一种基于超声振动车削的测力装置的制作方法

本实用新型属于金属切削加工领域，具体涉及一种基于超声振动车削的测力装置。

背景技术：

超声振动车削是在普通车削过程中给刀具施加20KHz-50KHz的超声振动而形成的一种新的加工技术。在切削过程中刀具按一定轨迹作高频振动，使刀具与工件、切屑周期性地接触、分离，最终达到材料去除目的。广泛应用于航空、航天、军工等领域及各种难加工材料的切削。超声振动车削在精密加工硬脆性材料时，可以很大程度上降低切削力、减少切削热、降低表面粗糙度、改善刀具磨损从而获得精度远高于普通切削方式的加工结果。

但是超声振动车削三轴切削力的精确测量是个难点。主要原因在于：一是目前没有现成的三轴力传感器夹具，很多用户直接将三轴力传感器安装在机床的四方刀架上，这样测得的三轴切削力是不准确的；二是生产三轴力传感器、变幅杆及换能器的厂家很多，生产出的产品形状也不尽相同，而要将不同的三轴力传感器、变幅杆、换能器及车削刀具合理的装配到一起并且正确安装在机床上，这无疑对机床操作工提出了更高的要求，同时也给超声振动车削的三轴切削力精确测量带来了诸多不便。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种简单通用的基于超声振动车削的测力装置，通过巧妙设计三轴力传感器、变幅杆、换能器、及车削刀具的安装方式，有效解决超声振动车削的三轴切削力测量不精确的问题，同时也降低了对机床操作工的要求。

具体来说，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种基于超声振动车削的测力装置，包括三轴力传感器、变幅杆连接板、安装背板、两个换能器上紧固环、两个换能器下紧固环、四个紧固环夹紧螺栓、变幅杆、换能器、刀具连接板、垂直型车刀刀杆、车刀刀片、两个变幅杆连接板紧固螺钉、变幅杆连接螺栓、两个变幅杆连接板与刀具连接板紧固螺栓、两个刀具紧固螺栓、四个三轴力传感器紧固螺钉。

所述三轴力传感器是美国PCB公司生产的，主要由上端部分、中间部分、下端部分和信号接线柱组成，其中上端部分、中间部分、下端部分由其内部连接螺栓紧固在一起，信号接线柱从所述三轴力传感器的中间部分引出。

所述变幅杆和所述换能器通过内部的螺栓连接在一起，形成一个整体，称为超声振动子。

所述两个换能器上紧固环的两侧各制作了一个M10的螺纹孔，所述两个换能器下紧固环的两侧各制作了一个M10的螺纹孔，所述四个紧固环夹紧螺栓分别安装在上述螺纹孔中，起到连接所述换能器上紧固环和所述换能器下紧固环的作用，用于夹紧所述换能器。

所述垂直型车刀刀杆是将正常的车刀刀杆按1:2的比例截成两段，再将这两部分垂直焊接而成的。

所述车刀刀片安装在所述垂直型车刀刀杆的刀头上。

所述变幅杆连接板用来连接所述变幅杆，在其内部中心位置安装了所述变幅杆连接螺栓，用于和所述变幅杆端面的M10×1×35内螺纹连接，在所述变幅杆连接板的圆柱面上制作了两个M6的螺纹孔，所述变幅杆连接板紧固螺钉上下对称安装在这两个孔中，起到紧固作用。

所述刀具连接板用于安装所述三轴力传感器和所述垂直型车刀刀杆，在所述刀具连接板上端面制作了一个60×22×25mm的所述垂直型车刀刀杆的安装槽；在安装槽的下面制作了两个M10的螺纹孔，所述两个刀具紧固螺栓分别安装在这两个螺纹孔中，用于紧固所述垂直型车刀刀杆；另外，在所述刀具连接板的上端面还制作了四个M6的螺纹孔，所述四个三轴力传感器紧固螺钉分别安装在上述的四个螺纹孔中，用于紧固所述三轴力传感器；这样所述刀具连接板、所述三轴力传感器和所述垂直型车刀刀杆就被连接成一个整体。

所述变幅杆连接板和所述刀具连接板是通过两个所述变幅杆连接板与刀具连接板紧固螺栓连接到一起的。

所述两个换能器下紧固环和所述安装背板焊接在一起，这样各个部件就被连接成了一个整体；所述安装背板在车削加工时装夹到车床的四方刀架上即可。

本实用新型的有益效果：将超声振动车削测力装置安装在车床上，就能够精确测量车削加工过程中的切削力，不用制作专用的刀具和底座，也不用拆除车床的四方刀架，直接把该装置安装在车床的四方刀架上进行加工即可，有效提高了超声振动车削测力装置的灵活性，增加了超声振动车削的应用范围。该装置安全可靠，结构简单，成本低廉，通用性强。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的局部结构示意图。

图中：1-三轴力传感器；1-1-三轴力传感器内部螺栓；1-2-三轴力传感器上端部分；1-3-三轴力传感器中间部分；1-4-三轴力传感器下端部分；1-5-信号接线柱；2-变幅杆连接板；3-安装背板；4-换能器上紧固环；5-换能器；6-换能器下紧固环；7-紧固环夹紧螺栓；8-变幅杆；9-刀具连接板；10-垂直型车刀刀杆；11-车刀刀片；12-变幅杆连接板紧固螺钉；13-变幅杆连接螺栓；14-变幅杆连接板与刀具连接板紧固螺栓；15-刀具紧固螺栓；16-三轴力传感器紧固螺钉。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方案对本实用新型作进一步描述：

本实施方案的超声振动车削测力装置，如图1、图2所示，它包括所述的三轴力传感器1通过所述的三轴力传感器紧固螺钉16安装在所述的刀具连接板9上，所述的垂直型车刀刀杆10通过所述的刀具紧固螺栓15安装在所述的刀具连接板9上；所述的变幅杆连接板2和所述的变幅杆8是通过所述的变幅杆连接螺栓13连接到一起的，所述的变幅杆连接板紧固螺钉12起紧固作用；进一步，所述变幅杆连接板2与所述的刀具连接板9通过所述的变幅杆连接板与刀具连接板紧固螺栓14连接到一起的。

所述的变幅杆8和所述的换能器5是通过内部的螺栓连接在一起的；所述的紧固环夹紧螺栓7将所述换能器上紧固环4和所述换能器下紧固环6连接在一起，用于夹紧所述的换能器5，所述换能器下紧固环6和所述安装背板3是焊接在一起的；所述的安装背板3最终是要装夹到车床的四方刀架上的。

将上述装置安装在车床的四方刀架上，将信号线连接到信号接线柱1-5上，启动机床进行超声振动车削，就可以精确地采集切削力信号了。

以上所述仅为本实用新型较佳的实施方案，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书及图示内容做出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。