[发明专利]一种压电式深小孔钻削测力装置

说明书

技术领域

本发明属于传感测控技术领域，涉及一种压电式深小孔钻削测力装置，特别涉及一种深小孔钻削加工过程中钻削力及扭矩的检测装置。

背景技术

钻削加工过程是一种半封闭式的加工过程，对于深小孔的钻削加工而言，这种封闭性尤为突出。切削液无法到达切削区，切屑细小，容易产生堆积，排屑困难，形成封闭环境，使切削区域局部温度迅速升高，导致切削刃部分过热烧损，引起钻头急剧磨损。通常采用的解决办法是定时的提钻排屑，这势必严重影响生产效率。近年来，随着自动化、高效率、柔性化在机械加工领域的飞速发展以及难加工材料的广泛应用，上述问题显得尤为突出。

在整个钻削过程中，加工状态恶化会导致钻削力及扭矩急剧增大。根据加工状态给钻削力及扭矩设置一个临界值，若实测钻削力及扭矩小于预置临界值，则通过提高钻削进给量来提高钻削效率；若实测钻削力及扭矩大于临界值，则减小进给量。钻削到一定深度后，若检测到钻削力及扭矩连续增大，此时减小进给量已不能使实测值小于临界值，只要钻削力及扭矩实测值中有一项大于给定临界值，就需退出钻头排屑。排屑后，钻头重新接近工件，继续钻削。因此，在加工系统中设置钻削测力装置，适时监控加工状态，有利于优化钻削参数，合理控制钻削加工过程，降低零件废品率，对改善深小孔加工质量和提高钻削加工效率具有重要意义。

目前，钻削力及扭矩的测量方法有应变式和压电式。应变式测力装置当灵敏度高时，其刚性较差，固有频率较低，在周期性正负变化的径向力作用下容易产生振动，当刚度高时，其灵敏度较低，深小孔钻削力测量精度差，此外，应变式测力装置对应变片的粘贴位置要求也较高；压电式测力装置具有刚度高、线性好、灵敏度高、迟滞小、固有频率高等优点，非常适用于各种动态力的测量，能够实时准确地反映出钻削力及扭矩的变化。以往的压电式钻削测力仪虽然能够实时检测钻削力及扭矩，但对于深小孔加工过程中的钻削力测量，其灵敏度相对较低，扭矩测量精度不高，因而本发明设计了一种专门用于深小孔加工的钻削测力装置。

发明内容

本发明要解决的技术难题是克服现有传感器对于深小孔加工过程中钻削力测量时灵敏度和固有频率不能同时达到测量要求，扭矩测量精度不高等性能方面存在的缺欠，针对深小孔加工的受力特点，结合石英晶体的压电效应，提供了一种压电式深小孔钻削测力装置。该压电式深小孔钻削测力装置以一个由分割电极、完整电极以及石英晶片组成的传感器为核心，实现了对深小孔加工过程中钻削力及扭矩的测量。

本发明采用的技术方案是：该装置由底座、上盖、压电石英传感器、引线输出插头、引线、大环形密封圈、小环形密封圈、三个连接螺钉、大防护垫以及小防护垫组成。夹在底座与上盖之间的压电石英传感器位于测力装置的正中心，通过三个连接螺钉将底座、压电石英传感器和上盖刚性连接在一起，三个连接螺钉的头部由大防护垫和小防护垫进行密封，底座和上盖之间由大环形密封圈和小环形密封圈进行密封，引线由引线输出插头引出。

底座为圆柱形阶梯式结构。底座上表面为圆形平面，其上安装压电石英传感器。底座下表面为圆形平面，其上开有三个均匀分布的阶梯孔，用于安装三个连接螺钉，三个阶梯孔以0线为基准线，其位置角度分别为0°、120°、240°，在底座(1)的下圆柱面上开有均匀分布的四个可调整安装U形槽，四个可调整安装U形槽以0°线为基准线，其位置角度分别为0°、90°、270°、360°。上盖为圆柱式结构。上盖上表面为圆形平面，其上均布八个固定被测加工工件的工件固定螺纹孔，八个工件固定螺纹孔以0°线为基准线，其位置角度分别为0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°。上盖下表面为环形平面，其上开有小环形密封环槽和大环形密封环槽和三个均布的连接底座和上盖的螺纹孔，三个螺纹孔以0°、120°、240°，三个连接螺钉分别通过底座上的三个阶梯孔安装到三个螺纹孔中，上盖下表面的中心开有安装压电石英传感器的圆形孔槽。上盖外圆柱面上开有引线输出孔和引线输出插头螺纹孔，它们的位置以0°线为基准线，其位置角度为157.5°。引线输出插头安装在引线输出插头螺纹孔中，引线由引线输出插头中引出。