一种具有三向微小高频切削力信号测量能力的传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种具有三向微小高频切削力信号测量能力的传感器，包括测力平台和传感元件组成，所述测力平台包括测力仪主体和上盖两部分，且所述测力仪主体和上盖分别设有三向切削力的敏感区域，所述测力仪主体的下方底座安装有装夹孔，所述装夹孔方便装置的安装，通过对装置本体的多方面改进，传感元件选择PVDF压电薄膜为材质制成，具有高频响应和灵敏度高等优点，解决了现有电阻式切削测力仪存在的频响低和动态测量精度差的问题，所以该种具有三向微小高频切削力信号测量能力的传感器具有广泛的应用前景。

A sensor with three directional micro high frequency cutting force signal measurement capability

The utility model discloses a sensor consisting of a force measuring platform and a sensing element which consists of a force measuring platform and a sensing element. The force measuring platform includes a body of a dynamometer and a two part of the upper cover, and the body of the dynamometer and the upper cover are provided with a sensitive area of three cutting forces, respectively, the body of the dynamometer body. The bottom base is installed with a clamping hole, and the clamping hole is convenient to install. Through a variety of improvements on the device body, the sensing element is made of PVDF piezoelectric film as the material. It has the advantages of high frequency response and high sensitivity, which solves the low frequency response of the existing resistance Cutting Dynamometer and the poor dynamic measurement precision. Therefore, the sensor with three directional micro high frequency cutting force signals has wide application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种具有三向微小高频切削力信号测量能力的传感器
本技术涉及传感器
，具体为一种具有三向微小高频切削力信号测量能力的传感器。
技术介绍
切削力是描述切削进程的重要参数，对切削热的产生、切屑形成、刀具表面磨损、加工表面质量等方面有密切关系。把握切削力的变化规律，实时监测切削力数值与频率特性是计算切削功率，制定切削用量和工艺装备的主要根据，对优化切削参数、提高生产率、抑制震颤、处理切削加工中问题等具有重大意义，因而对切削力变化规律的探讨有助于分析切削过程，对生产实际有重要指导作用。测力仪直接试验测量是反映加工中切削力动态变化的最简单方便并且使用可靠的方法。但现有的具有三向微小高频切削力信号测量能力的传感器，使用的传感元件存在动态测量精度差，这样工作人员就需要反复测量，工作程度大，且成本较高，给人们带来了财产负担，所以很多人选择丢弃，同时加大了环境保护的压力，给人们提供的帮助较少。所以，设计一种具有三向微小高频切削力信号测量能力的传感器，成为当前要解决的问题。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种可用于三向微小高频切削力信号测量的低成本压电传感器，以解决在高速切削加工过程中切削力测量仪器存在的固有频率低、加工工艺性差、成本高等问题。本技术中的机械结构是基于应变集中原则并考虑各向切削力分量的解耦进行设计的，是本技术的关键。本技术采用PVDF压电薄膜作为传感元件，将其固定在所设计的具有应变集中的机械结构上的弹性敏感区域上，组成本技术的切削力信号传感器。结合电荷放大器和数据采集系统，可实现高速切削加工过程中对切削力的实时监测。本技术通过四组相同应变传感单元对在三向切削力作用下产生的相应应变或位移等物理量进行测量，通过对所测量的信号进行标定和解偶，不但可以实现三向切削力Fx，Fy和Fz的准确求解，而且还可实现对三向力矩Mx，My和Mz进行求解。本技术可满足超精密加工过程切削过程实时监测、大表面质量一致性加工控制、恒力切削、自适应智能加工以及超精密切削机理分析、工艺参数分析、精密刀具设计等工程和科研领域的需要。