一种新型孔加工轴向力和扭矩测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及孔加工技术领域，公开了一种新型孔加工轴向力和扭矩测量装置，包括轴向力测量机构

【技术实现步骤摘要】
一种新型孔加工轴向力和扭矩测量装置及方法


[0001]本专利技术涉及孔加工
，尤其涉及一种新型孔加工轴向力和扭矩测量装置及方法
。

技术介绍

[0002]随着航空航天
、
汽车等领域的快速发展，对加工材料的轻量化性能提出更高的要求，具有轻质高强
、
耐磨耐疲劳的
SiCp/Al
（碳化硅颗粒增强铝基）复合材料成为理想替代材料
。
在
SiCp/Al
复合材料构件的装配过程中，孔加工的使用情况十分广泛
。
现有技术中采用麻花钻钻孔简单易操作，具有加工质量好
、
加工精度高
、
加工效率快的优点，是普遍适用的孔加工方法
。
由于高硬度的碳化硅颗粒与铝基体之间物理
、
力学性质相差很大，当刀具接触碳化硅颗粒时，会产生较大的瞬时冲击载荷，导致轴向力和扭矩陡然增大，使得轴向力和扭矩分布不均，很大程度上会影响轴向力和扭矩测量结果的准确性
。
然后，钻孔轴向力和扭矩是研究钻削加工过程中材料去除机理的两个重要指标，对刀具寿命和孔加工质量有着重要影响
。
[0003]现有技术中测力传感器是钻削加工过程中采集轴向力和扭矩信号最常使用的检测仪器，在轴向力和扭矩一体化装置中，一般是将扭矩测力传感器叠放在轴向测力传感器上面，由于扭矩传感器体积较小，通常还需要使用支撑柱辅助固定，同时起到支撑的作用，这样一来轴向测力传感器
、
扭矩测力传感器和支撑柱三者之间容易发生受载干涉，导致轴向力和扭矩数据采集不准，引起测量误差
。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种新型孔加工轴向力和扭矩测量装置及方法，对轴向力测量机构和扭矩测量机构进行轴向有效分离，避免对工件钻孔作业过程中受载干涉对轴向力和扭矩的测量产生不利影响
。
[0005]技术方案：本专利技术所述的一种新型孔加工轴向力和扭矩测量装置，所述测量装置包括：轴向力测量机构，所述轴向力测量机构包括用于测量工件孔加工轴向压力的轴向测力传感器；扭矩测量机构，所述扭矩测量机构包括用于测量工件孔加工圆周扭矩的扭矩测力传感器；所述扭矩测力传感器对应设置在轴向测力传感器上侧且轴向分离设置；支撑圆盘，所述支撑圆盘转动连接在所述轴向力测量机构顶端，且支撑圆盘与扭矩测力传感器同轴心可分离连接；所述支撑圆盘旋转将扭矩传递给所述扭矩测力传感器，且可压力同步传递至所述轴向测力传感器；工件夹具，所述工件夹具固定连接在所述支撑圆盘上用于固定夹持工件
。
[0006]优选地，所述轴向力测量机构包括支撑基板，所述轴向测力传感器固定设置在支撑基板上，且轴向测力传感器顶端固定设置有重力支撑板，所述重力支撑板为十字结构，且
重力支撑板的分支板顶端分别固定设置有重力支撑杆，四根所述重力支撑杆顶端固定连接有支撑环板，所述支撑环板内圈形成安装位孔
。
[0007]优选地，所述扭矩测量机构包括沿着支撑环板同轴设置在支撑基板圆周向的多根扭矩支撑杆，多根所述扭矩支撑杆顶端设置有扭矩支撑板，所述扭矩支撑板为十字结构，且扭矩支撑板对应设置在重力支撑板上方且错位布设；所述扭矩测力传感器固定设置在扭矩支撑板顶端中心，且扭矩测力传感器顶端固定连接有传动凸块，所述传动凸块伸入至安装位孔中心
。
[0008]优选地，所述安装位孔固定连接有支撑轴承，所述支撑圆盘背侧设置有支撑环槽以及设置在支撑圆盘中心设置有供传动凸块安装的连接凹槽，所述连接凹槽深度大于传动凸块长度，所述传动凸块插入连接凹槽内且不形成轴向支撑
。
[0009]优选地，所述工件夹具包括夹具圆盘，所述夹具圆盘中心开设有加工凹槽以及沿着加工凹槽两侧对称设置的
U
型长孔，所述
U
型长孔内滑动设置有连接销钉，两根连接销钉顶端分别与相对设置的夹持爪固定连接；所述夹具圆盘底面沿着
U
型长孔长度方向两侧设置有支撑导轨，且支撑导轨内滑动连接有分别与连接销钉连接的导滑块，所述支撑导轨底端设置有支撑环以及转动连接在支撑环内的传动丝杆，所述传动丝杆一端固定连接有驱动手柄，所述导滑块底端设置有套装在传动丝杆上的传动丝套，驱动所述传动丝杆转动可带动两个导滑块沿着支撑导轨相对远离或靠近动作
。
[0010]优选地，所述夹持爪的内侧夹持面向下倾斜设置
。
[0011]优选地，所述夹具圆盘底端圆周向设置有多个与支撑圆盘固定连接的支撑脚块；所述支撑圆盘上位于夹具圆盘下方设置有减振机构，所述减振机构包括固定设置在支撑圆盘上的固定支座以及固定支座上固定连接有超声换能器，所述超声换能器前端设置有发声端，所述支撑圆盘上设置有支撑发声端的支撑块，所述支撑块顶端设置有与发声端对应的方向转换器，所述方向转换器顶端设置有点多个导向孔，且方向转换器顶面抵触在夹具圆盘底面
。
