一種機(jī)床切削力無線測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種精密微細(xì)加工過程中機(jī)床切削力的無線測量裝置，屬于機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航空、航天、軍事、醫(yī)療等各大領(lǐng)域?qū)芪⑿∠到y(tǒng)的需求不斷增加，精密微細(xì)切削加工技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。以車銑復(fù)合加工技術(shù)為代表的精密微細(xì)切削加工技術(shù)已經(jīng)超越了傳統(tǒng)常規(guī)的金屬切削加工技術(shù)，成為了在非硅基微細(xì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件加工領(lǐng)域中彌補(bǔ)傳統(tǒng)硅微加工方法缺陷的支撐技術(shù)。在精密微細(xì)車銑復(fù)合加工過程中，切削力是影響微細(xì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件加工質(zhì)量的關(guān)鍵因素，切削力測量對于實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)研宄、切削狀態(tài)在線監(jiān)測甚至是高精度反饋控制都具有重要的意義。從現(xiàn)有的機(jī)床切削力測量裝置來看，能夠?qū)崿F(xiàn)車銑復(fù)合加工過程中切削力測量的主要有以下兩種:
[0003](I)間接測量:在詳細(xì)分析機(jī)床進(jìn)給電機(jī)電流與切削力之間關(guān)系的基礎(chǔ)上，建立電機(jī)電流與切削力之間的數(shù)學(xué)模型，并通過大量的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整驗(yàn)證，從而實(shí)現(xiàn)通過測量進(jìn)給伺服電機(jī)電流來間接檢測切削力。
[0004](2)局部無線測量:通過多個(gè)轉(zhuǎn)接裝置將裝卡工件的夾具浮動(dòng)的安裝到機(jī)床主軸上，力傳感器也被安裝于機(jī)床主軸與安裝卡具的轉(zhuǎn)接盤之間，工件所受到的一部分切削力傳遞給力傳感器，通過研宄傳感器受力與工件所受切削力的對應(yīng)關(guān)系，并通過無線的方式發(fā)送出去，即實(shí)現(xiàn)了切削力的局部無線測量。
[0005]上述兩種車銑復(fù)合加工過程中切削力的測量方法主要應(yīng)用于常規(guī)零件切削加工過程中切削測力的測量等實(shí)驗(yàn)研宄，雖然實(shí)現(xiàn)了切削力測量的基本功能，但是這兩種方法還存在以下缺點(diǎn):間接測量的方法由于機(jī)床的進(jìn)給電機(jī)只有在相應(yīng)方向有進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的時(shí)候才會(huì)有相應(yīng)的電流變化，所以只有在進(jìn)給方向上的切削力才能夠采用這種方法進(jìn)行測量，因而采用這種間接測量的方法不能對工件所受三個(gè)方向的研磨力進(jìn)行同時(shí)且實(shí)時(shí)的測量；局部無線測量的方法由自身安裝方式的局限性，工件所受到的切削力大部分由安裝機(jī)構(gòu)承擔(dān)，只有你小部分切削力傳遞到傳感器進(jìn)行測量，從而導(dǎo)致了傳感器所測量的切削力不是百分之百的對實(shí)際受力情況的真實(shí)反映，測量結(jié)果具有一定的局限性。在精密微細(xì)切削加工過程中，為了在不影響到工件正常加工狀態(tài)的前提下準(zhǔn)確、全面的進(jìn)行切削力測量，亟需設(shè)計(jì)一種外形結(jié)構(gòu)簡單，安裝使用方便，且能同時(shí)對三個(gè)方向切削力進(jìn)行全面高精度測量的機(jī)床切削力無線測量裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種機(jī)床切削力無線測量裝置，能夠以簡單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)同時(shí)對微細(xì)結(jié)構(gòu)件精密微細(xì)切削加工過程中工件所受X、Y、Z三個(gè)方向切削力的全面高精度測量。
