抛加工方式多采用多轴机床进行数控磨抛，多轴数控机床具有加工位姿调节能力强、加工效率高的特点，可实现一次装夹完成复杂曲面零件铣削到磨抛完整工艺流程。由于复杂曲面曲率半径会发生变化，磨抛工具难以与复杂曲面型面相吻合，磨抛工具不仅具有足够高的刚度与硬度以保证材料去除率，而且需要有一定的柔性以达到不会将其面型误差复制到工件表面，而影响磨抛工具的面型误差导致的加工表面质量误差最重要的工艺参数，是磨抛过程中磨抛工具与工件表面之间的接触力。
目前用于多轴数控机床的磨抛加工的装置多采用柔性工具或刀柄结构进行被动式力控磨抛加工，具体如，专利“一种自动抛光机用柔性夹头，CN219504504U”，提出了一种采用弹簧作为轴向浮动结构的柔性夹头，通过弹簧的回弹力提供较为稳定的压力，使羊毛毡磨头自适应的下压到加工位置。专利“一种多向浮动打磨方法与装置，CN 115431139 A”采用弹簧与带传动实现了抛光轮的多向浮动，通过调节浮动元件的作用力来调整打磨接触力。需要指出的是，上述柔性结构带来的被动式力控，在加工过程中难以进行精确的接触力控制，磨抛工具的面型误差加之多轴数控机床联动运动误差影响，极易形成局部区域的过抛或欠抛，进而影响零件的表面质量。综上所述，用于多轴数控机床的能实现接触力主动精确控制的装置仍需开发。
发明内容
针对上述提出的问题，本发明提出了一种用于多轴数控机床的复杂曲面力控磨抛装置。
本发明的技术方案：
一种用于多轴数控机床的复杂曲面力控磨抛装置，主要由安装组件1、金壳体2、旋转运动传动组件3、主动力控组件4四部分组成；
安装组件1与机床主轴外法兰配合安装，用于将复杂曲面力控磨抛装置与机床主轴连接，实现装置的快速安装与拆卸；金属壳体2保护主动力控组件和旋转运动组件不受液体与电磁干扰，且不具有会造成磨抛过程中与工件干涉的其他特征；旋转运动传动组件3上端通过刀柄5连接机床主轴，下端通过磨抛工具9实现研磨抛光；主动力控组件4上端连接安装组件1，下端旋转运动传动组件3中的旋转式滚珠花键7，用于控制装置末端磨抛工具9与工件之间的接触力。
旋转运动传动组件3包括刀柄5、传动轴6、旋转式滚珠花键7、连接法兰8、磨抛工具9；旋转式滚珠花键7的中心花键轴连接传动轴6，旋转式滚珠花键7的内圈下端通过连接法兰8连接磨抛工具9，作为传递旋转运动的结构，旋转式滚珠花键7的外圈上端连接主动力控组件4，进而通过旋转式滚珠花键7实现了外圈轴向运动与内圈的旋转运动在磨抛工具9上的耦合；磨抛工具9采用柔性材料，通过实现装置与工件的柔性接触使接触力的主动力控效果更稳定，磨抛工具9通过螺纹安装与连接法兰8下端，易于更换磨抛耗材。
主动力控组件4包括提供定子法兰10、直线轴承11、音圈电机12、弹簧13、线性编码器14、动子法兰15、力传感器16和花键套筒17；音圈电机12沿传动轴6的轴向安装于定子法兰10与动子法兰15之间，音圈电机12沿传动轴6轴向施加推力并产生运动；直线轴承11、弹簧13、线性编码器14沿传动轴6的轴向，安装于定子法兰10与动子法兰15之间；直线轴承11限制主动力控组件4的径向位移，实现轴向导向功能；弹簧13用于平衡主动力控组件4下端重力，线性编码器14用于采集音圈电机12产生的轴向位移；力传感器16安装于动子法兰15下端，并通过花键套筒17连接旋转运动传动组件3，用于测量音圈电机12产生的轴向力值。
所述的安装组件1可以集成复杂曲面力控磨抛装置所需电源与信号电路快速连接插头。
所述的刀柄5使用标准刀柄结构，可更换刀柄5以使设备适配于不同主轴结构的机床。
所述的音圈电机12采用中空结构，使传动轴6由音圈电机12轴线位置穿过，进而使轴向力分布更加均匀。
所述的直线轴承11与弹簧13采用多组并联均布结构，使主动力控组件4结构更加稳定。
所述的力传感器16采用环形力传感器或多个力传感器均布，使轴向力测量更精准。
所述的通过采集机床或倾角传感器倾角信息，在具有倾角的工作姿态下对力传感器16测量力值进行重力补偿。
所述的弹簧13可采用推力弹簧辅助音圈电机12施加推力以满足更大的磨抛接触力需求。
所述的磨抛工具9可采用海绵盘、羊毛盘、橡胶盘等不同材料针对不同工艺需求。
本发明的有益效果：
(1)本发明的复杂曲面力控磨抛装置，实现了多轴数控机床复杂曲面磨抛加工过程中接触力的主动控制，优化了复杂曲面磨抛加工表面质量的一致性和均匀性。
(2)本发明的复杂曲面力控磨抛装置，易于安装于不同结构的多轴数控机床上使用，对于工作场景具有便捷性和通用性。
(3)本发明的复杂曲面力控磨抛装置，易于针对不同磨抛接触力需求实现接触力可变控制，且易于更换磨抛工具与耗材，对于不同磨抛工艺需求具有普适性。
附图说明
图1为本发明一种实施方式中的结构示意图。
图2为本发明一中实施方式中的结构剖面示意图。
图3为本发明一中实施方式中的旋转运动传动组件结构示意图。
