發(fā)布時間：2016-04-28 10:10

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頸結(jié)構(gòu)，由于精鏜工序極小的切深和進給量會導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,即使采用超細粒度硬質(zhì)合金刀具并經(jīng)過仔細刃磨，使得刃口圓弧半徑達到 3μm，加工后單面變質(zhì)層厚度也會達到 5~10μm，而細頸厚度只有 45μm 左右，變質(zhì)層的厚度達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，材料的力學性能與理論值發(fā)生不可預見的偏差，對疲勞強度、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，細頸厚度僅為 45μm 左右，圓孔直徑一般為 2mm 至 3mm，細頸的加工就是對這兩個小孔的加工。極薄的細頸結(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重的加工痕跡，如圖 1-6 所示。

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第 2 章 研磨裝置總體設(shè)計

2.1 引言

撓性接頭細頸對尺寸形狀精度和表面質(zhì)量的嚴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頸，這兩對細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頸的方向各不相同。組合式接頭的內(nèi)環(huán)與外環(huán)的細頸方向互相垂直，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頸結(jié)構(gòu)。細頸由相鄰的兩個小孔的孔壁自然形成，因此，撓性接頭細頸的研磨實質(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驗研究 ............... 58
4.1 引言 ........................... 58
4.2 撓性接頭功能結(jié)構(gòu)尺寸測量實驗 ................... 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驗研究

4.1 引言

撓性接頭加工前尺寸和方位的準確測量是保證加工之后細頸精度的先決條件，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行定量分析和補償，然后通過對標準量具的測量實驗，評價坐標位置測量的準確性。待測量的準確性得到保證后，將進行撓性接頭研磨加工實驗。為驗證本課題所設(shè)計的撓性接頭研磨裝置的實際加工能力，有必要對研磨前后的接頭細頸進行測量，分析研磨的加工效果，對后續(xù)工作提供指導意義。

4.2 撓性接頭功能結(jié)構(gòu)尺寸測量實驗

測量系統(tǒng)的誤差可以分為系統(tǒng)誤差與隨機誤差兩大類，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。隨機誤差是在相同的測量條件下測量結(jié)果的波動性，誤差的符號不可預測，因此也沒有辦法補償。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、溫度變化導致的傳感器輸出變化、熱變形、運動精度等,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定的方式進行補償。測量的隨機誤差與恒力控制的力精度有關(guān)，當實際力與目標力的差值小于一個閾值時就認為恒力完成，而實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致的誤判等。
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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)定性與撓性接頭細頸的尺寸精度及表面質(zhì)量直接相關(guān)。當前撓性接頭細頸的精加工依然依靠手工研磨的方式，難以對去除量進行定量控制，缺乏有效的尺寸檢測手段，嚴重限制了陀螺儀表精度的提高。針對撓性接頭細頸研磨的難題，本文提出了一種基于力反饋的撓性接頭細頸研磨方式，將恒接觸力二維坐標測量與研磨力的控制集成在同一套硬件裝置上,并進行初步的研磨加工實驗。本文主要完成以下工作：（1）針對撓性接頭細頸的結(jié)構(gòu)和尺寸精度要求,完成了五軸研磨系統(tǒng)運動部件的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，實現(xiàn)運動分辨率 0.05μm 的 XY 精密運動。完成了用于力反饋的二維力傳感器的設(shè)計、分析及標定，實現(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)計了針對細頸結(jié)構(gòu)尺寸測量的測量策略。

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參考文獻（略）

本文編號：37800