研具夹持装置、轴端球面研磨设备及轴端球面加工方法与流程

1.本技术涉及球面加工技术领域，尤其涉及一种研具夹持装置、轴端球面研磨设备及轴端球面加工方法。


背景技术：

2.对于轴端具有球面的工件来讲，在初加工完成后需要对其端部的球面进行研磨，以使球面部分的直径、圆度、粗糙度等参数满足精度要求。
3.轴端球面的研磨起初采用手工研磨的方式，后来通过机械方式实现了半自动化研磨，提高了一定研磨效率，但是其在研磨过程中依旧需要人工配合，调整工件角度、加注研磨膏、反复测量球面尺寸和粗糙度等，自动化程度低，研磨效率有待提高。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种研具夹持装置、轴端球面研磨设备及轴端球面加工方法，能够提高轴端球面研磨的自动化程度。
5.第一方面，本技术提供一种研具夹持装置，包括：
6.第一滑轨模组，包括第一滑轨组件、滑动设置于所述第一滑轨组件上的第二滑轨组件以及驱动所述第一滑轨组件直线运动的第一动力组件；
7.第一基座，滑动设置于所述第二滑轨组件上；
8.第一转轴，转动设置于所述第一基座上，所述第一转轴的第一端设置有第一夹持部，用于夹持研具；
9.第二动力组件，与所述第一转轴的第二端相连，用于驱动所述第一转轴转动；以及
10.压力传感器，设置于所述第二滑轨组件上，所述压力传感器的感应端与所述第一基座抵触，所述第一动力组件驱动所述第一滑轨组件进给的过程中，当所述压力传感器反馈的压力值达到预设值时，所述第一滑轨组件停止进给，当所述压力传感器反馈的压力值小于预设值时，所述第一滑轨组件继续进给。
11.可选地，还包括：
12.第一直线位移传感器，设置于所述第一滑轨组件上；以及
13.第一限位机构，设置于所述第二滑轨组件上，所述第一动力组件驱动所述第二滑轨组件进给时，当所述第一限位机构与所述第一直线位移传感器的感应端接触时，控制系统通过所述第一动力组件控制所述第一滑轨组件减速。
14.可选地，所述第一限位机构包括：
15.第一安装杆，所述第一安装杆的第一端固定于所述第二滑轨组件上，所述第一安装杆的第二端开设有第一通孔以及与所述第一通孔连通的第一豁口；
16.第一限位杆，设置于所述第一通孔内；以及
17.第一紧固件，穿过所述第一豁口，以将所述第一限位杆固定于所述第一通孔内。
18.可选地，所述第一滑轨组件包括第一滑轨以及滑动设置于所述第一滑轨上的第一
滑块，所述第二滑轨组件包括第二滑轨以及滑动设置于所述第二滑轨上的第二滑块；
19.所述第二滑轨固定于所述第一滑块上，所述第一基座固定于所述第二滑块上。
20.可选地，所述第一滑轨上固定有安装板，所述安装板上设置有定位孔。
21.第二方面，本技术提供一种轴端球面研磨设备，包括：
22.工作台；
23.第一方面中任一项所述的研具夹持装置；以及
24.工件夹持装置，设置于所述工作台上，用于夹持待研磨工件，并控制工件旋转。
25.可选地，还包括：
26.光源，设置于所述工作台上；以及
27.ccd相机，位于所述光源的上方，用于确定所述工件的位置，并采集所述工件的图像信息。
28.可选地，所述工作台上还设置有三轴调整平台，所述ccd相机安装于所述三轴调整平台上。
29.第三方面，本技术提供一种轴端球面加工方法，采用第二方面中任一项所述的轴端球面研磨设备，包括：
30.通过所述工件夹持装置控制工件进给至设定位置，并控制工件旋转；
31.通过所述第一动力组件控制所述第一滑轨组件带动所述研具进给，直到所述研具与工件的表面贴合，所述第一基座和研具受到来自工件的反作用力沿所述第二滑轨组件后退，对工件进行研磨；
32.当所述压力传感器反馈的压力值达到预设值时，所述第一滑轨组件停止进给，当所述压力传感器反馈的压力值小于预设值时，所述第一滑轨组件继续进给；以及
33.重复上述动作，直到满足加工要求。
34.可选地，所述重复上述动作，直到满足加工要求包括：
35.通过所述ccd相机实时采集所述工件的图像信息，并将所述图像信息与云端数据库内的预设图像进行比对，根据比对结果判断所述工件是否达到加工要求。
36.如上，本技术提供的研具夹持装置用于夹持研具、并控制研具动作，以对轴端具有球面的工件进行研磨。具体地，工件被定位至预定位置后，第一动力组件控制第一滑块沿第一滑轨直线进给，向工件端部靠近，第一滑块运动的过程中，带动其上方的第二滑轨、第二滑块、第一基座、第一转轴以及研具同时进给，直到研具与工件的表面贴合后，开始对工件表面进行研磨。
37.研具与工件表面贴合后，第一动力组件继续控制第一滑块向前进给，而在这个过程中，研具受到来自工件的反作用力并沿第二滑轨后退，反作用力依次通过第一转轴、第一基座反馈至压力传感器，当压力传感器感知的压力值达到预设值时，将压力信号转化为电信号反馈至控制系统，控制系统控制第一动力组件停止动作、第一滑块停止进给，当研磨一定时间后，压力传感器感知的压力值又会小于预设值，此时控制系统控制第一动力组件再次动作，第一滑块继续进给，如此重复上述过程，直到达到研磨的精度要求。
