一种高分辨率的力输出装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及数控机床技术领域，具体是一种高分辨率的力输出装置。
【背景技术】
[0002]在金属成形设备中，成形力的控制精度是一项主要技术指标。使用液压油缸驱动时，一般采用比例阀控制液压系统的压强，以控制油缸输出力的大小。使用伺服电机驱动，是通过控制伺服电机的输出力矩，实现对输出力的控制。
[0003]采用比例压力阀方式控制液压缸输出力的液压系统，影响输出力精度的主要因素:
[0004]1.比例压力阀控制精度。阀的精度一般为满量程的3%，高精度可达0.5% ;
[0005]2.油缸密封摩擦力的影响最终输出值。
[0006]—般油缸的输出力的控制精度为5%?1%，很难达到更高的精度。
[0007]采用伺服电机力矩控制，一般采用力传感器反馈，以提高控制精度。影响输出力精度的主要原因:
[0008]1.高精度力传感器的扫描频率为3Hz，不适合作为控制系统的反馈元件，限制控制精度。
[0009]2.导轨和丝杠的摩擦力影响最终输出值。
[0010]现有技术中，精度达到0.01 %以上的力传感器成本均较高，并且需要较高的环境条件，一般用于实验室，不适合工业现场使用。
【发明内容】
[0011 ] 为了克服现有机械加工设备中输出力的精度较低的问题，本发明提供了一种高分辨率的力输出装置，该高分辨率的力输出装置能够对静态成形力进行更精确的控制，达到0.01%级别的以上控制精度(分辨率)，以保证成形质量和零件的外形精度。
[0012]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0013]一种高分辨率的力输出装置，包括:
[0014]力输出单元，能够输出压力或拉力；
[0015]施力头，能够相应的将该力输出单元输出的压力或拉力作用于工件；
[0016]弹性传导单元，能够通过自身变形相应的将该力输出单元输出的压力或拉力传递给施力头，该弹性传导单元的一端与该力输出单元连接，该弹性传导单元的另一端与施力头连接；
[0017]位置检测单元，能够检测出该弹性传导单元的两端在变形前后的位置并计算出该弹性传导单元的变形量；
[0018]控制单元，根据该弹性传导单元的变形量计算出施力头作用在工件上的力。
[0019]本发明的有益效果是:
[0020]1、利用弹性元件，将力的控制转化为位置控制。
[0021]2、用成熟可靠的位置控制系统，在工业现场条件下，实现对静止输出力的高精度控制。
[0022]3、结构简单，成本低，该高分辨率的力输出装置仅为同等精度产品(精度达到0.01%以上的)的十分之一。
[0023]4、输出力的分辨率(0.01%以上)，控制精度可以达到力传感器的检测精度(0.04%工业现场级)。
[0024]5、设置了校准机构，利用高精度力传感器修正弹性元件长期使用产生的额偏差。
【附图说明】
[0025]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0026]图1是高分辨率的力输出装置的原理图。
[0027]图2是高分辨率的力输出装置的具体实施示意图。
[0028]图3是图2中蝶形弹簧组部位的放大示意图。
[0029]图中附图标记:1、工件；2、第一位移传感器；3、高精度力传感器；4、第二位移传感器；5、滚珠丝杠轴承；6、电机座；7、施力头；8、蝶形弹簧组；9、螺母座导轨；10、蝶形弹簧组护罩；11、滚珠丝杠；12、滚珠丝杠螺母座；13、联轴器；14、减速机；15、电机。
【具体实施方式】
[0030]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0031]一种高分辨率的力输出装置，包括:
[0032]力输出单元，能够输出压力或拉力；
[0033]施力头7，能够相应的将该力输出单元输出的压力或拉力作用于工件1 ;
[0034]弹性传导单元，能够通过自身变形相应的将该力输出单元输出的压力或拉力传递给施力头7，该弹性传导单元的一端与该力输出单元连接，该弹性传导单元的另一端与施力头7连接，即该弹性传导单元的一端向该弹性传导单元的另一端的方向，该力输出单元、弹性传导单元和施力头7依次连接；
[0035]位置检测单元，能够检测出该弹性传导单元的两端在变形前后的位置并根据该位置计算出该弹性传导单元的变形量的具体数值；
[0036]控制单元，根据该弹性传导单元的变形量和弹性系数计算出该弹性传导单元所受到的力，从而得到施力头7作用在工件1上的力的数值，如图1所示。
[0037]在本实施例中，该弹性传导单元为符合胡克定律的弹性部件。即该弹性传导单元受到的压力或拉力与该弹性传导单元的变形量成正比，该弹性传导单元满足以下公式:
[0038]F = kXx
[0039]在该公式中，F为该弹性传导单元受到的压力或拉力，单位为N ;k为该弹性传导单元的弹性系数，单位为N/m ;x为该弹性传导单元的变形量，单位为m。
[0040]在本实施例中，当输出力较小时，该弹性传导单元可以为圆柱弹簧。或者，当输出力较大时，该弹性传导单元为蝶形弹簧组8，以增大承载能力，该蝶形弹簧组8包括一个蝶形弹簧串和蝶形弹簧组护罩10，该蝶形弹簧串由多个蝶形弹簧两两相对连接形成，如图2和图3所示，蝶形弹簧组护罩10匹配的套设于该蝶形弹簧串外，沿该蝶形弹簧串中蝶形弹簧的排列方向，该蝶形弹簧串的一端为该弹性传导单元的一端，该蝶形弹簧串的另一端为该弹性传导单元的另一端。即该蝶形弹簧串的一端能够与施力头7连接，该蝶形弹簧串的另一端与该力输出单元连接。
[0041 ] 在本实施例中，该力输出单元包括滚珠丝杠11和电机15，电机15能够通过滚珠丝杠11驱动该弹性传导单元的所述一端向该弹性传导单元的所述另一端移动。该力输出单元还包括联轴器13、减速机14和滚珠丝杠轴承5，电机15依次通过减速机14和联轴器13与滚珠丝杠11的螺杆的一端固定连接，滚珠丝杠11的滚珠丝杠螺母座12与该弹性传导单元的所述一端抵接，滚珠丝杠11的螺杆的另一端插接于该弹性传导单元的所述一端内，滚珠丝杠轴承5套设于滚珠丝杠11的螺杆外，滚珠丝杠轴承5位于联轴器13和滚珠丝杠螺母座12之间，滚珠丝杠轴承5固定于电机座6上。
[0042]在本实施例中，所述高分辨率的力输出装置还包括螺母座导轨9，螺母座导轨9沿该弹性传导单元的一端指向该弹性传导单元的另一端的方向设置，滚珠丝杠11的滚珠丝杠螺母座12与螺母座导轨9连接，螺母座导轨9能够引导滚珠丝杠螺母座12沿该弹性传导单元的一端指向该弹性传导单元的另一端的方向滑动。
[0043]在本实施例中，该位置检测单元包括第一位移传感器2和第二位移传感器4。第一位移传感器2与施力头7连接，第一位移传感器2能够实时检测施力头7的位置并以此计算出弹性传导单元的另一端的位置。第二位移传感器4与滚珠丝杠11的滚珠丝杠螺母座12连接，第二位移传感器4能够实时检测滚珠丝杠螺母座12的位置并以此计算出弹性传导单元的一端的位置。该位置检测单元能够根据第一位移传感器2和第二位移传感器4检测到的位置信息计算该弹性传导单元的变形量并将该变形量实时的反馈给该控制单元。电机15、第一位移传感器2和第二位移传感器4均与该控制单元连接。该控制单元还能控制该高分辨率的力输出装