典型的撓性接頭加工工藝過程如圖 1-4 所示，經(jīng)過粗車、精車和精鏜工序后初步形成細(xì)頸結(jié)構(gòu)，由于精鏜工序極小的切深和進(jìn)給量會導(dǎo)致加工后的表面形成變質(zhì)層。撓性接頭的材料為恒彈性合金，對于這種材料來說,即使采用超細(xì)粒度硬質(zhì)合金刀具并經(jīng)過仔細(xì)刃磨，使得刃口圓弧半徑達(dá)到 3μm，加工后單面變質(zhì)層厚度也會達(dá)到 5~10μm，而細(xì)頸厚度只有 45μm 左右，變質(zhì)層的厚度達(dá)到了工作截面厚度的 20%-40%。這一層受擠壓形成的材料內(nèi)部晶粒結(jié)構(gòu)遭到破壞，材料的力學(xué)性能與理論值發(fā)生不可預(yù)見的偏差，對疲勞強(qiáng)度、使用壽命以及武器裝備的長期穩(wěn)定性帶來影響。撓性接頭的細(xì)頸結(jié)構(gòu)是由兩個小孔的相鄰孔壁構(gòu)成的弧形薄片結(jié)構(gòu)，，如圖 1-5 所示，細(xì)頸厚度僅為 45μm 左右，圓孔直徑一般為 2mm 至 3mm，細(xì)頸的加工就是對這兩個小孔的加工。極薄的細(xì)頸結(jié)構(gòu)在加工中容易產(chǎn)生變形，變形量可能超過尺寸公差要求[15]。并且鏜削加工和手工研磨加工后在工件表面容易留下嚴(yán)重的加工痕跡，如圖 1-6 所示。

.......

第 2 章 研磨裝置總體設(shè)計

2.1 引言

撓性接頭細(xì)頸對尺寸形狀精度和表面質(zhì)量的嚴(yán)格要求使得其加工難度非常高，國內(nèi)尚沒有對撓性接頭進(jìn)行精密研磨加工和測量的專用設(shè)備，研磨與測量分別在普通精度的設(shè)備上進(jìn)行，難以保證一次加工后零件尺寸的一致性。將尺寸測量與加工功能集成到同一臺設(shè)備上，可以避免重復(fù)裝夾誤差，是解決微小結(jié)構(gòu)零部件精度控制問題的有效途徑。本章基于上述集成化的思想，針對撓性接頭的結(jié)構(gòu)，設(shè)計研磨裝置的整體布局及力反饋元件。

2.2 撓性接頭細(xì)頸研磨方案設(shè)計

撓性接頭的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，可以分為組合式撓性接頭和一體式撓性接頭。如圖 2-1 所示，其典型結(jié)構(gòu)是沿圓周方向均勻分布的兩對細(xì)頸，這兩對細(xì)頸是撓性接頭工作中主要的承載部分，不同種類的撓性接頭其細(xì)頸的方向各不相同。組合式接頭的內(nèi)環(huán)與外環(huán)的細(xì)頸方向互相垂直，而整體式撓性接頭不存在內(nèi)外環(huán)的差別,只有一組沿一定角度的細(xì)頸結(jié)構(gòu)。細(xì)頸由相鄰的兩個小孔的孔壁自然形成，因此，撓性接頭細(xì)頸的研磨實(shí)質(zhì)上就是對這兩個小孔的孔壁在某一方向上的研磨加工。對于現(xiàn)有的接頭，其小孔分為通孔和盲孔兩種形式。撓性接頭細(xì)頸的加工需要經(jīng)過數(shù)道工序，首先在精密鏜床上精鏜內(nèi)孔，并留有 10μm 左右的單邊研磨余量，然后通過研磨的方式去除鏜削引入的變質(zhì)層并最終保證尺寸精度。要求研磨后細(xì)頸厚度均勻，尺寸保證在公差范圍內(nèi)，研磨過程中避免過大的研磨力，盡量減小加工后表面重新形成的變質(zhì)層。

第3 章 控制系統(tǒng)的建立及控制算法設(shè)計............. 40

3.1 引言 ..................... 40
3.2 控制系統(tǒng)的建立 ................. 40
3.3 伺服控制算法設(shè)計 ............. 47
3.4 控制軟件的開發(fā) ............. 54
第4 章 撓性接頭的研磨加工實(shí)驗(yàn)研究 ............... 58
4.1 引言 ........................... 58
4.2 撓性接頭功能結(jié)構(gòu)尺寸測量實(shí)驗(yàn) ................... 58
4.3 研磨加工對尺寸及表面粗糙度的影響 ........ 64
結(jié) 論.............. 73