[0007]一種機(jī)床切削力無線測量裝置，包括轉(zhuǎn)接板、前擋板、安裝基體、四個(gè)三軸力傳感器、后擋板和無線模塊；外圍設(shè)備為車削主軸和卡盤；
[0008]所述四個(gè)三軸力傳感器沿周向固定在安裝基體內(nèi)部，所述前擋板和后擋板分別將所述安裝基體的兩端封閉，所述四個(gè)三軸力傳感器的一端與所述后擋板的表面貼合，另一端與所述轉(zhuǎn)接板固定連接，所述四個(gè)三軸力傳感器使所述轉(zhuǎn)接板浮動(dòng)的位于所述前擋板的中心孔內(nèi)，所述卡盤與轉(zhuǎn)接板固定連接；所述無線模塊安裝在車削主軸上，無線模塊通過線纜與三軸力傳感器內(nèi)部的電阻應(yīng)變片連接。
[0009]進(jìn)一步地，所述轉(zhuǎn)接板為一個(gè)圓形回轉(zhuǎn)零件，所述轉(zhuǎn)接板上的中心孔為卡盤定位凹槽，所述轉(zhuǎn)接板一側(cè)的表面為傳感器受力安裝連接平面；所述前擋板為一個(gè)圓環(huán)形板狀零件，其表面上加工有安裝過孔，其中心孔為轉(zhuǎn)接板安裝孔；所述前擋板的一側(cè)表面為前擋板安裝連接平面；所述安裝基體為圓環(huán)形結(jié)構(gòu)，其兩端的端面分別為后擋板安裝面和前擋板安裝面，所述后擋板安裝面上沿徑向加工四個(gè)徑向的矩形凹槽，四個(gè)矩形凹槽沿周向均布；所述后擋板為一個(gè)圓環(huán)形板狀零件，其兩側(cè)表面分別為后擋板安裝平面和后擋板連接平面；
[0010]進(jìn)一步地，所述三軸力傳感器由XY軸模塊和Z軸模塊組成；
[0011]所述XY軸模塊由五根矩形塊順序垂直相接形成的一體化結(jié)構(gòu)的三維零件，前四根矩形塊順序形成一個(gè)未封閉的口字形，第五根矩形塊垂直于第四根矩形塊的末端且位于口字形內(nèi)形成懸臂梁結(jié)構(gòu)，第五根矩形塊的末端位于口字型結(jié)構(gòu)的中心，所述第五根矩形塊的上表面加工有螺紋孔，該表面為受力平面，螺紋孔用于連接前擋板；所述第一根矩形塊的上表面加工有連接孔，下表面為受力連接平面，所述第二根和第三根矩形塊上加工有雙橫梁結(jié)構(gòu)；所述第二根至第五根矩形塊的底面位于同一平面且高于第一根矩形塊的底面；
[0012]所述Z軸模塊由兩個(gè)連接塊和連接梁組成，連接梁同時(shí)垂直于兩個(gè)連接塊，連接梁上加工有雙橫梁結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)連接塊的上表面加工有安裝孔，另一個(gè)連接塊的表面上加工有連接螺紋孔；連接梁的上下表面所在的平面位于兩個(gè)連接塊上下表面所在的平面之內(nèi)，加工有安裝孔的連接塊的下表面為安裝平面，加工有連接螺紋孔的連接塊的上表面為安裝連接平面；
[0013]所述Z軸模塊的一個(gè)連接塊與三軸力傳感器XY軸模塊的第一根矩形塊固定連接，通過連接塊上的連接螺紋孔與第一根矩形塊上的連接孔固定，所述連接塊上的安裝連接平面與三軸力傳感器XY軸模塊第一根矩形塊的受力連接平面貼合；所述XY軸模塊的第二根至第五根矩形塊的底面與Z軸模塊相對的表面之間存在間隙；所述第五根矩形塊上表面螺紋孔的中心軸線與Z軸模塊中連接梁上的雙橫梁結(jié)構(gòu)的中心位于同一直線上；所述XY軸模塊的第三根和第二根矩形塊分別形成X軸模塊和Y軸模塊，所述Z軸模塊中連接梁形成Z軸模塊；電阻應(yīng)變片布置于三軸力傳感器雙橫梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，將三軸力傳感器受力產(chǎn)生的形變轉(zhuǎn)換為電信號，實(shí)現(xiàn)X、Y、Z三個(gè)方向力的測量；
[0014]所述前擋板通過安裝過孔與所述安裝基體的前擋板安裝面固定連接，所述三軸力傳感器的XY軸模塊上的受力平面與所述轉(zhuǎn)接板的傳感器受力安裝連接平面貼合并固定連接，所述三軸力傳感器的Z軸模塊通過Z軸模塊上的另一個(gè)連接塊嵌入并固定連接在所述安裝基體的矩形凹槽內(nèi)，所述后擋板通過后擋板連接面連接在安裝基體的后擋板安裝面上，所述連接塊的安裝平面與后擋板的后擋板連接面貼合，所述Z軸模塊的連接梁與后擋板連接面之間存在間隙，所述四個(gè)三軸力傳感器相互獨(dú)立安裝；所述轉(zhuǎn)接板通過四個(gè)三軸力傳感器同心固定連接在前擋板的轉(zhuǎn)接板安裝孔內(nèi)；上述組件整體構(gòu)成切削力無線測量裝置。
[0015]進(jìn)一步地，所述轉(zhuǎn)接板的外圓周面與轉(zhuǎn)接板安裝孔之間留有環(huán)形間隙，通過環(huán)形間隙來實(shí)現(xiàn)三軸力傳感器的過載保護(hù)。
[0016]有益效果:
