專利名稱：壓電石英整體式三向磨銑削測力儀的制作方法
技術領域：
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，但是結構復雜，多為組合式結構。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雜，技術要求高，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構簡單，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)對稱結構，只需要用二個三向壓電力敏元件，可以達到國際CIRP-TSCC(國際生產工程研究會——切削委員會)規(guī)定的“動態(tài)型切削測力儀”的標準規(guī)定，測力儀具有較高的靜態(tài)和動態(tài)性能。由于結構簡單，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構，測力儀體(1)形狀為中間方形(a)，方形兩側有對稱的彈性環(huán)(b)，每個彈性環(huán)(b)內有兩個彈性半環(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)由承受拉壓效應的X0°切型，承受剪切效應的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，導線(3)經空心螺釘(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，鍛造后經固溶處理。彈性半環(huán)的幾何參數(shù)選擇應保證各相剛度相同。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，在長槽內對力敏元件的位置要進行精確調試。測量時，工件固定在測力儀體上，把測量儀固定在機床的工作臺上，當切削時，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構，測力儀體(1)形狀為中間方形(a)，方形兩側有對稱的彈性環(huán)(b)，每個彈性環(huán)(b)內有兩個彈性半環(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)由承受拉壓效應的X0°切型，承受剪切效應的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，導線(3)經空心螺釘(7)引出體外。
3.根據(jù)權利要求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構,測力儀體形狀為中間方形,方形兩側有對稱的彈性環(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,靠過盈量預緊。測力儀結構簡單,性能好,只用二個三向壓電力敏元件,就可達到國際規(guī)定的動態(tài)型切削測力儀標準,成本低,精度高?？梢跃_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