第 4 章 撓性接頭的研磨加工實(shí)驗(yàn)研究

4.1 引言

撓性接頭加工前尺寸和方位的準(zhǔn)確測量是保證加工之后細(xì)頸精度的先決條件，測量精度要高于加工精度一個數(shù)量級以上才能夠滿足加工要求。撓性接頭微米級的尺寸精度要求對研磨裝置的位置測量增添了難度。本章將首先對測量過程中影響測量絕對精度的因素進(jìn)行定量分析和補(bǔ)償，然后通過對標(biāo)準(zhǔn)量具的測量實(shí)驗(yàn)，評價坐標(biāo)位置測量的準(zhǔn)確性。待測量的準(zhǔn)確性得到保證后，將進(jìn)行撓性接頭研磨加工實(shí)驗(yàn)。為驗(yàn)證本課題所設(shè)計的撓性接頭研磨裝置的實(shí)際加工能力，有必要對研磨前后的接頭細(xì)頸進(jìn)行測量，分析研磨的加工效果，對后續(xù)工作提供指導(dǎo)意義。

4.2 撓性接頭功能結(jié)構(gòu)尺寸測量實(shí)驗(yàn)

測量系統(tǒng)的誤差可以分為系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差兩大類，其中系統(tǒng)誤差是測量裝置中具有特定規(guī)律的誤差值,盡管該誤差值可能隨外界條件的變化而變化，但是其一般可以通過曲線的方式來表達(dá)。隨機(jī)誤差是在相同的測量條件下測量結(jié)果的波動性，誤差的符號不可預(yù)測，因此也沒有辦法補(bǔ)償。本課題中測量結(jié)果的系統(tǒng)誤差主要來源于測頭及傳感器的變形、測頭的直徑誤差、溫度變化導(dǎo)致的傳感器輸出變化、熱變形、運(yùn)動精度等,其中系統(tǒng)變形量及測頭直徑等主要的誤差來源可以通過標(biāo)定的方式進(jìn)行補(bǔ)償。測量的隨機(jī)誤差與恒力控制的力精度有關(guān)，當(dāng)實(shí)際力與目標(biāo)力的差值小于一個閾值時就認(rèn)為恒力完成，而實(shí)際上此時的接觸力在小范圍內(nèi)波動。此外還有外界振動等對傳感器電壓的干擾導(dǎo)致的誤判等。
.......

結(jié) 論

撓性接頭在動力調(diào)諧陀螺中起到十分關(guān)鍵的作用，陀螺儀表的精度和長期穩(wěn)定性與撓性接頭細(xì)頸的尺寸精度及表面質(zhì)量直接相關(guān)。當(dāng)前撓性接頭細(xì)頸的精加工依然依靠手工研磨的方式，難以對去除量進(jìn)行定量控制，缺乏有效的尺寸檢測手段，嚴(yán)重限制了陀螺儀表精度的提高。針對撓性接頭細(xì)頸研磨的難題，本文提出了一種基于力反饋的撓性接頭細(xì)頸研磨方式，將恒接觸力二維坐標(biāo)測量與研磨力的控制集成在同一套硬件裝置上,并進(jìn)行初步的研磨加工實(shí)驗(yàn)。本文主要完成以下工作：（1）針對撓性接頭細(xì)頸的結(jié)構(gòu)和尺寸精度要求,完成了五軸研磨系統(tǒng)運(yùn)動部件的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動分辨率 0.05μm 的 XY 精密運(yùn)動。完成了用于力反饋的二維力傳感器的設(shè)計、分析及標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)了 0.06%的測力分辨率，通過對彈性體的仿真分析選擇貼片位置,獲得了良好的輸出線性度及小于 0.16%維間耦合。（2）建立了研磨系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)硬件搭建和軟件開發(fā)。提出了通過位置控制間接控制接觸力的恒力控制策略，恒力控制穩(wěn)態(tài)誤差小于±5mN。在恒力控制的基礎(chǔ)上，設(shè)計了針對細(xì)頸結(jié)構(gòu)尺寸測量的測量策略。

.........

參考文獻(xiàn)（略）

本文編號：37800