一種高分辨率的力輸出裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)控機(jī)床技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種高分辨率的力輸出裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在金屬成形設(shè)備中，成形力的控制精度是一項(xiàng)主要技術(shù)指標(biāo)。使用液壓油缸驅(qū)動(dòng)時(shí)，一般采用比例閥控制液壓系統(tǒng)的壓強(qiáng)，以控制油缸輸出力的大小。使用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，是通過(guò)控制伺服電機(jī)的輸出力矩，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出力的控制。
[0003]采用比例壓力閥方式控制液壓缸輸出力的液壓系統(tǒng)，影響輸出力精度的主要因素:
[0004]1.比例壓力閥控制精度。閥的精度一般為滿量程的3%，高精度可達(dá)0.5% ;
[0005]2.油缸密封摩擦力的影響最終輸出值。
[0006]—般油缸的輸出力的控制精度為5%?1%，很難達(dá)到更高的精度。
[0007]采用伺服電機(jī)力矩控制，一般采用力傳感器反饋，以提高控制精度。影響輸出力精度的主要原因:
[0008]1.高精度力傳感器的掃描頻率為3Hz，不適合作為控制系統(tǒng)的反饋元件，限制控制精度。
[0009]2.導(dǎo)軌和絲杠的摩擦力影響最終輸出值。
[0010]現(xiàn)有技術(shù)中，精度達(dá)到0.01 %以上的力傳感器成本均較高，并且需要較高的環(huán)境條件，一般用于實(shí)驗(yàn)室，不適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011 ] 為了克服現(xiàn)有機(jī)械加工設(shè)備中輸出力的精度較低的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種高分辨率的力輸出裝置，該高分辨率的力輸出裝置能夠?qū)o態(tài)成形力進(jìn)行更精確的控制，達(dá)到0.01%級(jí)別的以上控制精度(分辨率)，以保證成形質(zhì)量和零件的外形精度。
[0012]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
[0013]一種高分辨率的力輸出裝置，包括:
[0014]力輸出單元，能夠輸出壓力或拉力；
[0015]施力頭，能夠相應(yīng)的將該力輸出單元輸出的壓力或拉力作用于工件；
[0016]彈性傳導(dǎo)單元，能夠通過(guò)自身變形相應(yīng)的將該力輸出單元輸出的壓力或拉力傳遞給施力頭，該彈性傳導(dǎo)單元的一端與該力輸出單元連接，該彈性傳導(dǎo)單元的另一端與施力頭連接；
[0017]位置檢測(cè)單元，能夠檢測(cè)出該彈性傳導(dǎo)單元的兩端在變形前后的位置并計(jì)算出該彈性傳導(dǎo)單元的變形量；
[0018]控制單元，根據(jù)該彈性傳導(dǎo)單元的變形量計(jì)算出施力頭作用在工件上的力。
[0019]本發(fā)明的有益效果是:
[0020]1、利用彈性元件，將力的控制轉(zhuǎn)化為位置控制。
[0021]2、用成熟可靠的位置控制系統(tǒng)，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)條件下，實(shí)現(xiàn)對(duì)靜止輸出力的高精度控制。
[0022]3、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，該高分辨率的力輸出裝置僅為同等精度產(chǎn)品(精度達(dá)到0.01%以上的)的十分之一。
[0023]4、輸出力的分辨率(0.01%以上)，控制精度可以達(dá)到力傳感器的檢測(cè)精度(0.04%工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)級(jí))。
[0024]5、設(shè)置了校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)，利用高精度力傳感器修正彈性元件長(zhǎng)期使用產(chǎn)生的額偏差。
【附圖說(shuō)明】
[0025]構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說(shuō)明書(shū)附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。
[0026]圖1是高分辨率的力輸出裝置的原理圖。
[0027]圖2是高分辨率的力輸出裝置的具體實(shí)施示意圖。
[0028]圖3是圖2中蝶形彈簧組部位的放大示意圖。