[0012]本专利技术还公开了一种孔加工轴向力和扭矩的测量方法，包括以下步骤：步骤1：将测量装置的支撑基板固定夹持在高速钻床上，旋松驱动手柄带动两块夹持爪相对远离，将待钻孔工件放置在加工工位，旋紧驱动手柄带动两块夹持爪对待钻孔工件夹紧；步骤2：启动超声电源导通超声换能器，超声换能器将产生的水平振动通过方向转换器转化成竖直轴向振动并传递给夹具圆盘，以抵消工件钻孔过程中轴向振动，控制超声电源的输出电压可调节超声换能器对夹具圆盘的振幅；步骤3：将轴向测力传感器和扭矩测力传感器分别通过通讯线缆连接至电脑端，启动直流电源为轴向测力传感器和扭矩测力传感器供电；步骤4：启动机床对待钻孔工件进行钻孔作业，轴向测力传感器
、
扭矩测力传感器在钻孔作业过程中分别产生电压信号，经数据采集卡传递给电脑端，实时显示轴向力
、
扭矩数据信息
。
[0013]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
1、
本专利技术的新型孔加工轴向力和扭矩测量装置，将轴向力测量机构
、
扭矩测量机
构采用分离设计，在满足同步测量钻孔过程中轴向力
、
扭矩的同时，且实现轴向力与扭矩测量互不干扰，避免轴向测力传感器
、
扭矩测力传感器及相应支撑结构之间直接接触，提高测量装置的测量精度；
2、
针对
SiCp/Al
复合材料加工过程中呈现脆塑性结合的特性，采用超声减振机构对钻削工件或刀具施加特定频率
、
方向和振幅的脉冲振动，能够有效改善
SiCp/Al
复合材料工件表面加工质量，降低切削力，延长刀具使用寿命；
3、
该工具夹具具有体积小
、
重量轻
、
结构紧凑的优点，满足多种不规则形状的工件钻孔加工
。
附图说明
[0014]图1为本专利技术的测量装置结构示意图；图2为图1中轴向力测量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种新型孔加工轴向力和扭矩测量装置，其特征在于，所述测量装置（
100
）包括：轴向力测量机构（1），所述轴向力测量机构（1）包括用于测量工件孔加工轴向压力的轴向测力传感器（
12
）；扭矩测量机构（2），所述扭矩测量机构（2）包括用于测量工件孔加工圆周扭矩的扭矩测力传感器（
23
）；所述扭矩测力传感器（
23
）对应设置在轴向测力传感器（
12
）上侧且轴向分离设置；支撑圆盘（3），所述支撑圆盘（3）转动连接在所述轴向力测量机构（1）顶端，且支撑圆盘（3）与扭矩测力传感器（
23
）同轴心可分离连接；所述支撑圆盘（3）旋转将扭矩传递给所述扭矩测力传感器（
23
），且可压力同步传递至所述轴向测力传感器（
12
）；工件夹具（4），所述工件夹具（4）固定连接在所述支撑圆盘（3）上用于固定夹持工件
。2.
根据权利要求1所述的新型孔加工轴向力和扭矩测量装置，其特征在于，所述轴向力测量机构（1）包括支撑基板（
11
），所述轴向测力传感器（
12
）固定设置在支撑基板（
11
）上，且轴向测力传感器（
12
）顶端固定设置有重力支撑板（
13
），所述重力支撑板（
13
）为十字结构，且重力支撑板（
13
）的分支板顶端分别固定设置有重力支撑杆（
14
），四根所述重力支撑杆（
14
）顶端固定连接有支撑环板（
15
），所述支撑环板（
15
）内圈形成安装位孔（
151
）
。3.
根据权利要求2所述的新型孔加工轴向力和扭矩测量装置，其特征在于，所述扭矩测量机构（2）包括沿着支撑环板（
15
）同轴设置在支撑基板（
11
）圆周向的多根扭矩支撑杆（
21
），多根所述扭矩支撑杆（
21
）顶端设置有扭矩支撑板（
22
），所述扭矩支撑板（
22
）为十字结构，且扭矩支撑板（
22
）对应设置在重力支撑板（
13
）上方且错位布设；所述扭矩测力传感器（
23
）固定设置在扭矩支撑板（
22
）顶端中心，且扭矩测力传感器（
23
）顶端固定连接有传动凸块（
231
），所述传动凸块（
231
）伸入至安装位孔（
151
）中心
。4.
根据权利要求3所述的新型孔加工轴向力和扭矩测量装置，其特征在于，所述安装位孔（
151
）固定连接有支撑轴承（
24
），所述支撑圆盘（3）背侧设置有支撑环槽（
31
）以及设置在支撑圆盘（3）中心设置有供传动凸块（
231
）安装的连接凹槽（
32
），所述连接凹槽（
32
）深度大于传动凸块（
231
）长度，所述传动凸块（
231
）插入连接凹槽（
32
）内且不形成轴向支撑
。5.
根据权利要求1所述的新型孔加工轴向力和扭矩测量装置，其特征在于，所述工件夹具（4）包括夹具圆盘（
41
），所述夹具圆盘（
41
）中心开设有加工凹槽（
412
）以及沿着加工凹槽（
412
）两侧对称设置的
U
型长孔（
413
），所述
U
型长孔（
413
）内滑动设置有连接销钉（
43
），...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵东海，张浩，宋树权，程江涛，张宇，
申请(专利权)人：盐城工学院技术转移中心有限公司，
类型：发明
国别省市：