38.采用本技术的上述研具夹持装置对工件进行研磨，通过压力传感器与第一滑轨组件的配合，控制第一滑块带动研具间歇进给，对工件端部球面进行逐层研磨，精确控制研磨压力值，防止因局部研磨压力过大导致尺寸精度出现偏差，进而保证研磨精度。同时通过研
磨压力的控制，实现了工件的自动化研磨，相对于传统方式来讲，无需定期测量工件的球面尺寸和粗糙度等指标，降低了劳动强度，提高了研磨效率。
39.同时，本技术通过工件夹持装置控制工件轴端球面在转动的过程中往复摆动，同时配合研具夹持装置控制研具与工件之间的研磨压力，保证研磨精度的同时提高了轴端球面研磨的自动化程度，进而提高了研磨效率。
附图说明
40.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图，而并不超出本技术要求保护的范围。
41.图1是本发明实施例给出的研具夹持装置的一种示意图；
42.图2是图1的三维立体结构示意图；
43.图3是图1中第一限位机构的示意图；
44.图4是本发明实施例给出的工件夹持装置的一种示意图；
45.图5是图4中a部分的局部放大图；
46.图6是图2中第二限位机构的示意图；
47.图7是本发明实施例给出的轴端球面研磨设备的一种示意图；
48.图8是将图7中工作台隐藏后的示意图。
49.图中，附图标记指代如下：
50.1、研具夹持装置，
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11、第一滑轨模组，
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111、第一动力组件，
51.112、第一滑轨，
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113、第一滑块，
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114、第二滑轨，
52.115、第二滑块,
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12、第一基座,
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13、第一转轴；
53.14、压力传感器,
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15、第二动力组件,
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16、第一直线位移传感器；
54.17、第一限位机构,
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171、第一安装杆,
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172、第一限位杆,
55.173、第一紧固件,
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174、第一通孔,
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175、第一豁口；
56.18、安装板；
57.2、工件夹持装置,
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21、底座,
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22、主轴；
58.23、摆动臂,
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24、第二滑轨模组,
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241、第三滑轨；
59.242、第三滑块,
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243、第五动力组件,
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25、夹持组件；
60.251、第二基座,
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252、第二转轴,
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253、第三动力组件；
61.26、第四动力组件,
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27、第二直线位移传感器, 28、第二限位机构；
