用于磨削加工的柔性夹持机构及磨削加工装置

454 编辑：中冶有色技术网来源：山东大学

2023-12-13 16:03:58

权利要求书： 1.一种用于磨削加工的柔性夹持机构，其特征在于，包括卡盘，卡盘通过多个连接件与夹具板连接，夹具板设置有用于工件穿过的开孔，开孔的孔面固定有柔性垫圈，连接件设置有位于夹具板一侧的第一压电堆栈和位于夹具板另一侧的第二压电堆栈，第一压电堆栈通过第一压紧件压在夹具板的一侧端面，第二压电堆栈通过第二压紧件压在夹具板的另一侧端面，夹具板安装有振动传感器；

所述第一压电堆栈与第一压紧件之间设置有第一压力传感器，第二压电堆栈与第二压紧件之间设置有第二压力传感器；

所述夹具板上安装有多个直线运动驱动件，多个直线运动驱动件沿与夹具板中心为圆心的圆周等间隔设施，直线驱动件的运动部连接有推板，推板设置有与工件形状相匹配的柔性支撑块，推板能够通过柔性支撑块对工件施加压力。

2.如权利要求1所述的一种用于磨削加工的柔性夹持机构，其特征在于，所述夹具板与卡盘同轴设置，所述连接件采用连接杆，多个连接杆沿以夹具板中心为圆心的圆周均匀分布。

3.如权利要求1所述的一种用于磨削加工的柔性夹持机构，其特征在于，第一压紧件采用与连接件螺纹连接的第一压紧螺母，第二压紧件采用与连接件螺纹连接的第二压紧螺母。

4.如权利要求1所述的一种用于磨削加工的柔性夹持机构，其特征在于，所述夹具板上还安装有多个配重块，配重块与振动传感器沿同一个以夹具板中心为圆心的圆周等间隔设置，且配重块的重量与振动传感器的重量相等。