与现有技术相比，本技术的有益效果是：本技术设计的传感器可测量频率达2kHz，范围在0.1～200N的力学信号，其在小于1N的微小力信号方面的测量分辨率也很高。该种具有三向微小高频切削力信号测量能力的传感器，在结构上实现应变集中效果，解决了现有电阻式切削测力仪存在的固有频率低与压电式测力仪存在的加工工艺性差等问题。在传感元件上选择PVDF压电薄膜，解决了现有电阻式切削测力仪存在的动态测量精度差与压电式测力仪存在的成本高等问题。装置本体有集成信号处理与采集装置，通过解耦可实现三向切削力和三向切削力矩的实时测量，能很好地满足高速切削加工时对切削过程实时监测需求，所以具有三向微小高频切削力信号测量能力的传感器具有广阔的应用市场。附图说明图1是本技术的测力平台整体示意图；图2是本技术的测力仪主体局部结构示意图；图3是本技术的上盖局部结构示意图；图4是本技术的传感元件局部结构示意图；图中：1-测力仪主体；2-主体弹性薄片；3-装夹孔；4-底座；5-传感元件；6-连接螺栓；7-上盖；8-凸台；9-上盖凹槽；10-铜导线。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。请参阅图1-4，本技术提供一种技术方案：一种具有三向微小高频切削力信号测量能力的传感器，包括测力仪主体1和上盖7，所述测力仪主体1的内部设有并联式应变集中结构，其应变在弹性薄片2处放大，所述测力仪主体1的底部包括底座4，所述底座4上设有装夹孔3，所述上盖7与所述测力仪主体1通过螺栓6连接，所述上盖7中部设有凸台8，凸台8可用于增大测量灵敏度，所述上盖7顶部边缘设有凹槽9，传感元件5粘贴附于所述测力仪主体1的弹性薄片2和所述上盖7的凹槽9处，所述传感元件5的右侧设有铜导线10，且所述铜导线10与电荷放大、数据采集显示装置相连，且数据采集显示装置带有解耦效果。测力仪主体1的弹性敏感区利用并联式应变集中结构方案，实现x、y两向切削力信号测量；上盖的弹性敏感区利用截面突变结构方案，实现z向切削力信号测量。压电传感元件5固定在主体1与上盖7的各向弹性敏感区，所述的各向切削力弹性敏感区可固定四个压电传感器，确保测量准确性并助于求解各向力矩信号。传感元件5为PVDF压电薄膜传感器，传感元件5粘贴附于测力仪主体1的弹性薄片2和上盖7的凹槽9上。工作原理：该种具有三向微小高频切削力信号测量能力的传感器，首先将测力仪主体1放在合适的地方，装夹孔3会帮助其安装在机床上，有利于主体1的稳定，接着将上盖7通过螺栓6与主体1连接，然后将传感元件5的一端固定在主体1的弹性薄片2和上盖7的凹槽9上，再将铜导线10连接所需设备，把刀具放在凸台8上，便于刀具移动，有利于测量的准确性，当使用者对刀具施加力时，上盖与测力仪主体在力作用下产生变形，其中各向应变敏感区2和9集中了大部分应变，产生较大变形。压电传感元件5在应变作用下产生电荷信号，经过电荷放大器转换、放大后变为可采集电压信号，通过解耦处理得到三向切削力Fx，Fy和Fz信号及三向力矩Mx，My和Mz信号。尽管已经示出和描述了本技术的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本技术的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本技术的范围由所附权利要求及其等同物限定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有三向微小高频切削力信号测量能力的传感器，包括测力仪主体(1)和上盖(7)，其特征在于：所述测力仪主体(1)依靠并联式应变集中结构中弹性薄片(2)可测x、y两向切削力，测力仪主体(1)下方的底座(4)提供支撑，底座(4)上开了装夹孔(3)，方便测力传感器的安装；在所述测力仪主体(1)上方通过螺栓(6)连接上盖(7)；所述上盖(7)中部设有凸台(8)，且所述上盖(7)的顶部边缘设有凹槽(9)，凹槽(9)的弹性薄片可测z向切削力；所述测力仪主体(1)中弹性薄片(2)和上盖(7)中凹槽(9)弹性薄片上设有传感元件(5)，所述传感元件(5)的右侧设有铜导线(10)，且所述铜导线(10)连接电荷放大器和数据采集显示装置端口。

【技术特征摘要】
1.一种具有三向微小高频切削力信号测量能力的传感器，包括测力仪主体(1)和上盖(7)，其特征在于：所述测力仪主体(1)依靠并联式应变集中结构中弹性薄片(2)可测x、y两向切削力，测力仪主体(1)下方的底座(4)提供支撑，底座(4)上开了装夹孔(3)，方便测力传感器的安装；在所述测力仪主体(1)上方通过螺栓(6)连接上盖(7)；所述上盖(7)中部设有凸台(8)，且所述上盖(7)的顶部边缘设有凹槽(9)，凹槽(9)的弹性薄片可测z向切削力；所述测力仪主体(1)中弹性薄片(2)和上盖(7)中凹槽(9)弹性薄片上设有传感元件(5)，所述传感元件(5)的右侧设有铜导线(10)，且所述铜导线(10)连接电荷放大器和数据采集显示装置端口。2.根据权利要求1所述的一种具有三向...

【专利技术属性】
技术研发人员：王延深，张钰忻，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：新型
国别省市：山东,37