置的运行。
[0044]在本实施例中，电机15为伺服电机，电机15通过减速机14以增大力矩，由联轴器13与滚珠丝杠11的螺杆连接，滚珠丝杠11由安装在电机座6上的滚珠丝杠轴承5支撑，电机15能够控制滚珠丝杠螺母座12的位置，即如图1和图2所示，电机15能够驱动滚珠丝杠螺母座12上下移动。螺母座导轨9对滚珠丝杠螺母座12起导向作用。施力头7和滚珠丝杠螺母座12分别由各自的位移传感器(第一位移传感器2和第二位移传感器4)反馈位置信号，两者之差为弹簧组的变形量。通过由蝶形弹簧组护罩10组装的蝶形弹簧组8，将运动传递到施力压头7。当施力压头上行顶住工件1后，伺服电机驱动滚珠丝杠螺母座12座继续上行，逐渐压缩蝶形弹簧组8，施力头7的输出力增大，输出力的大小与蝶形弹簧组8的压缩量成正比，通过控制滚珠丝杠螺母座12的位置间接控制施力压头输出力的大小。
[0045]蝶形弹簧组8的最大承载为200000N，弹性系数为2000N/mm(相当于20N/0.01mm)，滚珠丝杠螺母座12的定位精度0.01mm，对应20N输出力的分辨率(为最大载荷的0.01% )，控制精度可以达到0.04%。
[0046]在使用时，当施力头7未接触被施力体(如待加工的工件1)时，该弹性传导单元(如蝶形弹簧组8)不变形，施力头7与滚珠丝杠螺母座12同步运动；当施力头7接触被施力体后停止运动，滚珠丝杠螺母座12继续运动，施力头7和滚珠丝杠螺母座12之间产生位移差，使该弹性传导单元变形，该弹性传导单元的变形量等于施力头7和滚珠丝杠螺母座12之间产生的位移差，该弹性传导单元的变形量与施力头7输出的力成正比，这样控制施力头7和滚珠丝杠螺母座12之间的位移差值，就可以实现对输出力的控制。
[0047]当输出力较小时，电机15可以直接驱动滚珠丝杠11，使用圆柱螺旋弹簧，可以降低成本。当圆柱螺旋弹簧两端固定连接到滚珠丝杠螺母座12和施力头7时，可以实现压力和拉力的双向输出。当输出力较大时，可以用伺服油缸(液压缸)驱动系统替代伺服电机驱动滚珠丝杠11和电机15。即仅该伺服油缸就能够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。
[0048]如图2所示的高分辨率的力输出装置的控制精度为0.04% (目前可在工业现场应用的力传感器最高精度等级)。施力头7和该弹性传导单元的另一端之间通过高精度力传感器3连接，高精度力传感器3能够检测到施力头7作用于工件1的力的大小。高精度力传感器3用于校验输出值，用于在使用一段时间后，修正蝶形弹簧组8的弹性系数变化造成的偏差。
[0049]以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。
【主权项】
1.一种高分辨率的力输出装置，其特征在于，所述高分辨率的力输出装置包括: 力输出单元，能够输出压力或拉力； 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)； 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； 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； 控制单元，根据该弹性传导单元的变形量计算出施力头(7)作用在工件(1)上的力。2.根据权利要求1所述的高分辨率的力输出装置，其特征在于，施力头(7)和该弹性传导单元的另一端之间通过高精度力传感器(3)连接，高精度力传感器(3)能够检测到施力头(7)作用于工件⑴的力的大小。3.根据权利要求1所述的高分辨率的力输出装置，其特征在于，该弹性传导单元为符合胡克定律的弹性部件，该控制单元能够根据以下公式计算出施力头(7)作用在工件(1)上的力； F = kXx 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 ;该弹性传导单元受到的压力或拉力等于施力头(7)作用在工件(1)上的力。4.根据权利要求1所述的高分辨率的力输出装置，其特征在于，该弹性传导单元为圆柱弹貪。5.根据权利要求1所述的高分辨率的力输出装置，其特征在于，该弹性传导单元为蝶形弹簧组(8)，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，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。6.根据权利要求1所述的高分辨率的力输出装置，其特征在于，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。7.根据权利要求6所述的高分辨率的力输出装置，其特征在于，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。8.根据权利要求6所述的高分辨率的力输出装置，其特征在于，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。9.根据权利要求6所述的高分辨率的力输出装置，其特征在于，该位置检测单元包括: 第一位移传感器(2)，与施力头(7)连接，能够实时检测施力头(7)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，能够实时检测滚珠丝杠螺母座(12)的位置。10.根据权利要求1所述的高分辨率的力输出装置，其特征在于，该力输出单元包括液压缸，该液压缸能够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。
【专利摘要】本发明提供了一种高分辨率的力输出装置，包括：力输出单元，能够输出压力或拉力；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)；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)；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；控制单元，根据该弹性传导单元的变形量计算出施力头(7)作用在工件(1)上的力。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，另外，还具有结构简单，成本低等优点。
【IPC分类】B30B15/16
【公开号】CN105415744
【申请号】CN201510993562
【发明人】余肖放, 宋晓文, 贾春雷, 陈芝光, 王春会
【申请人】中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年12月25日