專利名稱:壓電石英整體式三向磨銑削測力儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于切削金屬與非金屬時,測量切削力的測量儀器。
現(xiàn)有的壓電式測力儀雖然動態(tài)性能較其它類型測力儀有所提高,但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜,多為組合式結(jié)構(gòu)。測量時需要的壓電式力傳感器較多,例如瑞士Kistler公司9257A測力儀要用4個三向壓電石英力傳感器,而且這種傳感器工藝復(fù)雜,技術(shù)要求高,難制做,成本很高。所以,用該類傳感器做成的測力儀成本也很高。
本發(fā)明的目的在于研制一種結(jié)構(gòu)簡單,動態(tài)性能良好的壓電式磨銑削測力儀。測力儀采用整體式雙彈性環(huán)對稱結(jié)構(gòu),只需要用二個三向壓電力敏元件,可以達(dá)到國際CIRP-TSCC(國際生產(chǎn)工程研究會——切削委員會)規(guī)定的“動態(tài)型切削測力儀”的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,測力儀具有較高的靜態(tài)和動態(tài)性能。由于結(jié)構(gòu)簡單,省掉半數(shù)價格昂貴的壓電力傳感器,所以該測力儀成本大大降低,它具有較高的力—電轉(zhuǎn)換效率,可以測量靜態(tài)、動態(tài)切削力,也能在線精密測量瞬態(tài)切削力。
本發(fā)明的技術(shù)方案是壓電石英整體式三向磨銑削測力儀,由測力儀體(1),壓電三向力敏元件(2)組成。其測力儀體(1)為整體式左右對稱結(jié)構(gòu),測力儀體(1)形狀為中間方形(a),方形兩側(cè)有對稱的彈性環(huán)(b),每個彈性環(huán)(b)內(nèi)有兩個彈性半環(huán)和長形槽相通,利用彈性把兩個壓電石英三向力敏元件(2)靠過盈量預(yù)緊裝夾在彈性環(huán)的長槽中。力敏元件的上、下面由密封膠(4)密封,壓電石英三個方向引出線(3)由空心螺釘(7)引出體外。兩個彈性環(huán)上部由上蓋板(5)密封,下部用下蓋板(6)整體密封,上、下蓋板(5)和(6)與測力儀體間用電子束或激光焊接密封。彈性環(huán)(b)外側(cè)的固定板(c)用來固定測力儀,板上有槽,安裝螺釘可以穿入固定測力儀體。裝在長形槽中的兩個壓電三向力敏元件(2)由承受拉壓效應(yīng)的X0°切型,承受剪切效應(yīng)的Y0°切型組成,可測量FX、FY、FZ三個方向的力。兩個石英晶片并聯(lián)連接后,導(dǎo)線(3)經(jīng)空心螺釘(7)引出體外。測力儀體(1)的方形(a)上有若干個均勻分布的用于安裝工件的螺紋孔。
使用時,先將零件用螺釘和壓板固定在測力儀上,然后將裝有零件的測力儀固定到機(jī)床的工作臺上。切削時,作用在零件上的切削力,便通過彈性環(huán)和長槽兩個平面作用在力敏元件上,經(jīng)力敏元件將作用力自動分解為FX、FY、FZ三個互相垂直的方向輸出,即可測定出切削力。
本發(fā)明可用來測量磨削、銑削加工時的靜態(tài)力、動態(tài)力和瞬時力,也可作為在線監(jiān)測裝置或自適應(yīng)控制系統(tǒng)反饋元件。測量精度高,使用壽命長,用途廣泛。
附
圖1是測力儀的主視圖,其中(a)是方形塊,(b)是彈性環(huán),(c)是固定板。
附圖2是測力儀的剖視圖,其中(1)是測力儀體,(2)是壓電三向力敏元件,(3)是引出線,(4)是密封膠,(5)是上蓋板,(6)是下蓋板,(7)是空心螺釘。
附圖3是兩個壓電三向力敏元件電路圖。
最佳實施例如圖1所示,測力儀體材料為合金鋼,鍛造后經(jīng)固溶處理。彈性半環(huán)的幾何參數(shù)選擇應(yīng)保證各相剛度相同。力敏元件裝入測力儀時的過盈量一般取為0.3~0.5mm,預(yù)緊力為8000~13000N。裝配時為保證各向間橫向干擾最小原則,在長槽內(nèi)對力敏元件的位置要進(jìn)行精確調(diào)試。測量時,工件固定在測力儀體上,把測量儀固定在機(jī)床的工作臺上,當(dāng)切削時,切削力通過力敏元件可方便測出,使用方便,精確可靠。
權(quán)利要求
1.壓電石英整體式三向磨銑削測力儀,由測力儀體(1)、壓電三向力敏元件(2)組成,其特征是其測力儀體(1)為整體式左右對稱結(jié)構(gòu),測力儀體(1)形狀為中間方形(a),方形兩側(cè)有對稱的彈性環(huán)(b),每個彈性環(huán)(b)內(nèi)有兩個彈性半環(huán)和長形槽相通,利用彈性把兩個壓電石英三向力敏元件(1)靠過盈量預(yù)緊裝夾在彈性環(huán)的長槽中,力敏元件的上、下面由密封膠(4)密封,壓電石英三個方向引出線(3)經(jīng)空心螺釘(7)引出體外,兩個彈性環(huán)上部由上蓋板(5)密封,下部用下蓋板(6)整體密封,上、下蓋板(5)和(6)與測力儀體間用電子束或激光焊接密封,彈性環(huán)(b)外側(cè)的固定板(c)用來固定測力儀,板上有槽,安裝螺釘可以穿入固定測力儀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電石英整體三向磨削測力儀,其特征是裝在長形槽中的兩個壓電三向力敏元件(2)由承受拉壓效應(yīng)的X0°切型,承受剪切效應(yīng)的Y0°切型組成,可測量FX、FY、FZ三個方向的力,兩組石英晶片并聯(lián)連接后,導(dǎo)線(3)經(jīng)空心螺釘(7)引出體外。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓電石英整體式三向磨銑削測力儀,其特征是測力儀體方形(a)上有若干個均勻分布用于安裝工件的螺紋孔。
全文摘要
本發(fā)明屬于切削金屬與非金屬時,測量切削力的測量儀器。壓電石英整體式三向磨銑削測力儀,由測力儀體和壓電三向力敏元件組成。測力儀體為整體式左右對稱結(jié)構(gòu),測力儀體形狀為中間方形,方形兩側(cè)有對稱的彈性環(huán),每個彈性環(huán)由兩個彈性半環(huán)和長形槽相通。兩個壓電石英三向力敏元件裝在彈性環(huán)的長槽中,靠過盈量預(yù)緊。測力儀結(jié)構(gòu)簡單,性能好,只用二個三向壓電力敏元件,就可達(dá)到國際規(guī)定的動態(tài)型切削測力儀標(biāo)準(zhǔn),成本低,精度高。可以精確測量靜態(tài)、動態(tài)及在線測量,用途廣泛。
文檔編號G01L1/16GK1261662SQ99101559
公開日2000年8月2日 申請日期1999年1月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月20日
發(fā)明者錢敏, 孫寶元, 張軍 申請人:大連理工大學(xué)