[0017]1、本發(fā)明通過緊湊的設(shè)計(jì)將四個(gè)三軸力傳感器置于一個(gè)封閉的圓形空腔內(nèi)進(jìn)行切削力無線測量，待測力未經(jīng)任何削減的傳遞到四個(gè)三軸力傳感器，既解決了以往車銑復(fù)合加工過程中切削力測量裝置不能將切削力百分之百的作用于傳感器的難題，又通過分散的傳感器布局方案以及轉(zhuǎn)接盤的合理設(shè)計(jì)，增大了卡盤安裝孔的徑向距離，減小了單個(gè)力傳感器的附加力矩，有利于提高傳感器的測量精度。
[0018]2、本發(fā)明通過轉(zhuǎn)接板與轉(zhuǎn)接板安裝孔之間的環(huán)形間隙對車銑復(fù)合加工過程中可能出現(xiàn)切削力瞬間過大的情況，進(jìn)行了傳感器的過載保護(hù)設(shè)計(jì)，避免了由此帶來的損壞傳感器的風(fēng)險(xiǎn)，保障了精密微細(xì)車銑復(fù)合加工過程的安全進(jìn)行。
[0019]3、本發(fā)明的安裝基體為一個(gè)圓環(huán)狀的三維結(jié)構(gòu)件，通過緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將四個(gè)三軸力傳感器同時(shí)置于四個(gè)安裝基體的傳感器安裝凹槽中進(jìn)行切削力無線測量，待測力未經(jīng)任何削減的通過轉(zhuǎn)接板傳遞到四個(gè)三軸力傳感器，既解決了以往車銑復(fù)合加工過程中切削力測量裝置不能將切削力百分之百的作用于傳感器的難題，又通過分散的傳感器布局方案以及轉(zhuǎn)接盤的合理設(shè)計(jì)，增大了轉(zhuǎn)接板的傳感器受力安裝連接孔的徑向距離，減小了單個(gè)力傳感器的附加力矩，有利于提高傳感器的測量精度。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明切削力無線測量裝置的整體組成結(jié)構(gòu)示意圖(爆炸圖)；
[0021]圖2為本發(fā)明切削力無線測量裝置的整體組成結(jié)構(gòu)示意圖(裝配圖)；
[0022]圖3為本發(fā)明切削力無線測量裝置中三軸力傳感器的XY軸模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4為本發(fā)明切削力無線測量裝置中三軸力傳感器的Z軸模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖5為本發(fā)明切削力無線測量裝置中三軸力傳感器的安裝關(guān)系示意圖；
[0025]圖6為本發(fā)明的具體加工實(shí)例示意圖。
[0026]其中，其中，1、車削主軸，2、切削力無線測量裝置，3、無線模塊，4、卡盤，5、工件，6、銑刀，7、移動(dòng)滑臺(tái)，8、銑削主軸，9、后擋板，10、安裝基體，11、XY軸模塊，12、Z軸模塊，13、轉(zhuǎn)接板，14、前擋板，15、后擋板安裝孔，16、無線模塊走線孔，17、安裝臺(tái)階孔，18、后擋板安裝面，19、傳感器安裝面，20、螺紋通孔，21、傳感器安裝凹槽，22、安裝過孔，23、前擋板安裝連接面，24、轉(zhuǎn)接板安裝孔，25、傳感器受力安裝連接孔，26、轉(zhuǎn)接板卡具定位凹槽，27、轉(zhuǎn)接板卡具安裝連接孔，28、傳感器受力安裝連接面，29、后擋板連接面，30、后擋板安裝面，31、前擋板安裝面，32、受力平面，33、受力連接平面，34、安裝平面、35、安裝連接平面。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0028]本發(fā)明提供了一種機(jī)床切削力無線測量裝置，包括轉(zhuǎn)接板13、前擋板14、安裝基體10、四個(gè)三軸力傳感器、后擋板9和無線模塊3 ;外圍設(shè)備為車削主軸1、卡盤4、工件5、銑刀6、移動(dòng)滑臺(tái)7和銑削主軸8 ；
[0029]如附圖1所示，所述轉(zhuǎn)接板13為一個(gè)圓形回轉(zhuǎn)零件，其表面上分別加工有卡盤安裝連接孔27和傳感器受力安裝連接孔25，所述轉(zhuǎn)接板13上的中心孔為卡盤定位凹槽26，所述轉(zhuǎn)接板13 —側(cè)的表面為傳感器受力安裝連接平面28 ;
[0030]所述前擋板14為一個(gè)圓環(huán)形板狀零件，其表面上加工有八個(gè)安裝過孔22，其中心孔為轉(zhuǎn)接板安裝孔24 ;所述前擋板14的一側(cè)表面為前擋板安裝連接平面23 ;
[0031]所述安裝基體10為圓環(huán)形結(jié)構(gòu)，其兩端的端面分別為后擋板安裝面18和前擋板安裝面31，