62.281、第二安装杆,
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282、第二限位杆,
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283、第二紧固件；
63.284、第二通孔,
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285、第二豁口；
64.3、工作台；
65.4、框架；
66.5、光源；
67.6、ccd相机；
68.7、三轴调整平台。
具体实施方式
69.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
70.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
71.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
72.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
73.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
74.参照图1和图2，为本发明实施例公开的一种研具夹持装置，其包括第一滑轨模组11、第一基座12、第一转轴13以及压力传感器14。
75.第一滑轨模组11包括第一滑轨组件、第二滑轨组件以及第一动力组件111。具体的，第一滑轨组件包括第一滑轨112和滑动设置在第一滑轨112上的第一滑块113，第二滑轨组件包括第二滑轨114和滑动设置在第二滑轨114上的第二滑块115。第二滑轨114固定安装在第一滑块113上。
76.需要说明的是，第一动力组件111与第一滑轨组件相连，用于驱动第一滑块113作直线运动，第一动力组件111驱动第一滑块113运动时，第二滑轨114和第二滑块115随第一滑块113一同运动。而第二滑轨组件上并无用于驱动第二滑块115主动动作的动力件。
77.第一基座12设置于第二滑轨组件上，具体地，第一基座12固定安装于第二滑块115上，能够相对第二滑轨114滑动。
78.第一转轴13转动设置于第一基座12上。为方便表述，将第一转轴13的其中一端称为第一端，另一端称为第二端，第一转轴13的第一端设置有第一夹持部，用于夹持研具。第一夹持部可以采用机械弹性式卡爪、气动式卡爪等。第一基座12上还安装有第二动力组件15，第二动力组件15的输出端与第一转轴13的第二端相连，用于驱动第一转轴13转动。
79.压力传感器14设置于第二滑轨组件上，具体地，压力传感器14的安装座固定安装于第二滑轨114与第一夹持部相背的一个侧端面上，压力传感器14的感应端与第一基座12抵触，能够感知来自第一基座12的作用力。
80.本技术提供的研具夹持装置用于夹持研具、并控制研具动作，以对轴端具有球面
的工件进行研磨。具体地，工件被定位至预定位置后，第一动力组件111控制第一滑块113沿第一滑轨112直线进给，向工件端部靠近，第一滑块113运动的过程中，带动其上方的第二滑轨114、第二滑块115、第一基座12、第一转轴13以及研具同时进给，直到研具与工件的表面贴合后，开始对工件表面进行研磨。
81.研具与工件表面贴合后，第一动力组件111继续控制第一滑块113向前进给，而在这个过程中，研具受到来自工件的反作用力并沿第二滑轨114后退，反作用力依次通过第一转轴13、第一基座12反馈至压力传感器14，当压力传感器14感知的压力值达到预设值时，将压力信号转化为电信号反馈至控制系统，控制系统控制第一动力组件111停止动作、第一滑块113停止进给，当研磨一定时间后，压力传感器14感知的压力值又会小于预设值，此时控制系统控制第一动力组件111再次动作，第一滑块113继续进给，如此重复上述过程，直到达到研磨的精度要求。
82.应当理解的是，本技术的研具夹持装置中，仅第一滑轨组件中第一滑块113需要通过第一动力组件111驱动。而第二滑轨组件中第二滑块115在无外力作用下，始终相对第二滑轨114和第一滑块113静止，当研具受到来自工件的反作用力时，第二滑块115才会后退，而且第二滑块115相对第二滑轨114的滑动幅度是非常小的，第二滑块115和第二滑轨114之间的滑动连接关系是为了使压力传感器14能够更准确地感知来自工件的压力值，进而更精确地控制研磨压力。
83.采用本技术的上述研具夹持装置对工件进行研磨，通过压力传感器14与第一滑轨组件的配合，控制第一滑块113带动研具间歇进给，对工件端部球面进行逐层研磨，精确控制研磨压力值，防止因局部研磨压力过大导致尺寸精度出现偏差，进而保证研磨精度。同时通过研磨压力的控制，实现了工件的自动化研磨，相对于传统方式来讲，无需定期测量工件的球面尺寸和粗糙度等指标，降低了劳动强度，提高了研磨效率。
