[发明专利]用于力检测和力矩检测的装置

说明书

本发明涉及一种用于力检测和力矩检测的装置(1)，该装置具有压电式力测量单元(A，B)，所述压电式力测量单元在水平工作面(XY)中相对于装配平台(8)的端部面(81，81')被机械地预紧并检测力分量(F_x，F_y，F_z)，其中，所述装配平台(8)的至少一个第一端部面(81，81')被倾斜于至少一个第二端部面(82，82')地设置。

技术领域

本发明涉及一种用于力检测和力矩检测的装置，该装置具有压电式力测量单元，该压电式力测量单元在水平工作面中相对于装配平台的端部面被机械地预紧并检测力分量。

背景技术

切削加工一直是最主要的成型方式并构成各种机械产品的制造工艺的基础。为了优化制造工艺，重要的是对切削加工进行准确的分析。因此，在切削加工期间需要检测力和力矩，利用该信息能够：量化切削过程中被转化的能量，确定材料特性，对工具进行损耗分析以及对机器结构/组件做出符合要求的设计。

在专利文献EP0806643A2中公开了一种用于力检测和力矩检测的装置。图1示意性示出了该装置。工件4被安装在T形装配平台8上，该工件由工具5来加工。装配平台8的主干支承在U形立脚9的腿部之间。在装配平台8的主干与立脚9的每一个腿部之间分别设有一个压电式力测量单元A、B。在此，压电式力测量单元A、B通过预紧螺栓10被机械地预紧。预紧螺栓10穿过压电式力测量单元A、B，装配平台8的主干和立脚9的腿部。在加工工件4期间，在一侧有一个力F沿预紧螺栓10的长形伸展方向起作用。该一侧作用的力F被对半地分散到压电式力测量单元A、B上。压电式力测量单元A被卸载+1/2F的力，而压电式力测量单元B被加载+1/2F的力。每个压电式力测量单元A、B均具有压电式接收器。该压电式接收器在结晶学上被定向为，使得作用到其上的力产生电极化电荷。该压电式接收器具有相反的极化方向。因此，压电式力测量单元A、B的电极化电荷的总和作用力F的大小成比例。

从市场上可以购得Kistler集团的型号为9119AA1的用于力检测和力矩检测的装置，其细节请参照数据页9119AAl_003_060e-01.13。该装置具有四个压电式力测量单元，其被两两地分别设置在装配平台主干的两侧。压电式力测量单元检测力F的三个法向力分量F_x、F_y、F_z。电极化电荷被特定于分组地量取，通过信号线路被导出到电荷放大器上并在那里被电放大，然后在分析单元中被转换成电压。该装置通过诸如测量范围、灵敏度、固有频率、重量和总基面这样的参数来表征。该装置关于力分量F_x、F_y、F_z的测量范围在-4kN至+4kN的范围内。该装置的灵敏度关于力分量F_x、F_z为～26pC/N，并且关于力分量F_y为～13pC/N。该装置的固有频率关于力分量F_x为～6.0kHz，关于力分量F_y为～6.4kHz并且关于力分量F_z为～6.3kHz。其重量为930g，并且它的总基面测定为109*80mm。

根据数据页9119AAl_003_060e-01.13，源于该现有技术的用于力检测和力矩检测的装置的灵敏度针对不同的力分量是各向异性的。特别是在装配平台的水平工作面中，力分量F_x的灵敏度～26pC/N是力分量F_y的灵敏度～13pC/N的两倍。由于切削加工经常需要关于水平工作面旋转对称地进行，因此该装置在该工作面中的实际灵敏度是通过力分量F_y的低灵敏度来预先给定的。此外，还希望提高该装置的固有频率，因为最低固有频率F_x～6.0kHz将该装置的使用限制在每分钟～60000转的最大主轴转速上。

发明内容

本发明的目的在于提高用于力检测和力矩检测的装置的参数灵敏度和固有频率中的至少一个。

本发明的目的通过本发明的用于力检测和力矩检测的装置的特征来实现。