[發明專利]一種應變式高頻響固定式四分量銑削力傳感器

有效

• 申請號: 201410155079.5
• 申請日: 2014-04-17
• 公開（公告）號: CN103921174A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 趙玉龍;李瑩雪;趙友;高欣浩;王鵬
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B23Q17/09
• 分類號: B23Q17/09
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

技術領域

本發明涉及銑削力測力技術領域，特別涉及一種應變式高頻響固定式四分量銑削力傳感器。

背景技術

在機械加工中的眾多手段中，銑削加工是最常見的加工方法之一。銑削力和軸向扭矩都是反映銑削過程的重要指標，銑削狀態的每個微小變化都能通過銑削力以及軸向扭矩的變化反映出來。銑削力和軸向扭矩大小與刀具磨損程度、銑削加工溫度、銑床加工精度、速度以及功率消耗等有著密切關系，因此如何精確測量銑削力對于提高加工效率、實現機加工過程的實時監控非常重要。

傳統的銑削力測力儀主要有機械式、液壓式、電容式、電感式、壓電式、應變式等類型。目前比較常見的是壓電式和應變式的銑削力傳感器。壓電式銑削力測力儀多為固定式結構，具有高靈敏度高固有頻率的特點，適合于動態量的測量。但是由于壓電傳感器的結構復雜，通常需要多塊壓電晶體高精度組合裝配，調試麻煩，維護極為不便，且造價昂貴，在產品化上受到很大限制。應變式銑削力測力儀則具有性能可靠、量產成本低、靜態精度高、長期穩定性好、堅固耐用、工藝性好等特點。不僅具有較好的動態特性，還能測量靜態載荷下的應變。但是由于固定式應變式測力儀無法解決其靈敏度和固有頻率之間的固有矛盾，所以多年來固定式應變式測力儀的應用一直落后于固定式壓電式測力儀。在進行固定式應變式測力儀的結構設計時，固有頻率的計算需要將被加工工件的質量也考慮在內，因此更要選擇合理的結構設計方案，在保持一定靈敏度的基礎上，盡量提高固定式應變式銑削力測力儀本身的固有頻率。

現有的銑床扭矩測量儀種類也是多種多樣的，主要包括接觸式和非接觸式的兩種測量方法，包含應變式、壓電式、電容式、聲波式、電磁式和光電式等類型，其中大部分又為定心式扭矩測量儀。對于銑床定心扭矩測量儀，目前最常用的結構是貼在銑刀旋轉主軸上的應變式扭矩測量儀。它雖然也具有應變式測量儀的所有優點，但是由于是安裝在不斷旋轉的主軸上，數據輸出的難度大大增加，且對輸出設備的裝配平衡度要求較高。對于無定心的扭矩測量，近年來，國內僅大連理工大學等少數科研單位進行了相關的研究，選用的是固定式的壓電傳感器。如前所述，壓電式測量儀雖然有諸多優點，但是傳感器的運維開銷十分巨大。因此對無定心固定式應變式扭矩測量的各種探索成為一種必然。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種應變式高頻響固定式四分量銑削力傳感器，提高測力儀的動態特性，實現對銑臺水平X、Y方向和豎直Z方向受力的精確測量，間接獲得銑臺三維方向受力以及所承受的主軸扭矩的大小。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種應變式高頻響固定式四分量銑削力傳感器，傳感器2為一個整體結構零件，被加工工件1通過夾具固定在傳感器2上，傳感器2固定于銑臺3上；

所述傳感器2采用支撐梁加變形梁的復合結構設計，共十六根變形梁，傳感器2以豎直中心軸10四面對稱，且每面又以該面內的豎直對稱軸11左右鏡像對稱，傳感器2包括載物平臺4、復合梁5、固定底座6三部分，載物平臺4通過復合梁5連接在固定底座6上，靠近豎直中心軸10的方向相對為內側，而靠近傳感器2四邊的方向定義為外側；靠近豎直對稱軸11的方向相對為內端，而靠近傳感器2四角的方向定義為外端；

所述的復合梁5共四組，以豎直中心軸10四面對稱，每組由一個側邊連接臺7、一對支撐變形梁8以及一對水平變形梁9組成，且都以豎直對稱軸11左右鏡像對稱，側邊連接臺7為長方體結構，內壁與載物平臺4相接，豎直厚度與載物平臺4相同，側邊連接臺7與載物平臺4連接面的水平長度為載物平臺4水平邊長的1/3；支撐變形梁8為一對長方體立柱結構，兩個長方體分立豎直對稱軸11兩側，支撐變形梁8頂面與側邊連接臺7底面相接，其底面與固定底座6上表面相接，其外壁與側邊連接臺7的外壁豎直共面，其內壁與固定底座6的環形內壁豎直共面，其內、外壁間的長度短于側邊連接臺7內、外壁間的長度，且該長度差不超過短值的1/5；水平變形梁9為一對長方體豎直薄片結構，兩薄片結構分立于側邊連接臺7左右兩側，其內端分別與側邊連接臺7的左右側壁相接，其外端分別與固定底座6的隆起部分相連，其底面與側邊連接臺8的底面水平共面，其內壁與固定底座6的環形內壁豎直共面；