84.作为一种可能的实现形式，参照图1和图2，第一滑轨112上固定安装有第一直线位移传感器16，第二滑轨114上固定安装有第一限位机构17。
85.第一动力组件111驱动第一滑块113带动研具朝向工件进给的过程中，当研具接近工件时，第一限位机构17与第一直线位移传感器16的感应端接触，此时控制系统通过第一动力组件111控制第一滑块113和研具减速，而且根据第一限位机构17相对第一直线位移传感器16感应端的位移，研具越接近工件，第一滑块113和研具的进给速度越慢。
86.通过第一直线位移传感器16和第一限位机构17对研具的进给速度进行控制，使得研具在接近工件的过程中进给速度逐渐变慢，避免研具与工件之间形成刚性碰撞，降低事故发生的可能性，同时也有利于控制研磨压力。
87.可选地，第一直线位移传感器16采用光栅线位移传感器，光栅线位移传感器适用于精密控制，更有利于提高研磨精度。
88.作为一种可能的实现形式，参照图3，第一限位机构17包括第一安装杆171、第一限位杆172以及第一紧固件173。
89.第一安装杆171的第一端固定安装于第一滑轨112上，第一安装杆171的第二端开设有第一通孔174以及与第一通孔174连通的第一豁口175，第一限位杆172穿设于第一通孔174内，第一限位杆172的轴线与第一滑轨112平行。第一豁口175与第一安装杆171第二端的端面连通，使得第一豁口175形成扩口状。第一紧固件173穿过第一豁口175，将第一限位杆
172夹紧固定。第一紧固件173包括但不限于采用螺栓螺母等形式。
90.通过第一限位杆172与第一紧固件173的配合，方便根据实际空间位置调整第一限位杆172端部与第一直线位移传感器16之间的距离，从而确定研具开始减速的初始位置，保证作业安全性的前提下提高作业效率。
91.作为一种可能的实现形式，参照图3，第一滑轨112的底部固定有安装板18，安装板18上开设有定位孔，通过在定位孔内穿设螺栓等连接件可将安装板18及其上方部件固定于研磨设备的指定位置，有利于安装拆卸。
92.参照图4和图5，为本发明实施例公开的一种工件夹持装置，其包括底座21、主轴22、摆动臂23、第二滑轨模组24、夹持组件25以及第四动力组件26。
93.底座21作为各部件安装的基础，本发明实施例中底座21上开设有定位孔，用于安装在研磨设备上，例如类似法兰安装等形式。
94.主轴22转动设置在底座21上。摆动臂23固定安装在主轴22的上端，主轴22转动时带动摆动臂23绕主轴22的轴线转动。
95.第二滑轨模组24固定安装在摆动臂23上。夹持组件25固定安装在第二滑轨模组24上，第二滑轨模组24用于驱动夹持组件25直线动作。
96.第二滑轨模组24包括第三滑轨241、第三滑块242以及第五动力组件243，第三滑轨241固定安装在摆动臂23上，第三滑块242滑动设置在第三滑轨241上，第五动力组件243与第二滑轨模组24相连，用于驱动第三滑块242沿第三滑轨241直线运动。
97.夹持组件25包括第二基座251、第二转轴252以及第三动力组件253。第二基座251固定安装在第三滑块242上，第二转轴252转动设置在第二基座251上，第三动力组件253固定安装在第二基座251，第三动力组件253的输出端与第二转轴252的第一端相连，用于驱动第二转轴252转动。第二转轴252的第二端设置有第二夹持部，用于夹持待研磨的工件。
98.第四动力组件26固定安装在底座21上，其输出端与主轴22相连，用于驱动主轴22在设定的角度范围内往复转动，从而控制摆动臂23在设定角度范围内绕主轴22的轴线作往复摆动。第四动力组件26可采用伺服电机，精准控制主轴22在设定角度范围内作正反向往复转动。
99.本发明的工件夹持装置用于夹持待研磨工件，并控制工件动作，以配合上述研具夹持装置，对工件的表面的研磨。具体地，待研磨工件安装于第二夹持部上之后，通过第二滑轨模组24驱动夹持组件25进给，直至工件端部球面达到设定位置。然后通过第四动力组件26控制主轴22转动，带动摆动臂23在设定的角度范围内往复摆动，同时通过第三动力组件253控制第二转轴252转动，从而使工件端部球体既绕工件的轴线转动，又绕其球心摆动，通过上述复合运动，根据球体的球面尺寸设定摆动臂23的摆动角度范围，使得研具与工件表面贴合时，能够对工件端部球面进行全方位研磨，相对于传统方式来讲，无需在研磨过程中不断调整研具或工件的位姿，降低了研磨过程的复杂性，提高了研磨的自动化程度，从而降低了劳动强度，提高了研磨效率。
100.作为一种可能的实现形式，参照图5，第三滑轨241上固定安装有第二直线位移传感器27，第三滑块242上固定安装有第二限位机构28。
101.第五动力组件243驱动第三滑块242带动工件朝向设定位置进给的过程中，当工件接近设定位置时，第二限位机构28与第二直线位移传感器27的感应端接触，此时控制系统
