[发明专利]一种传感器轴线正交布置的整体式测力仪结构

说明书

本发明属于传感测控技术领域，提供一种传感器轴线正交布置的整体式测力仪结构。本发明结构采用整体式结构，包括测力仪主体、压电传感器以及预紧螺栓。其中测力仪主体根据各部分功能不同又分为中央基体、环外支撑、弹性环槽以及支撑间连接部分。压电传感器竖直布置在中央基体四周的弹性环槽内，两条相对的两传感器中心线相互垂直正交，压电传感器采用螺栓预紧方式，对每个传感器进行分别预紧。中央基体底部悬空，顶部高出环外支撑及弹性环槽上表面，弹性环槽能够分担大部分作用在测力仪结构上的力，增加了测力仪的量程。此整体式测力仪结构大大增加了测力仪的结构刚性和固有频率，装配工艺得到简化，稳定性好。

技术领域

本发明属于传感测控技术领域，涉及一种整体式的切削加工中对切削力的测量结构，适用于磨削、铣削和钻削过程中动态多维力的测量。

背景技术

随着现代切削加工向着高速强力切削、精密超精密加工发展，对切削力的监测也提出了更高的要求。存在一些较高的强度、较高的硬度、较高耐磨性的材料，由于其具有非常特殊的结构组织特点，对于精加工造成很大难度，因此对切削提出了新的要求。而切削力作为切削过程中一个重要的物理量，即能够评价新型材料可加工性，同时，切削力的可靠获取也影响切削理论模型的建立和验证。

切削测力仪是研究切削过程最基本的仪器和手段，可快速表征切削过程，进而提高切削效率和加工质量，实现了现代自动化切削中的状态监控以及自适应控制。

切削测力仪，从测量原理上分主要有应变式和压电式等。应变式测力仪具有灵敏度高，精度高，具有良好的静态特性，但是切削加工过程中作用力变化快，应变式测力仪动态特性差。压电石英力传感器具有刚度高、线性好、温度稳定性好，并且在一定附加质量下具有较高的固有频率，适合切削动态力的测量。

压电式切削测力仪应用也越来越广，结构也多种多样。其中，组合式压电切削测力仪包括正方形四支点压电测力平台、双向平面磨削测力仪以及高固有频率测力仪。

本发明整体式压电测力仪，采用整体式结构，中央基体与环外支撑一体化，结构刚性和固有频率得到很大的提高，装配过程工艺也得到简化。成本较低，并且力电转换效率高，稳定性好。

发明内容

本发明采用整体式压电测力结构，其结构中的中央基体与环外支撑及支撑间连接部分为一个整体，中央基体与环外支撑间连接部分为弹性环槽结构。传感器侧向布置在弹性环槽中，整个结构为轴对称结构。提高了测力仪的结构刚度和固有频率，大大简化了制作和装配工艺，降低了成本。

本发明的技术方案：

一种传感器轴线正交布置的整体式测力仪结构，包括测力仪主体1、传感器2以及预紧螺栓3；

所述测力仪主体1，根据其各部分作用不同，又分为中央基体a、环外支撑b、弹性环槽c以及支撑间连接部分d；

所述中央基体a为方体结构，其上表面规则等距的设置16个螺纹孔，用来固定安装工件夹具或标定块；中央基体a的四个侧面中心位置均设有一个螺纹孔5，用来固定预紧传感器2；中央基体a底部悬空，顶部高出环外支撑b与弹性环槽c的上表面；

所述环外支撑b与支撑间连接部分d一体结构，其位于支撑间连接部分d的四个边的中间位置；环外支撑b上表面对称设置有两个阶梯孔4，通过螺栓将整体式测力仪结构固定安装在机床工作台上；环外支撑b侧面设置一个阶梯孔，其位置与中央基体a侧面的螺纹孔5对应，通过螺栓将传感器2固定预紧在中央基体a侧面；

所述支撑间连接部分d位于测力仪主体1的最下方，其中间为凹槽部分，四周为凸台部分，其中间位置设有固定通孔6，通过螺栓将整体式测力仪结构固定安装在机床工作台上；