[發(fā)明專利]一種壓電式四維切削測(cè)力平臺(tái)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910011191.0
• 申請(qǐng)日: 2009-04-15
• 公開（公告）號(hào): CN101524818A
• 公開（公告）日: 2009-09-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 錢敏;曲國杰;張軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B23Q17/09
• 分類號(hào): B23Q17/09
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心
• 代理人: 關(guān)慧貞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一種壓電式四維切削測(cè)力平臺(tái)屬于傳感測(cè)控技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及切削過程中三個(gè)方向正交力及扭矩的檢測(cè)。

背景技術(shù)

切削加工是機(jī)械制造中最主要的加工方法，隨著機(jī)床和刀具的不斷發(fā)展，切削加工的精度、效率和自動(dòng)化程度不斷提高，應(yīng)用范圍也日益擴(kuò)大，從而大大促進(jìn)了現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展。切削力和扭矩的測(cè)量不僅有利于研究切削機(jī)理、計(jì)算功率消耗、優(yōu)化切削用量和刀具幾何參數(shù)，更重要的是可以通過切削力的變化來監(jiān)控切削過程，反映刀具磨損或破損、切削用量的合理性、機(jī)床故障、顫振等切削狀態(tài)，以便及時(shí)控制切削過程，提高切削效率，降低零件廢品率，同時(shí)對(duì)于優(yōu)化刀具幾何參數(shù)等，都具有非常重要的意義。

以往的壓電式測(cè)力平臺(tái)難以同時(shí)測(cè)量和檢測(cè)切削過程中的扭矩和三個(gè)方向正交力。應(yīng)用面單一，僅能用于一種或某幾種相近形式的切削加工。而且對(duì)于扭矩的測(cè)量，其傳感器多采用分割電極的形式，必須進(jìn)行大量復(fù)雜的解耦運(yùn)算，工藝相對(duì)復(fù)雜，扭矩測(cè)量精度不高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)難題是要克服現(xiàn)有傳感器應(yīng)用面窄、以及扭矩測(cè)量精度不高等性能方面存在的缺欠。針對(duì)各種切削加工的受力特點(diǎn)及多樣性，結(jié)合石英晶體的壓電效應(yīng)，發(fā)明了一種壓電式四維切削測(cè)力平臺(tái)。該壓電式四維切削測(cè)力平臺(tái)以分布在同一圓周上呈菱形分布的四個(gè)傳感器為核心，實(shí)現(xiàn)了對(duì)任一切削過程中的三個(gè)方向正交力及扭矩進(jìn)行同時(shí)測(cè)量，具有靈敏度高，線性度、重復(fù)性好，橫向干擾小，測(cè)量精度高的良好特性。此壓電式四維切削測(cè)力平臺(tái)對(duì)于測(cè)量鉆、磨、銑、車、铇具有通用性，應(yīng)用面寬。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種壓電式四維切削測(cè)力平臺(tái)由底座1、中板2、上板3、引線輸出插頭4、引線5、隔熱板6、大環(huán)形密封圈8、小環(huán)形密封圈9、四個(gè)壓電石英傳感器10、防護(hù)墊11以及連接螺釘組成。夾在底座1與中板2之間呈菱形分布的四個(gè)壓電石英傳感器10均布于同一水平面的同一圓周上，四個(gè)壓電石英傳感器10通過四個(gè)第二連接螺釘12與底座1和中板2剛性連接在一起；中板2與上板3通過四個(gè)連接螺釘7連接在一起；中板2與上板3之間為一隔熱板6；底座1和中板2通過大環(huán)形密封圈8和小環(huán)形密封圈9進(jìn)行密封，用防護(hù)墊11對(duì)測(cè)力平臺(tái)底座上的第二連接螺釘12進(jìn)行密封；測(cè)力平臺(tái)中間通孔p為鉆削中工件的鉆孔空間；導(dǎo)線5由導(dǎo)線輸出插頭4引出。

底座1為一中間帶圓孔的矩形階梯式結(jié)構(gòu)，底座1的上表面采用臺(tái)階式結(jié)構(gòu)。上表面a外側(cè)開有安裝大環(huán)形密封圈8的方形密封槽b，上表面a內(nèi)側(cè)開有安裝小環(huán)形密封圈9的圓形密封槽b′；上表面a中部開有一個(gè)圓環(huán)形槽c，四個(gè)壓電石英傳感器10均布于圓環(huán)形槽c底面；底座1下表面為平面，第二連接螺釘12分別通過均布于底座1下表面的四個(gè)第二階梯孔e；底座1左固定端d上開有左上可調(diào)整安裝孔f、左下可調(diào)整安裝孔f′，底座1右固定端d′上開有右上可調(diào)整安裝孔f″、右下可調(diào)整安裝孔f″′，對(duì)整個(gè)測(cè)力平臺(tái)進(jìn)行固定；底座1前側(cè)開有一第三螺紋孔g，安裝引線輸出插頭4。

中板2為一中間帶圓孔的方形階梯式結(jié)構(gòu)。中板2的上表面為方形平面。下表面h為一圓柱形凸臺(tái)結(jié)構(gòu)，其上均布四個(gè)第一階梯孔i和四個(gè)第二螺紋孔j。第二連接螺釘12分別通過四個(gè)第二螺紋孔j，第一連接螺釘7分別通過四個(gè)第一階梯孔i。

上板3為一中間帶圓孔的方形平板式結(jié)構(gòu)。上表面k為方形平面，其上均布八個(gè)固定被測(cè)加工工件的工件固定螺紋孔m；下表面l同樣是方形平面，其上均布四個(gè)第一螺紋孔n，第一連接螺釘7分別通過四個(gè)第一螺紋孔n。

四個(gè)壓電石英傳感器10分別由1對(duì)xy型單元晶組和3對(duì)yx型單元晶組構(gòu)成，單元晶組自上而下依次為測(cè)量法向分力F_Z的xy型單元晶組o，測(cè)量扭矩力(F_M、F_M′、F_M″、F_M″′)的yx型單元晶組o′，測(cè)量切向分力F_Y的yx型單元晶組o″，測(cè)量切向分力F_X的yx型單元晶組o″′。每對(duì)單元晶組將兩片石英晶片對(duì)裝，即在電路上為并聯(lián)結(jié)構(gòu)，信號(hào)通過夾在兩片石英晶片間的電極片13引出，且引出信號(hào)為負(fù)電荷，每對(duì)單元晶組的上下兩面均通過相互連接的導(dǎo)線和電極片14接地。