[0029]圖中附圖標(biāo)記:1、工件；2、第一位移傳感器；3、高精度力傳感器；4、第二位移傳感器；5、滾珠絲杠軸承；6、電機(jī)座；7、施力頭；8、蝶形彈簧組；9、螺母座導(dǎo)軌；10、蝶形彈簧組護(hù)罩；11、滾珠絲杠；12、滾珠絲杠螺母座；13、聯(lián)軸器；14、減速機(jī)；15、電機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0030]需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
[0031]一種高分辨率的力輸出裝置，包括:
[0032]力輸出單元，能夠輸出壓力或拉力；
[0033]施力頭7，能夠相應(yīng)的將該力輸出單元輸出的壓力或拉力作用于工件1 ;
[0034]彈性傳導(dǎo)單元，能夠通過(guò)自身變形相應(yīng)的將該力輸出單元輸出的壓力或拉力傳遞給施力頭7，該彈性傳導(dǎo)單元的一端與該力輸出單元連接，該彈性傳導(dǎo)單元的另一端與施力頭7連接，即該彈性傳導(dǎo)單元的一端向該彈性傳導(dǎo)單元的另一端的方向，該力輸出單元、彈性傳導(dǎo)單元和施力頭7依次連接；
[0035]位置檢測(cè)單元，能夠檢測(cè)出該彈性傳導(dǎo)單元的兩端在變形前后的位置并根據(jù)該位置計(jì)算出該彈性傳導(dǎo)單元的變形量的具體數(shù)值；
[0036]控制單元，根據(jù)該彈性傳導(dǎo)單元的變形量和彈性系數(shù)計(jì)算出該彈性傳導(dǎo)單元所受到的力，從而得到施力頭7作用在工件1上的力的數(shù)值，如圖1所示。
[0037]在本實(shí)施例中，該彈性傳導(dǎo)單元為符合胡克定律的彈性部件。即該彈性傳導(dǎo)單元受到的壓力或拉力與該彈性傳導(dǎo)單元的變形量成正比，該彈性傳導(dǎo)單元滿足以下公式:
[0038]F = kXx
[0039]在該公式中，F(xiàn)為該彈性傳導(dǎo)單元受到的壓力或拉力，單位為N ;k為該彈性傳導(dǎo)單元的彈性系數(shù)，單位為N/m ;x為該彈性傳導(dǎo)單元的變形量，單位為m。
[0040]在本實(shí)施例中，當(dāng)輸出力較小時(shí)，該彈性傳導(dǎo)單元可以為圓柱彈簧?；蛘撸?dāng)輸出力較大時(shí)，該彈性傳導(dǎo)單元為蝶形彈簧組8，以增大承載能力，該蝶形彈簧組8包括一個(gè)蝶形彈簧串和蝶形彈簧組護(hù)罩10，該蝶形彈簧串由多個(gè)蝶形彈簧兩兩相對(duì)連接形成，如圖2和圖3所示，蝶形彈簧組護(hù)罩10匹配的套設(shè)于該蝶形彈簧串外，沿該蝶形彈簧串中蝶形彈簧的排列方向，該蝶形彈簧串的一端為該彈性傳導(dǎo)單元的一端，該蝶形彈簧串的另一端為該彈性傳導(dǎo)單元的另一端。即該蝶形彈簧串的一端能夠與施力頭7連接，該蝶形彈簧串的另一端與該力輸出單元連接。
[0041 ] 在本實(shí)施例中，該力輸出單元包括滾珠絲杠11和電機(jī)15，電機(jī)15能夠通過(guò)滾珠絲杠11驅(qū)動(dòng)該彈性傳導(dǎo)單元的所述一端向該彈性傳導(dǎo)單元的所述另一端移動(dòng)。該力輸出單元還包括聯(lián)軸器13、減速機(jī)14和滾珠絲杠軸承5，電機(jī)15依次通過(guò)減速機(jī)14和聯(lián)軸器13與滾珠絲杠11的螺桿的一端固定連接，滾珠絲杠11的滾珠絲杠螺母座12與該彈性傳導(dǎo)單元的所述一端抵接，滾珠絲杠11的螺桿的另一端插接于該彈性傳導(dǎo)單元的所述一端內(nèi)，滾珠絲杠軸承5套設(shè)于滾珠絲杠11的螺桿外，滾珠絲杠軸承5位于聯(lián)軸器13和滾珠絲杠螺母座12之間，滾珠絲杠軸承5固定于電機(jī)座6上。
[0042]在本實(shí)施例中，所述高分辨率的力輸出裝置還包括螺母座導(dǎo)軌9，螺母座導(dǎo)軌9沿該彈性傳導(dǎo)單元的一端指向該彈性傳導(dǎo)單元的另一端的方向設(shè)置，滾珠絲杠11的滾珠絲杠螺母座12與螺母座導(dǎo)軌9連接，螺母座導(dǎo)軌9能夠引導(dǎo)滾珠絲杠螺母座12沿該彈性傳導(dǎo)單元的一端指向該彈性傳導(dǎo)單元的另一端的方向滑動(dòng)。
[0043]在本實(shí)施例中，該位置檢測(cè)單元包括第一位移傳感器2和第二位移傳感器4。第一位移傳感器2與施力頭7連接，第一位移傳感器2能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)施力頭7的位置并以此計(jì)算出彈性傳導(dǎo)單元的另一端的位置。第二位移傳感器4與滾珠絲杠11的滾珠絲杠螺母座12連接，第二位移傳感器4能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)滾珠絲杠螺母座12的位置并以此計(jì)算出彈性傳導(dǎo)單元的一端的位置。該位置檢測(cè)單元能夠根據(jù)第一位移傳感器2和第二位移傳感器4檢測(cè)到的位置信息計(jì)算該彈性傳導(dǎo)單元的變形量并將該變形量實(shí)時(shí)的反饋給該控制單元。電機(jī)15、第一位移傳感器2和第二位移傳感器4均與該控制單元連接。該控制單元還能控制該高分辨率的力輸出裝