[发明专利]一种无线传输压电式四分量测力仪装置有效

专利信息
申请号: 201811254972.8 申请日: 2018-10-26
公开(公告)号: CN109269705B 公开(公告)日: 2021-01-19
发明(设计)人: 任宗金;马露露;杜瑞锋;朱晓雨;徐田国;张军 申请(专利权)人: 大连理工大学
主分类号: G08C17/02 分类号: G08C17/02;G01L5/167;G01L1/16
代理公司: 大连理工大学专利中心 21200 代理人: 温福雪;侯明远
地址: 116024 辽*** 国省代码: 辽宁;21
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摘要:
搜索关键词: 一种 无线 传输 压电 分量 测力 装置
【说明书】:

发明公开了一种无线传输压电式四分量测力仪装置。测力仪上盖设有多个电池安置孔,通过电池后盖将电池和电路部分连接在一起;三向力压电传感器位于测力仪上盖和测力仪主体之间;电路部分与测力仪上盖、下盖刚性连接;测力仪下盖一端与测力仪主体刚性连接,另一端与刀具相接。本发明利用电池供电将机床主轴启动、停止的临界状态、常速旋转时以及变速旋转时主轴受力情况实时传输给上位机,改变传统测力仪信号输出方式和“定子+转子”结构,具有结构紧奏,体积小,刚度高、高固有频率、高灵敏度等优点,实现轴向力、切向力、径向力和扭矩四分量的动态测试,测力仪上盖刀柄结构可以更换其他结构形式进行使用,替换性好。

技术领域

本发明属于压电式传感测力装置技术领域,涉及一种利用无线传输方式实时测量铣削、钻削等机加工过程中刀具所受到的轴向力、径向力、切向力和扭矩的装置及方法。

背景技术

机床在加工过程中监测主轴受力情况,可以针对主轴受力情况及时处理避免主轴断裂的现象出现,从而提高机床主轴的使用寿命。目前,国内外机床加工过程中切削力的测量主要有应变式和压电式两种。

应变式切削力测力仪主要是以应变片为主要敏感元件,通过应变片在受力后发生变形导致应变片阻值的变化的原理来测量受测物体的受力情况。这种测量方法具有结构简单、性能稳定、精度高、使用便捷等优点,但是由于电阻应变式测力仪刚度较小,动态测试性能较差,大大限制其应用范围。

压电式切削力测力仪主要是以压电石英晶体为主要敏感元件,通过压电材料的正压电效应原理,其具有较高的刚度和灵敏度,最重要的是其频率响应和瞬态响应良好,适合于加工过程中的切削力动态测量。传统的用于测量切削力的压电式测力仪,由于其需要信号线将压电感应产生的信号输送到电荷放大器,经过电荷放大由采集卡采集输送到上位机的过程,故其只能安装在工件和工作台之间的位置,通常这些测力仪体积和质量较大对安装和搬运等造成很大的不便。

切削力的动态变化参数是机床加工过程中的重要参数,准确监测动态切削力直接对提高机床加工的加工速度和效率有很大帮助。同时由于近年来电磁波通信的发展,利用无线传输的方式将信号输送到上位机进行实时监测成为研究人员关注的重点,因此研制一种体积小能够动态监测机床主轴受力情况的无线传输压电式测力仪装置成为迫切的需要。

发明内容

本发明要解决的技术难题是改变传统的压电式测力仪的信号传输方式、结构尺寸的大小等,利用测力仪刀柄结构使其应用于机床主轴上,利用信号调理电路和无线传输电路简化电荷放大器和采集卡,将数据传输到上位机上进行实时监测,而发明的一种无线传输压电式测力仪。

本发明的技术方案:

一种无线传输压电式四分量测力仪装置,主要由测力仪上盖1、测力仪主体2、测力仪下盖3、三向力压电传感器9、电池后盖5、电池7以及螺栓组成;

测力仪上盖1和测力仪下盖3位于测力仪主体2的两端,测力仪上盖1和测力仪下盖3位于测力仪主体2的两端,测力仪上盖1和测力仪下盖3通过螺栓与测力仪主体2连接;

所述的测力仪上盖1上设有多个电池安置孔,电池7通过电池后盖5安装于电池安置孔内,为电路部分12供电;测力仪上盖1设有刀柄上端结构6,其上开有键槽8;

所述的测力仪主体2是筒体结构,其内设有搭载三向力压电传感器9的平台;测力仪主体2筒体外壁上端设有一圈主体薄壁层10,起屏蔽干扰的作用;三向力压电传感器9安装于测力仪主体2的平台上,与主体薄壁层10相邻,其通过预紧螺栓11定位,确保三向力压电传感器9分别与测力仪上盖1和测力仪主体2贴合;测力仪主体2内部的中间空心区域放置电路部分12,电路部分12与测力仪上盖1、测力仪下盖3刚性连接;测力仪主体2的筒体上设有无线信号输出孔4;

所述的测力仪下盖3是台式结构,一端与测力仪主体2刚性连接,另一端利用其刀柄下端结构14与刀具直接连接;

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