[發明專利]一種旋轉式三維壓電測力刀柄裝置

有效

• 申請號: 201310088738.3
• 申請日: 2013-03-19
• 公開（公告）號: CN103203661A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 任宗金;賈振元;尚永艷;高翼飛;高勝南;盧曉紅
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B23Q17/09
• 分類號: B23Q17/09
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞

技術領域

本發明屬于壓電式傳感器中的測力裝置領域，特別涉及一種直接測量銑削、鉆削等機械加工過程中刀具所受的軸向力、切向力和扭矩的裝置。

背景技術

目前，機械加工中切削力的測量主要有兩種方法：應變式和壓電式。

應變式中以應變片為靈敏元件的測力儀，具有結構簡單、尺寸小、性能穩定可靠、使用方便等優點，一般是通過應變片在受力后發生形變導致電阻值發生變化的原理來測力的，在力信號測量方面使用廣泛。但由于只有當應變片產生應變時，通常是幾十到兩萬微應變，其阻值才能發生變化，所以應變式測力儀靈敏度越高則剛度越低。應變式測力儀靜態性能好，一般適用于靜態測力，但固有頻率不高，不適宜動態力測量。

壓電式測力儀是根據壓電材料的壓電效應原理來測量的，同時具有很高的靈敏度和剛度，測量范圍寬，線性及穩定性高，動態特性好，適于測量加工過程中的動態切削力。傳統的用于測量切削力的多維壓電式測力儀通常是盤式結構或平臺結構，安裝在工件與工作臺之間，體積和質量較大，給運輸和安裝造成了不便。并且安裝在工件與工作臺之間的壓電式測力儀，動態響應受工件質量和幾何影響較大，對于較大的工件，測力儀要承受工件自身重量，而且在加工過程中，工件自重不斷發生變化，會影響測力信號的準確性，因此，盤式或臺式測力儀會限制工件的尺寸。另外，測力儀安裝在工作臺上容易受到切削液和切屑的損害，要特別注意做好測力儀的防護。

切削力是機械零件加工過程中的重要參數，能否準確測量動態切削力直接影響著實時切削力控制的準確性，進而影響零件的加工精度，隨著精密零件的需求日益增加，迫切需要設計一種能準確測量動態切削力的測力儀。

發明內容

本發明要解決的技術難題是克服現有技術的缺陷，發明一種旋轉式三維壓電測力刀柄裝置，克服傳統壓電式測力儀安裝在機床工作臺與工件之間，測量切削力和扭矩時受工件自重變化影響較大且切削液和切屑會損害測力儀的缺點。該測力刀柄利用深溝球軸承的內外圈可以相對轉動且內外圈與鋼球始終保持接觸的特點，使用三個輕型深溝球軸承作為壓電傳感器的電荷信號傳輸工具，分別傳輸軸向力、切向力和扭矩信號，解決了壓電傳感器安裝在機床主軸上時信號的無線傳輸問題，實現了測力儀對銑削、鉆削等機械加工過程中刀具所受的軸向力、切向力和扭矩的直接測量，安裝后免受切削液和切屑的損害。

本發明一種旋轉式三維壓電測力刀柄裝置所采用的技術方案是：一種旋轉式三維壓電測力刀柄裝置由可換式銑刀刀柄上端1、壓電傳感器部分、信號傳輸部分、刀柄下端24組成；

壓電傳感器部分由傳感器上殼體3、三維壓電石英測量晶組27、絕緣套筒17、預緊螺釘25、傳感器下殼體26、扭矩信號內引線28、切向力信號內引線30、軸向力信號內引線32組成；三維壓電石英測量晶組27粘在傳感器下殼體26的內腔凸臺中心上，絕緣套筒17緊貼在傳感器下殼體26的內腔表面，焊接在三維壓電石英測量晶組27上的帶有絕緣外皮的扭矩信號內引線28、切向力信號內引線30和軸向力信號內引線32分別穿過絕緣套筒17、傳感器下殼體26、絕緣內環19的側壁孔，絕緣內環19緊貼傳感器下殼體26的外壁并固定在傳感器下殼體26的下端突出部位上，傳感器上殼體3壓在三維壓電石英測量晶組27上，通過預緊螺釘25與三維壓電石英測量晶組27和傳感器下殼體26連接；?