5.如权利要求1所述的一种用于磨削加工的柔性夹持机构，其特征在于，柔性支撑块设置有卡槽，推板位于卡槽内部，推板通过卡槽与柔性支撑块可拆卸连接。

6.如权利要求1所述的一种用于磨削加工的柔性夹持机构，其特征在于，所述直线运动驱动件与调节杆的一端转动连接，调节杆的另一端与固定在夹具板的定位块螺纹连接。

7.一种磨削加工装置，其特征在于，设置有权利要求1?6任一项所述的用于磨削加工的柔性夹持机构。

8.如权利要求7所述的一种磨削加工装置，其特征在于，所述磨削加工装置的刀杆安装有振动传感器及刀杆抑振元件。

说明书：一种用于磨削加工的柔性夹持机构及磨削加工装置技术领域[0001] 本发明涉及超精密加工技术领域，具体涉及一种面向磨削加工的柔性夹持机构及加工装置。背景技术[0002] 这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。[0003] 根据1米?4米长的大型薄壁回转体陶瓷工件的超精密磨削加工需求，机床在加工过程中由于机械振动、夹具间隙等因素的影响，导致大型薄壁回转体陶瓷工件表面精度较差，难以满足超精密机加工精度要求，同时还有许多常见的装配间隙，转动惯量等因素的影响，导致机床超精密磨削过程出现较大偏差，将严重影响工件表面的加工精度。[0004] 发明人发现，目前大型薄壁回转体陶瓷工件加工时，仅靠端部的卡盘进行固定，形成悬臂梁结构，工件转动过程中振动大，降低了加工精度，同时，现有技术中，未考虑着不同磨削加工条件下的工件与夹具间隙产生的较大振动偏差，使得加工误差较大，也未考虑刀杆振动、工件振动、夹具振动等问题，导致工件旋转过程出现偏转等问题，对工件的加工质量造成了影响。发明内容[0005] 本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种用于磨削加工的柔性夹持机构，提高了磨削精度和生产效率。[0006] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：[0007] 第一方面，本发明的实施例提供了一种用于磨削加工的柔性夹持机构，包括卡盘，卡盘通过多个连接件与夹具板连接，夹具板设置有用于工件穿过的开孔，开孔的孔面固定有柔性垫圈，连接件设置有位于夹具板一侧的第一压电堆栈和位于夹具板另一侧的第二压电堆栈，第一压电堆栈通过第一压紧件压在夹具板的一侧端面，第二压电堆栈通过第二压紧件压在夹具板的另一侧端面，夹具板安装有振动传感器。[0008] 可选的，所述夹具板与卡盘同轴设置，所述连接件采用连接杆，多个连接杆沿以夹具板中心为圆心的圆周均匀分布。[0009] 可选的，所述第一压电堆栈与第一压紧件之间设置有第一压力传感器，第二压电堆栈与第二压紧件之间设置有第二压力传感器。[0010] 可选的，第一压紧件采用与连接件螺纹连接的第一压紧螺母，第二压紧件采用与连接件螺纹连接的第二压紧螺母。[0011] 可选的，所述夹具板上还安装有多个配重块，配重块与振动传感器沿同一个以夹具板中心为圆心的圆周等间隔设置，且配重块的重量与振动传感器的重量相等。[0012] 可选的，夹具板上安装有多个直线运动驱动件，多个直线运动驱动件沿与夹具板中心为圆心的圆周等间隔设施，直线驱动件的运动部连接有推板，推板设置有与工件形状相匹配的柔性支撑块，推板能够通过柔性支撑块对工件施加压力。[0013] 可选的，柔性支撑块设置有卡槽，推板位于卡槽内部，推板通过卡槽与柔性支撑块可拆卸连接。[0014] 可选的，所述直线运动驱动件与调节杆的一端转动连接，调节杆的另一端与固定在夹具板的定位块螺纹连接。[0015] 第二方面，本发明的实施例提供了一种磨削加工装置，包括第一方面所述的用于磨削加工的柔性夹持机构。[0016] 可选的，所述磨削加工装置的刀杆安装有振动传感器及刀杆抑振元件。[0017] 本发明的有益效果：[0018] 1.本发明的夹持装置，通过设置夹具板，对工件起到了支撑对中作用，防止了工件在转动过程中产生偏转，同时夹具板上安装有振动传感器，能够采集夹具板的实时的振动信息，考虑了振动的随机性，当振动过大时，对第一压电堆栈和第二压电堆栈通电，从而通过第一压电堆栈和第二压电堆栈产生振动抑制信号，降低夹具板的振动幅度和频率，避免夹具产生较大振动，保证了加工质量。[0019] 2.本发明的夹持装置，设置有第一压力传感器和第二压力传感器，能够检测夹具板受到的压力信息，从而检测出加工过程中夹具板产生的轴向偏移，此时第一压电堆栈和第二压电堆栈通电，能够对夹具板进行位置补偿，确保夹具体能够通过柔性垫圈与工件贴合，避免出现间隙误差影响加工精度，较好地解决现有技术中缺乏相应的工件及夹具振动抑制与相应的间隙补偿组合的问题，不但可以实现振动抑制，还可以自动完成间隙补偿及振动抑制，提高了磨削精度和生产效率。[0020] 3.本发明的夹持装置，具有直线运动驱动件、推板和柔性支撑块，能够对工件在装夹过程中产生的晃动进行缓冲，同时也对工件的装夹起到对中作用。[0021] 4.本发明的夹持装置，连接件、直线运动驱动件、配重块及振动传感器均是沿圆周等间隔分布，避免了工作状态的转动惯量失稳，保证了加工精度。[0022] 5.本发明的磨削加工装置，刀杆上安装有振动电机及振动传感器，能够检测刀杆的振动信息并控制振动电机工作，利用振动电机抑制刀杆的振动，保证加工精度。附图说明[0023] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。[0024] 图1为本发明实施例1整体结构示意图；[0025] 图2为本发明实施例1整体结构侧视图；[0026] 图3为本发明实施例1缓冲气缸与柔性支撑块、调节杆装配示意图；[0027] 其中，1.刀杆，2.螺栓，3.刀杆抑振元件，4.振动传感器，5.回转体工件,6.磨削砂轮,7.连接杆,8.第一压紧螺母,9.第一压力传感器,10.第一压电堆栈,11.定位块,12.调节杆,13.缓冲气缸,14.活塞杆,15.推板,16.柔性支撑块,17.振动传感器,18.卡盘,19.连接杆调节螺母,20.第二压紧螺母,21.第二压力传感器,22.第二压电堆栈,23.配重块,24.夹具板,25.柔性垫圈。具体实施方式[0028] 实施例1[0029] 本实施例提供了一种用于磨削加工的柔性夹持机构，如图1?图3所示，包括卡盘18和夹具板24，卡盘18采用现有的磨削机床用卡盘即可。卡盘18与夹具板24间隔设定距离且同轴设置，卡盘18和夹具板24通过多个连接件连接成为一个整体，传统的磨削机床仅仅依靠卡盘对工件进行固定，当加工尺寸较大的薄壁回转体陶瓷工件时，工件产生的振动较大，转动过程中容易产生偏转，因此本实施例中设置夹具板，利用夹具板对工件的中部位置进行支撑，降低了工件在转动过程中产生的振动。[0030] 连接件采用连接杆7，多个连接杆7沿以夹具板24中心为圆心的圆周等间隔分布。[0031] 卡盘18上沿圆周均匀的开设有多个定位孔，定位孔为螺纹孔，连接杆7通过定位孔与卡盘18螺纹连接，且连接杆7上螺纹连接有连接杆调节螺母19，连接杆调节螺母19压紧在卡盘18的表面，保证连接杆7与卡盘18的连接强度，防止松动。[0032] 本实施例中，卡盘18上设置沿圆周等间隔分布的六个定位孔，其中三个定位孔用于安装连接杆7，三个连接杆7沿圆周等间隔分布。[0033] 三个连接杆7一端与卡盘18固定，另一端通过夹具板24上设置的安装孔穿过夹具板24。[0034] 三个连接杆7上均安装有环状的第一压电堆栈10和第二压电堆栈22，第一压电堆栈10和第二压电堆栈22采用现有元件即可，由多个压电陶瓷芯片构成，通电后能够产生沿其自身轴线方向的伸缩运动。[0035] 以其中一个连接杆7上的第一压电堆栈10和第二压电堆栈22的安装为例进行说明：[0036] 第一压电堆栈10套在连接杆7的外周，且位于夹具板24的一侧，连接杆7上连接有第一压紧元件，通过第一压紧元件将第一压电堆栈压在夹具板的该侧侧面上。[0037] 第一压紧元件采用第一压紧螺母8，第一压紧螺母8与连接杆7螺纹连接，转动第一压紧螺母8，能够将第一压电堆栈10压在夹具板的侧面。[0038] 第一压紧螺母8与第一压电堆栈10之间设置有第一压力传感器9，第一压力传感器9用于检测第一压电堆栈10对其施加的压力信息。

