平面磨床带测力功能微进给工作台的研制记步器

平面磨床带测力功能微进给工作台的研制

平面磨床带测力功能微进给工作台的研制 2011： 1 引言针对硬脆材料镜面磨削机理，要想获得硬脆材料的超光滑磨削加工表面，必须实现足够小的加工去除单位，因此研制了可以测量径向力的平面磨床微进给工作台。本微进给工作台主要由三部分组成：精密驱动电源、电致伸缩传感器及微进给机构。其工作原理是：在外电场作用下，电致伸缩传感器发生微小的伸缩，带动微进给工作台实现微量进给。 2 微进给工作台的设计及其工作原理图1是微进给工作台的受力变形筋简化图。其受力状态相当于双固定端梁中间受力时的情况。工作台体共有四小段变形筋。在简化原理图中相当于两根平行的双固定端梁，变形弯矩图如图2所示，力F在梁的中央。利用传感器的电致伸缩效应使变形筋产生微量形变，从而使微进给工作台面作高精度的微小进给。由图2可知，梁在中央处的挠度最大，为 fmax=Fl192EJ(1)J=1bh32(2)式中，fmax为变形筋的最大挠度；F为作用力：J为惯性矩；E为弹性模量；l为变形筋长度；h为变形筋厚度；b为变形筋宽度。图1 工作台受力变形筋简化示意图图2 双固定端梁变形弯矩图由于电致伸缩元件的伸长与受力范围有限，所以在对变形筋的形状进行设计时要校核其在电致伸缩元件伸长到最大时，变形元件变形后对电致伸缩元件的反作用力与加工过程中作用于工件的磨削力之和应不超过该元件所能承受的最大压力，并有一定的安全系数。现在使用的美国AVX公司的C060210A型电致伸缩传感器受压时，允许的最大力为750N，最大伸长量为15µm。考虑到一定的安全系数，在变形最大时的力不应超过500N，因此可以按最大受力500N产生要求的位移来计算变形筋的尺寸。本微进给工作台的变形元件由4小段变形筋构成。变形筋的长度应适宜，长度过小会导致变形元件挠度增大时应力增加得过快。参照微动装置的尺寸大小，选定变形筋的长为10mm。变形筋的长度和宽度根据微量进给机构的大小确定后，可根据希望产生的挠度f(即位移量)计算出变形筋的厚度 (含一定的安全系数)。电致伸缩元件的参数fmax为15µm，Fmax为750N，根据式(1)、 (2)，计算后确定变形筋长×宽×高为10mm×5mm×1mm，此时变形筋的变形抗力为252N。即变形筋每产生1µm挠度的抗力为16.8N。而在 MM7120A磨床上硬脆材料精密镜面磨削环境下，在双行程最大进给为3µm时磨削力小于50N。对电致伸缩传感器所加的预紧力也只有100N。因此，电致伸缩元件所受的力小于500N。1.底板 2.工作台体 3.预紧螺钉 4.锁紧螺母 5.钢球 6.电致伸缩传感器 7.力传感器预紧螺钉 8.力传感器 9.上台面 10.密封罩 11.夹具平台图3 电致伸缩式微进给工作台示意图图3是新设计的电致伸缩式微进给工作台。该装置的本体和弹性变形元件以及进给部分是一整体结构。装置外面是密封的，防止电致伸缩元件在磨削过程中受潮。因为电致伸缩传感器在变形的时候基本没有热量产生，所以不存在散热问题。 在工作台的装配过程中，需要对电致伸缩传感器加一定的预紧力，以免工作过程中各接触面间的接触刚度影响微进给的重复精度。本装置在电致伸缩传感器后端采用一个预紧螺钉调节预紧力，方便可靠。预紧力的大小要适当。过大，则工作过程中传感器受到的合力可能超过它的最大允许范围而被压坏，过小则难以实现完全消除空隙而影响重复精度。通过计算表明，变形筋的变形抗力与变形量成正比，而且每1µm的挠度抗力为16.8N。传感器的允许最大压力为750N，考虑工作过程中传感器的状态与受力，对其加以100N的预紧力。加载完成后用锁紧螺母将预紧螺钉锁死。为避免传感器两端受力不平行，在末端用一个钢球可以达到预紧力的自动对心。工作过程中，电致伸缩传感器在电压的作用下伸长，推动上面的变形元件产生弹性变形，实现微量进给。 同理，在装配过程中，对测力传感器也要加一定的预紧力，以便使测力传感器与变形筋同时运动。传感器的参数要求对其加20N的预紧力。先调节4个螺钉中的一个，使传感器受力为5N，然后调节该螺钉对角线位置的螺钉，使传感器

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