图4为本发明一中实施方式中的主动力控组件结构示意图。
图中：1-安装组件；2-金属壳体；3-旋转运动传动组件；4-主动力控组件；5-刀柄；6-传动轴；7-旋转式滚珠花键；8-连接法兰；9-磨抛工具；10-定子法兰；11-直线轴承；12-音圈电机；13-弹簧；14-线性编码器；15-动子法兰；16-力传感器；17-花键套筒。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
请参阅图1-4，一种用于多轴数控机床的复杂曲面力控磨抛装置，主要由安装组件1、金属壳体2、旋转运动传动组件3、主动力控组件4四部分组成。旋转运动传动组件3包括刀柄5、传动轴6、旋转式滚珠花键7、连接法兰8、磨抛工具9；主动力控组件4包括提供定子法兰10、直线轴承11、音圈电机12、弹簧13、线性编码器14、动子法兰15、力传感器16和花键套筒17组成。
在本实例中，安装组件1采用套筒结构与机床主轴外侧法兰连接，定子法兰安装于安装组件1下端；音圈电机12安装于定子法兰10与动子法兰15之间，用于施加轴向的推力与位移；三个相同规格的直线轴承11和弹簧13上端安装于定子法兰10，下端安装于动子法兰15，直线轴承11起到支撑和导向的作用，弹簧13起到辅助音圈电机12轴向运动的功能；线性编码器14安装于定子法兰10与动子法兰15之间，用于测量和反馈音圈电机12实时的轴向位置；力传感器16采用三个均布的单向力传感器，安装于动子法兰15与花间套筒17之间，通过模拟电路求和的方式解算轴向合力，用于测量和反馈音圈电机12实时的轴向推力；花键套筒17安装于力传感器下端，用于将主动力控组件4与旋转运动传动组件3中的旋转式滚珠花键7连接。
在本实例中，刀柄5采用BT40刀柄安装于机床主轴上，传动轴6上端连接刀柄5，下端连接旋转式滚珠花键7，穿过音圈电机12中心孔，用于将装置上端刀柄5接受的机床主轴旋转运动动力传递至下端旋转式滚珠花键；旋转式滚珠花键7中心花键轴连接传动轴6，用于接受旋转运动动力，外圈连接花键套筒17，用于接受主动力控组件4产生的轴向推力，下端连接法兰8，用于将轴向推力和旋转运动动力耦合并传递至磨抛工具9；磨抛工具9安装于装置最下端，采用柔性海绵盘结构，实现磨抛加工的过程中柔性接触，减小磨抛加工过程中的振动，使装置能够实现更好的力控效果。
在本实例中，旋转运动传动组件3，用于将机床主轴旋转动力传递至装置末端，上端刀柄5连接于机床主轴，将主轴产生的旋转运动和扭矩依次通过传动轴6、旋转式滚珠花键7、连接法兰8传递至装置末端磨抛工具9，并作用于工件；主动力控组件上端连接安装组件1，通过音圈电机12产生轴向推力和位移，并依次通过动子法兰15、力传感器16、花键套筒17传递至旋转式滚珠花键7，进而通过连接法兰8将轴向推力与位移作用于磨抛工具9；旋转式滚珠花键7作为主动力控组件4与旋转运动传动组件3之间的连接结构，完成了旋转运动与轴向移动的耦合，以及扭矩和推力之间的耦合；通过对力传感器16采集的轴向力值重力补偿运算，完成对音圈电机12的闭环控制，进而实现磨抛工具9的磨抛加工及加工过程中接触力的主动控制。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于多轴数控机床的复杂曲面力控磨抛装置，其特征在于，该复杂曲面力控磨抛装置由安装组件（1）、金壳体（2）、旋转运动传动组件（3）、主动力控组件（4）四部分组成；
安装组件（1）与机床主轴外法兰配合安装，用于将复杂曲面力控磨抛装置与机床主轴连接，实现装置的快速安装与拆卸；金属壳体（2）保护主动力控组件和旋转运动组件不受液体与电磁干扰，且不具有会造成磨抛过程中与工件干涉的其他特征；旋转运动传动组件（3）上端通过刀柄（5）连接机床主轴，下端通过磨抛工具（9）实现研磨抛光；主动力控组件（4）上端连接安装组件（1），下端旋转运动传动组件（3）中的旋转式滚珠花键（7），用于控制装置末端磨抛工具（9）与工件之间的接触力；
旋转运动传动组件（3）包括刀柄（5）、传动轴（6）、旋转式滚珠花键（7）、连接法兰（8）和磨抛工具（9）；旋转式滚珠花键（7）的中心花键轴连接传动轴（6），旋转式滚珠花键（7）的内圈下端通过连接法兰（8）连接磨抛工具（9），作为传递旋转运动的结构，旋转式滚珠花键（7）的外圈上端连接主动力控组件（4），进而通过旋转式滚珠花键（7）实现了外圈轴向运动与内圈的旋转运动在磨抛工具（9）上的耦合；磨抛工具（9）采用柔性材料，通过实现装置与工件的柔性接触使接触力的主动力控效果更稳定，磨抛工具（9）通过螺纹安装于连接法兰（8）下端，易于更换磨抛耗材；