[0039] 第二压电堆栈22套在连接杆7的外周，且位于夹具板24的另一侧，连接杆7上连接有第二压紧元件，通过第二压紧元件将第二压电堆栈22压在夹具板24的该侧侧面上。[0040] 第二压紧元件采用第二压紧螺母20，第二压紧螺母20与连接杆7螺纹连接，转动第二压紧螺母20，能够将第二压电堆栈22压在夹具板的侧面。[0041] 第二压紧螺母20与第二压电堆栈22之间设置有第二压力传感器21，第二压力传感器21用于检测第二压电堆栈对其施加的压力信息。[0042] 第一压电堆栈10和第二压电堆栈22均与供电系统连接，能够利用供电系统对其进行供电。[0043] 夹具板24开设有开孔，开孔与夹具板24同轴设置，即开孔开设在夹具板24的中心位置，开孔的尺寸与待加工的回转体工件5尺寸相匹配，用于回转体工件5穿过夹具板24后与卡盘18固定连接。[0044] 开孔的孔面固定有柔性垫圈25，本实施例中，开孔的孔面设置有卡槽，柔性垫圈25通过卡槽与可拆卸的固定在开孔的孔面上。[0045] 柔性垫圈25可采用橡胶材料制成，也可采用其他柔性材料制成，本领域技术人员根据实际需要设置即可。[0046] 柔性垫圈25制作多个，形成一套完善的标准化柔性套件，可以根据工件不同的外径结构参数，更换对应的型号，并将其安装在夹具板开孔孔面的卡槽内，方便拆卸，同时，由于柔性垫圈25采用柔性材料制成，也具备吸振功能。[0047] 柔性垫圈25的形状与工件的形状相匹配，以保证柔性垫圈25能够更好的固定待加工的工件。[0048] 夹具板24上安装有振动传感器17，用于检测夹具板24的振动信息。[0049] 振动传感器17采用现有的振动传感器即可，振动传感器安装在夹具板24远离卡盘18的侧面上。

