[实用新型]一种可主动补偿面型磨损误差的磨具

说明书

技术领域

 本实用新型涉及一种面型磨损误差主动补偿的磨具，属于超精密加工技术领域。

背景技术

超精密器件加工要求同时达到材质密度高度一致和尺寸、波纹度和粗糙度等指标的纳米精度，采用传统去除材料方法加工时面临着超低应力难以实现和超低应力下难以实现材料去除的难题。以磨削为基本加工手段，要达到纳米级尺寸精度、面型精度、表面波纹度、表面粗糙度，且具有好的表面质量、小的表面变质层、小的残余应力、满足表面完整性要求，除了需要磨床提供优于纳米精度的进给、准确控制磨粒的作用方向和作用力之外，对磨具面型进行实时误差补偿至关重要。

由于纳米精度的磨具难以获得，尤其是纳米精度的面型。当磨具覆盖硬质磨粒以后，面型的修整就更加困难。此外，在磨削加工的过程中磨具表面的磨损也会造成零件加工精度的降低。因此，不能期望磨具具有完美的精度，必须能够对磨具表面形状进行控制和调整。

现有补偿表面误差方法主要是基于弹性力学原理的应力盘抛光中的抛光工具主动变形技术，它结构复杂，效率低，很难保证生产的需要。本实用新型的表面误差补偿方法利用置于磨具内的压电陶瓷阵列在一定的电压作用下获得优于纳米级的静变形来实现对面型的误差补偿及调整，具有结构简单、机械集成度高、稳定可靠等优点。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对传统误差补偿的缺陷，提出一种可主动补偿面型磨损误差的磨具，实现高效率低成本、稳定可靠的纳米精度制造。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案。

一种可主动补偿面型磨损误差的磨具，包括磨具、磨具基体、压电陶瓷阵列和电压信号输入端子；其中，

所述压电陶瓷阵列内置于磨具中，电压信号输入端子置于压电陶瓷阵列与磨具基体之间， 所述电压信号输入端子的数量与压电陶瓷阵列中的压电陶瓷数量相同；其中：

所述电压信号输入端子的一端与直流电压相连接，所述电压信号输入端子的另一端与对应的压电陶瓷阵列中的压电陶瓷相连接。

进一步的，为了使每一个压电陶瓷单元施加电压时互不干扰，在相邻的压电陶瓷之间，形成非导电区。

本实用新型采用的上述技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本实用新型利用置于磨具内的压电陶瓷阵列，对磨具表面的面型进行调整，实现对磨具表面初始误差和磨损产生的误差的补偿；通过实时调整磨具面型，进行误差补偿能保障零件加工质量、延长磨具使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型的装置结构示意图。

图2是内置压电陶瓷阵列的磨具复合结构图。

图3是内置压电陶瓷阵列的磨具面型误差补偿示意图。

图4是内置压电陶瓷阵列分布图。

以上图中标号名称：1-被加工件，2-磨具，3-内置压电陶瓷阵列，4-刚玉盘，5-压电陶瓷，6-调整前的磨具的面型，7-电压信号输入端子，8-调整后的磨具的面型，31-压电陶瓷小分区，32-非导电区。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示，本实用新型的磨具包括上表面覆盖磨粒层的磨具2、压电陶瓷阵列3内置在磨具2中。内置压电陶瓷阵列3用于实时调整磨具2表面面型或波纹度，进行误差补偿，实现对工件1的精密加工。

如图2所示，磨具2中设置均匀分布m个压电陶瓷单元，每个压电陶瓷对应磨具表面的一个样点；电压信号输入端子7置于压电陶瓷阵列与磨具基体之间，电压信号输入端子与压电陶瓷阵列中的压电陶瓷一一对应，其一端与直流电压相连接，另一端与压电陶瓷相连接。

本实用新型的实施方法，包括如下步骤：

步骤A，检测磨具表面面型初始误差分布情况，确定压电陶瓷阵列中各单元需要提供的伸缩变形量                                               ，根据压电陶瓷单元的逆压电特性和结构的变形关系矩阵计算各压电陶瓷单元所需施加的直流电压的大小，其中。 

如图3所示，根据检测结果和各样点之间的变形关系，计算各样点对应的压电陶瓷单元所需施加的电压大小，对各压电陶瓷分别施加相应的电压，其中（为压电陶瓷阵列的单元数）；通过电压信号输入端子7对相应位置的压电陶瓷施加一定量的电压，使压电陶瓷产生一定量的伸缩变形，达到将初始面型6调整成面型8的目的。