主动力控组件（4）包括定子法兰（10）、直线轴承（11）、音圈电机（12）、弹簧（13）、线性编码器（14）、动子法兰（15）、力传感器（16）和花键套筒（17）；音圈电机（12）沿传动轴（6）的轴向安装于定子法兰（10）与动子法兰（15）之间，音圈电机（12）沿传动轴（6）轴向施加推力并产生运动；直线轴承（11）、弹簧（13）、线性编码器（14）沿传动轴（6）的轴向，安装于定子法兰（10）与动子法兰（15）之间；直线轴承（11）限制主动力控组件（4）的径向位移，实现轴向导向功能；弹簧（13）用于平衡主动力控组件（4）下端重力，线性编码器（14）用于采集音圈电机（12）产生的轴向位移；力传感器（16）安装于动子法兰（15）下端，并通过花键套筒（17）连接旋转运动传动组件（3），用于测量音圈电机（12）产生的轴向力值。
2.根据权利要求1所述的复杂曲面力控磨抛装置，其特征在于，所述的安装组件（1）集成复杂曲面力控磨抛装置所需的电源与信号电路快速连接插头。
3.根据权利要求1所述的复杂曲面力控磨抛装置，其特征在于，所述的音圈电机（12）采用中空结构，使传动轴（6）由音圈电机（12）轴线位置穿过，进而使轴向力分布更加均匀。
4.根据权利要求1所述的复杂曲面力控磨抛装置，其特征在于，所述的直线轴承（11）与弹簧（13）采用多组并联均布结构，使主动力控组件（4）结构更加稳定。
5.根据权利要求1所述的复杂曲面力控磨抛装置，其特征在于，所述的力传感器（16）采用环形力传感器或多个力传感器均布。
6.根据权利要求1所述的复杂曲面力控磨抛装置，其特征在于，所述的弹簧（13）采用推力弹簧。
7.根据权利要求1所述的复杂曲面力控磨抛装置，其特征在于，所述的磨抛工具（9）的材质为海绵盘、羊毛盘或橡胶盘。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0557606A (ja) * 1991-08-30 1993-03-09 Canon Inc 研磨方法および研磨装置
US5503590A (en) * 1993-04-22 1996-04-02 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Polishing plate for optical fiber connector ferrule end face and polishing apparatus therefor
CN111843766A (zh) * 2020-07-17 2020-10-30 大连理工大学 一种用于机器人研抛加工的高精度力位混合控制装置
CN213197093U (zh) * 2020-10-15 2021-05-14 广东工业大学 一种带有主动抑制的机器人力控抛磨末端执行器
CN217619918U (zh) * 2022-06-02 2022-10-21 厦门理工学院 一种末端主动力控磨抛装置
CN115890404A (zh) * 2022-10-27 2023-04-04 韶关学院 一种可追踪工件法向的机器人力控抛磨末端执行器
CN115972095A (zh) * 2023-01-10 2023-04-18 大连理工大学 一种嵌入式数控机床力控磨抛装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0557606A (ja) * 1991-08-30 1993-03-09 Canon Inc 研磨方法および研磨装置
US5503590A (en) * 1993-04-22 1996-04-02 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Polishing plate for optical fiber connector ferrule end face and polishing apparatus therefor
CN111843766A (zh) * 2020-07-17 2020-10-30 大连理工大学 一种用于机器人研抛加工的高精度力位混合控制装置
CN213197093U (zh) * 2020-10-15 2021-05-14 广东工业大学 一种带有主动抑制的机器人力控抛磨末端执行器
CN217619918U (zh) * 2022-06-02 2022-10-21 厦门理工学院 一种末端主动力控磨抛装置
CN115890404A (zh) * 2022-10-27 2023-04-04 韶关学院 一种可追踪工件法向的机器人力控抛磨末端执行器
CN115972095A (zh) * 2023-01-10 2023-04-18 大连理工大学 一种嵌入式数控机床力控磨抛装置

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