[0050] 由于夹具板24上安装了振动传感器17，因此夹具板在高速转动过程中会出现转动惯量失稳，因此在夹具板安装振动传感器的侧面上安装多个配重块23，用于平衡振动传感器的重量。[0051] 配重块23的重量与振动传感器的重量相同，且振动传感器17与多个配重块23安装在同一个以夹具板24中心为圆心的圆周上，且振动传感器17与多个配重块23等间隔分布。[0052] 本实施例中，设置两个配重块23,两个配重块23和一个振动传感器17在同一个以夹具板24中心为圆心的圆周上等间隔分布。[0053] 夹具板24用于安装振动传感器17和配重块23的侧面上还设置有多个定位块，多个定位块11沿以夹具板中心为圆形的圆周等间隔设置，本实施例中设置六个定位块。[0054] 其中三个定位块11通过调节杆12与直线运动驱动件连接，且直线运动驱动件沿以夹具体中心为圆心的圆周等间隔分布，调节杆沿夹具板的径向方向设置，能够沿夹具板的径向调节直线运动驱动件的位置，满足不同尺寸工件的使用需求。[0055] 本实施例中，直线运动驱动件采用缓冲气缸13，缓冲气缸13具有三个活塞杆14。[0056] 调节杆12的一端与定位块11螺纹连接，另一端通过轴承与缓冲气缸13的缸体转动连接，转动调节杆12，能够沿夹具板的径向调节缓冲气缸13的位置。[0057] 缓冲气缸13的三个活塞杆14的端部固定连接至推板15，活塞杆14能够带动推板15沿夹具板24的径向运动，推板15设置有柔性支撑块16，柔性支撑块16的形状与工件的形状相匹配，柔性支撑块16能够随推板做同步运动，推板15能够通过柔性支撑块16对工件施加荷载。[0058] 推板15采用具备微变形功能的金属材料制成，以满足不同的工件面结构，缓冲气缸能够通过内部气压的调节调整压力输出，进而使得三个活塞杆14能够输出力能够调节。[0059] 本实施例中，柔性支撑块16设置有卡槽，推板设置在卡槽内部并通过卡槽与柔性支撑块16可拆卸卡接固定。[0060] 柔性支撑块16制作多个，形成一套完善的零部件，可以根据不同的工件结构参数，更换不同柔性和不同弧度角度的型号，柔性支撑块通过卡槽与推板15连接，方便拆卸。[0061] 通过设置缓冲气缸13、推板15和柔性支撑块16，能够对工件在装夹过程中产生的晃动进行缓冲，同时也对工件的装夹起到对中作用。[0062] 本实施例中，当振动传感器17实时采集加工过程中的振动信息，当振动过大时，对第一压电堆栈10和第二压电堆栈22通电，从而通过第一压电堆栈10和第二压电堆栈22产生振动抑制信号，第一压电堆栈10和第二压电堆栈22产生伸缩运动增大对夹具板24的夹紧力，降低夹具板24的振动幅度和频率，避免夹具产生较大振动，保证了加工质量。[0063] 同时，第一压力传感器9和第二压力传感器21能够采集到第一压电堆栈10和第二压电堆栈22受到的压力值，当采集的压力值产生较大变化时，说明夹具板24产生了轴向位移，此时第一压电堆栈10和第二压电堆栈22通电，能够对夹具板24进行位置补偿，确保夹具板24能够通过柔性垫圈25与工件贴合，避免出现间隙误差影响加工精度，较好地解决现有技术中缺乏相应的工件及夹具振动抑制与相应的间隙补偿组合的问题，不但可以实现振动抑制，还可以自动完成间隙补偿及振动抑制，提高了磨削精度和生产效率。[0064] 本实施例中，连接杆7、缓冲气缸13、配重块23及振动传感器均是沿圆周等间隔分布，避免了工作状态的转动惯量失稳，保证了加工精度。[0065] 实施例2[0066] 本实施例提供了一种磨削加工装置，设置有实施例1所述的用于磨削加工的柔性夹持机构，还包括刀杆1，刀杆的端部设置有磨削砂轮6，刀杆1通过螺栓2固定有振动传感器4和刀杆抑振元件3，本实施例中的刀杆抑振元件3采用超声马达，可以理解的是，抑振元件也可采用微型振动电机等，本领域技术人员根据实际需要进行选择。

