[其他]六筋结构切削测力仪

说明书

用于机械切削力的测定。

目前机械切削加工切削力的测定，通常采用的应变式测力仪，均属弯曲测力形式。这一形式体现在八角环测力仪、平行筋、平行板式测力仪、桁架和悬臂梁式测力仪，其特点是，将应力片粘贴在弹性体弯矩最大处的最大拉、压弯曲应变处。为了产生足够的应变灵敏度，就必须产生足够大的弯矩，这就势必增加弹性体的弯曲长度，但是，粘贴应变片所占据的弹性体长度只占全部长度的极小部分，因而大部分弹性变形，都没有被用于直接测力。计算表明，应变片部分的变形，只占总变形的3-15%。传统应变式测力仪的这一力学弱点，使应变式测力仪成为一种低刚度、低固有频率测力仪。日本特许专利第264016号（测切削力AST式工具动力计）最高刚度也只大约有30公斤/微米。刚度低导致的结果是，固有频率低、频带窄、动态误差大、干扰误差大，使切削测力时状态，脱离无测力仪的实际工作状态，影响对切削过程的动态研究和切削过程的在线检测精度。

鉴于上述存在问题，本发明提出了六筋结构切削测力仪，解决了应变式测力仪低刚度的问题。其评价值是以往应变式测力仪的几十倍，甚至上百倍。（注：为了评价应变式测力仪优劣，用灵敏度与静刚度的乘积作为评价值）。

本发明六筋结构切削测力仪，是根据弹性体纯拉、压和纯剪切应变量的大小，只与弹性体的截面有关，与其长度无关的理论。本发明特征是：利用6筋结构中完全平行和完全轴对称的4个筋，测量纯剪切与纯拉、压两向力，其余两个筋利用纯剪切，测量第三向力。（见附图）关于X轴对称的平行Z向的两侧4个垂直方向筋，每个筋的外侧都有2片与水平方向成45°粘贴在应变片。当6个筋支撑的工作台面上，接受Z向力F_z时，4个垂直方向筋所承受纯剪切应力，将被4个筋上的8片45°应变片接收，组成全桥。每个竖筋外侧上、下边缘都贴有1片水平方向的应变片，当工作台受X方向力F_x时，Y轴两侧的两筋板分别受到拉、压变形，并组成全桥。上下边沿都贴应变片的目的是为了能够在桥路中抵消Y向力矩的干扰。F_z力对X向测力无干扰。F_x力对Z向测力的干扰可以在Z向桥路中自动抵消。关于Y轴对称的平行水平面的翼状双筋，是用于测Y向力F_y的。这两个筋受纯剪切变形，剪应力被图示45°粘贴的应变片所接收，共4片组成全桥。Z向力矩对Y向测量的干扰，可在全桥中完全抵消。测F_x力、F_z力所以采用4个筋是为了使工作台，在任一点受力，都能保持台面稳定，但是，为使X、Y向灵敏度相等和接近，测F_y的筋高是竖筋的2倍。六筋结构切削测力仪，可以直接设计在车床的车刀杆上。象使用普通车刀那样，使用测力仪，不需拆车床刀架，因而固有频率可以更高，更加适于测动态切削力。

本发明六筋结构切削测力仪，具有刚度高，灵敏度高，固有频率高等特点。比目前应用的压电晶体测力仪的刚度还高5～6倍，且成本较低，具有显著的经济效益和实用价值，可广泛应用于机械切削三向力的测量，特别适用于动态切削力的测量。

附图说明

图示：1为测F_x应变片 测纯拉、压共8片

2为测F_y应变片 测纯剪切 共4片

3为测F_z应变片 测纯剪切 共8片

实施例

按所发明六筋式三向测力仪原理，制作了两种产品：LJC-I    LJC-Ⅱ。

LJC-Ⅰ：三向测力台

测力范围0～5×10⁴公斤

工作台面120×120mm²

灵敏度ε_x＝0.6με/kgf

ε_y＝0.65με/kgf

ε_z＝0.68με/kgf

静刚度K_x≥2000kgf/μm

K_y＝K_z≥1500kgf/μm

各项分力干扰≤3%

非线性度＜1%

LJC-Ⅱ：三向测力刀杆

测力范围0～30公斤（用于微量切削）

灵敏度ε_x、z、y均大于38με/kgf

静刚度K_x、z、y均大于20kgf/μm

各项分力干扰≤2%

非线性度＜1%。