专利名称：一种基于负柔度原理的磨床刚度补偿方法
技术领域：
本发明属于精密磨削加工技术领域，涉及一种基于负柔度原理的磨床刚度补偿方法，主要解决由磨床刚性不足导致的弹性变形而无法精确控制磨削用量以实现零件精密磨削加工的问题。
背景技术：
磨削加工是一种最主要的精密机械加工方式，通过这种加工方法可以获得非常高的零件表面质量。但是在磨削加工过程中，机床的弹性变形是难以避免的，这使得零件的加工精度和表面质量难以得到有效保证。该发明除了用于常规金属材料(如结构钢、工具钢、模具钢等)的磨削加工外，硬脆材料(如工程陶瓷、玻璃等)的磨削加工是它的一项主要应用。由于工程陶瓷材料的硬脆性，磨削力比大和机床刚度等因素的影响，工程陶瓷材料的精密磨削加工存在很大困难。为保证工程陶瓷的塑性域磨削，需要把磨削用量控制在微米级。在磨削加工过程中，砂轮与工件之间会产生相互作用力，加上磨削系统刚度不足，导致磨削系统的弹性变形对工程陶瓷磨削质量有很大影响。为了降低由弹性变形引起的工件加工误差，改善磨削质量，需 要对磨削系统实现在线刚度补偿。本发明中采用了专利ZL201020641069.X( —种基于负刚度原理的磨削工艺系统刚度补偿机构)中的一种并联三自由度的负刚度可控的精密磨削工作台来实现的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于负柔度原理的磨床刚度补偿方法，主要解决由磨床刚性不足导致的弹性变形而无法精确控制磨削用量以实现零件精密磨削加工的问题。一种基于负柔度原理的磨床刚度补偿方法，利用一种由3个压电陶瓷驱动器驱动的三自由度柔度补偿机构来补偿磨床的刚度，其特征在于实时测量磨削过程中砂轮与工件之间的磨削力，根据磨削力的大小调节柔度补偿机构的负柔度输出以补偿磨削过程中磨床的弹性变形，该方法包括以下步骤a.测量磨床在实际磨削面的法向上的刚度和分别绕磨削面内两个相互垂直的2个轴向旋转的转角刚度；首先测量磨床的静刚度，包括磨削面的法向上的刚度Kz、分别绕磨削面内两个相互垂直的2个轴向旋转的转角刚度Ka和Ke。
权利要求
1.一种基于负柔度原理的磨床刚度补偿方法，其基于一种由3个压电陶瓷驱动器驱动的作为柔度补偿机构的三自由度负柔度可控工作台来补偿磨床的刚度，磨削力测量装置与磨床相连，信号采集分析系统的输入输出分别连接磨削力测量装置和三自由度柔度补偿机构，其特征在于实时测量磨削过程中砂轮与工件之间的磨削力，根据磨削力的大小调节柔度补偿机构的负柔度输出以补偿磨削过程中磨床的弹性变形，该方法包括以下步骤 a.测量磨床在实际磨削面的法向上的刚度和分别绕磨削面内两个相互垂直的2个轴向旋转的转角刚度； 首先测量磨床的静刚度，包括磨削面的法向上的刚度Kz、分别绕磨削面内两个相互垂直的2个轴向旋转的转角刚度Ka和Ke ；
2.根据权利要求书I所述一种基于负柔度原理的磨床刚度补偿方法，其特征在于实时测量磨削力的大小，对磨床的刚度进行在线补偿。补偿过程中磨削力在不断变化，而磨床的刚度不变，工作台输出的负柔度则通过压电陶瓷驱动器来调整使其保持与磨床柔度大小相等方向相反。
3.根据权利要求书I所述一种基于负刚度原理的磨床刚度补偿方法，其特征在于负柔度可控工作台由压电陶瓷驱动器来驱动以保证工作台有足够的刚度和精密定位控制。
全文摘要
本发明是一种基于负柔度原理的磨床刚度补偿方法，属于精密磨削加工技术领域，主要涉及平面磨削加工过程中磨床因刚性不足而产生的弹性变形。利用一种负柔度可控工作台来实现加工系统刚度的补偿，这种装置由压电陶瓷驱动器和柔性机构组成。该方法主要通过如下过程实现a.测量磨床在实际磨削面的法向上的刚度和分别绕磨削面内两个相互垂直的2个轴向旋转的转角刚度；b.分析加工系统的力学特性，建立工作台的负柔度输出模型；c.搭建相应的反馈控制系统，实现磨床刚度的在线补偿。本发明能改进磨削工艺，提高磨削效率，对于保证磨削用量、磨削表面的平整性和工件的尺寸精度具有重要的应用价值，尤其对工程陶瓷等硬脆材料的磨削加工有重要意义。
文档编号B24B49/16GK103056772SQ20121057271
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月25日 优先权日2012年12月25日
发明者王民, 胡建忠, 昝涛, 姚子良 申请人:北京工业大学