专利名称：压电石英整体式三向磨铣削测力仪的制作方法
技术领域：
本发明属于切削金属与非金属时，测量切削力的测量仪器。
现有的压电式测力仪虽然动态性能较其它类型测力仪有所提高，但是结构复杂，多为组合式结构。测量时需要的压电式力传感器较多，例如瑞士Kistler公司9257A测力仪要用4个三向压电石英力传感器，而且这种传感器工艺复杂，技术要求高，难制做，成本很高。所以，用该类传感器做成的测力仪成本也很高。
本发明的目的在于研制一种结构简单，动态性能良好的压电式磨铣削测力仪。测力仪采用整体式双弹性环对称结构，只需要用二个三向压电力敏元件，可以达到国际CIRP-TSCC(国际生产工程研究会——切削委员会)规定的“动态型切削测力仪”的标准规定，测力仪具有较高的静态和动态性能。由于结构简单，省掉半数价格昂贵的压电力传感器，所以该测力仪成本大大降低，它具有较高的力—电转换效率，可以测量静态、动态切削力，也能在线精密测量瞬态切削力。
本发明的技术方案是压电石英整体式三向磨铣削测力仪，由测力仪体(1)，压电三向力敏元件(2)组成。其测力仪体(1)为整体式左右对称结构，测力仪体(1)形状为中间方形(a)，方形两侧有对称的弹性环(b)，每个弹性环(b)内有两个弹性半环和长形槽相通，利用弹性把两个压电石英三向力敏元件(2)靠过盈量预紧装夹在弹性环的长槽中。力敏元件的上、下面由密封胶(4)密封，压电石英三个方向引出线(3)由空心螺钉(7)引出体外。两个弹性环上部由上盖板(5)密封，下部用下盖板(6)整体密封，上、下盖板(5)和(6)与测力仪体间用电子束或激光焊接密封。弹性环(b)外侧的固定板(c)用来固定测力仪，板上有槽，安装螺钉可以穿入固定测力仪体。装在长形槽中的两个压电三向力敏元件(2)由承受拉压效应的X0°切型，承受剪切效应的Y0°切型组成，可测量FX、FY、FZ三个方向的力。两个石英晶片并联连接后，导线(3)经空心螺钉(7)引出体外。测力仪体(1)的方形(a)上有若干个均匀分布的用于安装工件的螺纹孔。
使用时，先将零件用螺钉和压板固定在测力仪上，然后将装有零件的测力仪固定到机床的工作台上。切削时，作用在零件上的切削力，便通过弹性环和长槽两个平面作用在力敏元件上，经力敏元件将作用力自动分解为FX、FY、FZ三个互相垂直的方向输出，即可测定出切削力。
本发明可用来测量磨削、铣削加工时的静态力、动态力和瞬时力，也可作为在线监测装置或自适应控制系统反馈元件。测量精度高，使用寿命长，用途广泛。
附
图1是测力仪的主视图，其中(a)是方形块，(b)是弹性环，(c)是固定板。
附图2是测力仪的剖视图，其中(1)是测力仪体，(2)是压电三向力敏元件，(3)是引出线，(4)是密封胶，(5)是上盖板，(6)是下盖板，(7)是空心螺钉。
附图3是两个压电三向力敏元件电路图。
最佳实施例如图1所示，测力仪体材料为合金钢，锻造后经固溶处理。弹性半环的几何参数选择应保证各相刚度相同。力敏元件装入测力仪时的过盈量一般取为0.3～0.5mm，预紧力为8000～13000N。装配时为保证各向间横向干扰最小原则，在长槽内对力敏元件的位置要进行精确调试。测量时，工件固定在测力仪体上，把测量仪固定在机床的工作台上，当切削时，切削力通过力敏元件可方便测出，使用方便，精确可靠。
权利要求
1.压电石英整体式三向磨铣削测力仪，由测力仪体(1)、压电三向力敏元件(2)组成，其特征是其测力仪体(1)为整体式左右对称结构，测力仪体(1)形状为中间方形(a)，方形两侧有对称的弹性环(b)，每个弹性环(b)内有两个弹性半环和长形槽相通，利用弹性把两个压电石英三向力敏元件(1)靠过盈量预紧装夹在弹性环的长槽中，力敏元件的上、下面由密封胶(4)密封，压电石英三个方向引出线(3)经空心螺钉(7)引出体外，两个弹性环上部由上盖板(5)密封，下部用下盖板(6)整体密封，上、下盖板(5)和(6)与测力仪体间用电子束或激光焊接密封，弹性环(b)外侧的固定板(c)用来固定测力仪，板上有槽，安装螺钉可以穿入固定测力仪。
2.根据权利要求1所述的压电石英整体三向磨削测力仪，其特征是装在长形槽中的两个压电三向力敏元件(2)由承受拉压效应的X0°切型，承受剪切效应的Y0°切型组成，可测量FX、FY、FZ三个方向的力，两组石英晶片并联连接后，导线(3)经空心螺钉(7)引出体外。
3.根据权利要求1或2所述的压电石英整体式三向磨铣削测力仪，其特征是测力仪体方形(a)上有若干个均匀分布用于安装工件的螺纹孔。
全文摘要
本发明属于切削金属与非金属时,测量切削力的测量仪器。压电石英整体式三向磨铣削测力仪,由测力仪体和压电三向力敏元件组成。测力仪体为整体式左右对称结构,测力仪体形状为中间方形,方形两侧有对称的弹性环,每个弹性环由两个弹性半环和长形槽相通。两个压电石英三向力敏元件装在弹性环的长槽中,靠过盈量预紧。测力仪结构简单,性能好,只用二个三向压电力敏元件,就可达到国际规定的动态型切削测力仪标准,成本低,精度高。可以精确测量静态、动态及在线测量,用途广泛。
文档编号G01L1/16GK1261662SQ99101559
公开日2000年8月2日 申请日期1999年1月20日 优先权日1999年1月20日
发明者钱敏, 孙宝元, 张军 申请人:大连理工大学