通过第五动力组件243控制第三滑块242和工件减速，而且根据第二限位机构28相对第二直线位移传感器27感应端的位移，工件越接近设定位置，第三滑块242和工件的进给速度越慢。
102.通过第二直线位移传感器27和第二限位机构28对工件的进给速度进行控制，使得工件在接近设定位置的过程中进给速度逐渐变慢，以便于精准控制工件端部球体的球心与设定位置的中心重合。
103.作为一种可能的实现形式，参照图6，第二限位机构28包括第二安装杆281、第二限位杆282以及第二紧固件283。
104.第二安装杆281的第一端固定安装于第三滑块242上，第二安装杆281的第二端开设有第二通孔284以及与第二通孔284连通的第二豁口285，第二限位杆282穿设于第二通孔284内，第二限位杆282的轴线与第三滑轨241平行。第二豁口285与第二安装杆281第二端的端面连通，使得第二豁口285形成扩口状。第二紧固件283穿过第二豁口285，将第二限位杆282夹紧固定。第二紧固件283包括但不限于采用螺栓螺母等形式。
105.通过第二限位杆282与第二紧固件283的配合，方便根据实际空间位置调整第二限位杆282端部与第二直线位移传感器27之间的距离，从而确定工件开始减速的初始位置，以便于控制工件精准停止于设定位置。
106.参照图7和图8，本发明实施例还公开了一种轴端球面研磨设备，包括工作台3、上述任一实施例中的研具夹持装置1和工件夹持装置2。其中，工件夹持装置2通过底座21固定安装在工作台3上，研具夹持装置1固定安装在底座21上，而且，第一转轴13和第二转轴252的轴线位于同一平面内。
107.作为一种可能的实现形式，参照图7，底座21上固定设置有框架4，研具夹持装置1固定安装在框架4上。主轴22的顶端设置有光源5，框架4的顶部设置有ccd相机6，ccd相机6位于光源5的正上方，且ccd相机6镜筒的轴线与主轴22的轴线重合。
108.需要说明的是，第一转轴13和第二转轴252的轴线与主轴22轴线的交点即为上述工件端部球体的球心所在位置，即工件的设定位置。
109.工件夹持装置2控制工件进给的过程中，通过ccd相机6与光源5配合，实时获取工件端部球体球心的位置，对其进行校准，直到工件端部球体的球心与主轴22的轴线重合。另一方面，研具夹持装置1控制研具对工件进行研磨的过程中，ccd相机6实时采集工件的图像信息，并将采集的图像信息与云端数据库内预设的标准图像进行比对，根据比对结果判断工件是否达到加工要求。具体地，当比对结果未达到工件研磨精度要求时，研具夹持装置1控制研具持续进给，对工件进行研磨，当比对结果满足研磨精度要求后，研具夹持装置1停止工作。
110.作为一种可能的实现形式，参照图8，框架4的顶部设置有三轴调整平台7，ccd相机6安装在三轴调整平台7上。通过三轴调整平台7，方便对ccd相机6的位置进行调整，以精准确定工件的设定位置。
111.本发明实施例还公开了一种轴端球面加工方法，采用上述任一实施例中的轴端球面研磨设备，包括以下步骤：
112.s101：通过第二滑轨114模组控制工件进给至设定位置。
113.s102：通过第三动力组件253控制工件绕第二转轴252的轴线转动，同时通过第四
动力组件26控制主轴22在设定角度范围内往复转动，以使工件绕自身轴线转动的同时围绕主轴22的轴线往复摆动。
114.s103：通过第一动力组件111控制第一滑轨112组件带动研具进给，直到研具与工件的表面贴合，第一基座12和研具受到来自工件的反作用力沿第二滑轨114组件后退，对工件进行研磨。
115.s104：对工件进行研磨的过程中，当压力传感器14反馈的压力值达到预设值时，第一滑轨112组件停止进给，当压力传感器14反馈的压力值小于预设值时，第一滑轨112组件继续进给。
116.s105：重复步骤s104，直到满足加工精度要求。
117.作为一种可能的实现形式，步骤s101中，通过第二滑轨模组24控制工件进给时，通过ccd相机6对工件的位置进行校准，使工件端部球体的球心与所述主轴22的轴线重合。
118.作为一种可能的实现形式，步骤s105中，对工件进行持续研磨的过程中，通过所述ccd相机6实时采集所述工件的图像信息，并将所述图像信息与云端数据库内的预设图像进行比对，根据比对结果判断所述工件是否达到加工要求，当比对结果满足加工精度要求时，停止研磨。
119.本发明通过工件夹持装置2控制工件轴端球面在转动的过程中往复摆动，同时配合研具夹持装置1控制研具与工件之间的研磨压力，保证研磨精度的同时提高了轴端球面研磨的自动化程度，进而提高了研磨效率。
120.在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
121.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。