[0067] 本实施例中的振动传感器、压力传感器、供电系统、刀杆抑振元件3、缓冲气缸13等部件均与控制系统连接，振动传感器、压力传感器能够将采集的信息传送给控制系统，控制系统控制供电系统、刀杆抑振元件3、缓冲气缸13等部件的工作，实现了随着加工过程自动达到砂轮及夹具振动抑制、间隙误差补偿的目的。[0068] 磨削加工装置的其他结构采用现有磨削机床的结构即可，在此不进行详细叙述。[0069] 采用本实施例的磨削加工装置，结构设计合理，作业质量好，作业可靠，通用化程度高，完全满足了大型薄壁回转体陶瓷工件的超精密磨削加工过程对高精度磨削振动抑制、误差补偿系统及高精度控制方法的要求。[0070] 本实施例的磨削加工装置的工作方法为：[0071] 当对大型薄壁回转体零部件进行超精密磨削加工时，首先需要根据，回转体工件5的结构外型参数尺寸，选择三根配套的连接杆7，并调整好三根连接杆7上第二压紧螺母20、第二压力传感器21和环形的第二压电堆栈22安装位置，且保证各结构对其，并调整夹具板24与机床基准面平行，调整并安装第一压紧螺母8、第一压力传感器9和环形的第一压电堆栈10的位置，调整好各个环形的压电堆栈与夹具板之间的接触力；选择与工件结构参数匹配的柔性垫圈25型号，将其安装在夹具板24开孔中，并固定好；选择三套与工件结构参数匹配的柔性支撑块16，并将其安装在推板15上；将回转体工件5末端卡在机床的卡盘18上并定好位置，调整好夹具板24上的柔性垫圈25与回转体工件5之间的位置，确保回转体工件5能够与柔性垫圈25贴合；通过调整三套调节杆12实现柔性支撑块与回转体工件完美贴合，完成夹具装夹；选用合适的刀杆1和磨削砂轮6，调整并安装好刀杆抑振元件3在振动传感器4在刀杆1上的位置；

[0072] 启动机床开始加工过程中，磨削砂轮6与回转体工件5接触，同时如果检测到振动传感器在刀杆1产生振动信号，刀杆抑振元件3会开始产生振动抑制信号，降低刀杆1的振动幅度；如果通过第一压力传感器9和第二压力传感器21检测到夹具板24出现较小偏移，三套环形的第二压电堆栈22和第一压电堆栈10协同工作，同时对夹具板24进行位置补偿，确保夹具板24能够与回转体工件5通过柔性垫圈25完美贴合，避免出现间隙误差影响加工精度；同时如果夹具板24上的振动传感器检测到夹具板有较大的振动信号，三套环形的第一压电堆栈10和第二压电堆栈22将开始工作，产生相应的振动抑制信号，增大对夹具板24的夹紧力，降低夹具板的振动幅度和频率避免回转体工件出现较大振动，提高加工质量。

[0073] 上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。