一种压电式深小孔钻削测力装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种压电式深小孔钻削测力装置，属于传感测控技术领域，特别涉及深小孔钻削加工过程中钻削力及扭矩的检测装置。其特征是该装置由底座、上盖、压电石英传感器、引线输出插头、引线、密封圈、连接螺钉以及防护垫组成；夹在底座与上盖之间的压电石英传感器位于测力装置的正中心。压电石英传感器由分割电极、完整电极以及石英晶片组成。采用石英晶体多片组合的方法来提高灵敏度；只需一个传感器，具有结构简单，灵敏度高，线性度、重复性好，测量精度高的良好特性。此压电式深小孔钻削测力装置能够对深小孔加工过程中的钻削力及扭矩进行实时检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于传感测控
，涉及一种压电式深小孔钻削测力装置，特别涉及一种深 小孔钻削加工过程中钻削力及扭矩的检测装置。
技术介绍
钻削加工过程是一种半封闭式的加工过程，对于深小孔的钻削加工而言，这种封闭性尤 为突出。切削液无法到达切削区，切屑细小，容易产生堆积，排屑困难，形成封闭环境，使 切削区域局部温度迅速升高，导致切削刃部分过热烧损，引起钻头急剧磨损。通常采用的解 决办法是定时的提钻排屑，这势必严重影响生产效率。近年来，随着自动化、高效率、柔性 化在机械加工领域的飞速发展以及难加工材料的广泛应用，上述问题显得尤为突出。在整个钻削过程中，加工状态恶化会导致钻削力及扭矩急剧增大。根据加工状态给钻削 力及扭矩设置一个临界值，若实测钻削力及扭矩小于预置临界值，则通过提高钻削进给量来 提高钻削效率；若实测钻削力及扭矩大于临界值，则减小进给量。钻削到一定深度后，若检 测到钻削力及扭矩连续增大，此时减小进给量已不能使实测值小于临界值，只要钻削力及扭 矩实测值中有一项大于给定临界值，就需退出钻头排屑。排屑后，钻头重新接近工件，继续 钻削。因此，在加工系统中设置钻削测力装置，适时监控加工状态，有利于优化钻削参数， 合理控制钻削加工过程，降低零件废品率，对改善深小孔加工质量和提高钻削加工效率具有 重要意义。目前，钻削力及扭矩的测量方法有应变式和压电式。应变式测力装置当灵敏度高时，其 刚性较差，固有频率较低，在周期性正负变化的径向力作用下容易产生振动，当刚度高时， 其灵敏度较低，深小孔钻削力测量精度差，此外，应变式测力装置对应变片的粘贴位置要求 也较高；压电式测力装置具有刚度高、线性好、灵敏度高、迟滞小、固有频率高等优点，非 常适用于各种动态力的测量，能够实时准确地反映出钻削力及扭矩的变化。以往的压电式钻 削测力仪虽然能够实时检测钻削力及扭矩，但对于深小孔加工过程中的钻削力测量，其灵敏 度相对较低，扭矩测量精度不高，因而本专利技术设计了一种专门用于深小孔加工的钻削测力装 置。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术难题是克服现有传感器对于深小孔加工过程中钻削力测量时灵敏度 和固有频率不能同时达到测量要求，扭矩测量精度不高等性能方面存在的缺欠，针对深小孔加工的受力特点，结合石英晶体的压电效应，提供了一种压电式深小孔钻削测力装置。该压电式深小孔钻削测力装置以一个由分割电极、完整电极以及石英晶片组成的传感器为核心， 实现了对深小孔加工过程中钻削力及扭矩的测量。本专利技术采用的技术方案是该装置由底座、上盖、压电石英传感器、引线输出插头、引 线、大环形密封圈、小环形密封圈、三个连接螺钉、大防护垫以及小防护垫组成。夹在底座 与上盖之间的压电石英传感器位于测力装置的正中心，通过三个连接螺钉将底座、压电石英 传感器和上盖刚性连接在一起，三个连接螺钉的头部由大防护垫和小防护垫进行密封，底座 和上盖之间由大环形密封圈和小环形密封圈进行密封，引线由引线输出插头引出。底座为圆柱形阶梯式结构。底座上表面为圆形平面，其上安装压电石英传感器。底座下 表面为圆形平面，其上开有三个均匀分布的阶梯孔，用于安装三个连接螺钉，三个阶梯孔以 0°线为基准线，其位置角度分别为0。 、 120° 、 240° ，在底座(1)的下圆柱面上开有均 匀分布的四个可调整安装U形槽，四个可调整安装U形槽以O。线为基准线，其位置角度分别 为0° 、 90° 、 270° 、 360° 。上盖为圆柱式结构。上盖上表面为圆形平面，其上均布八个 固定被测加工工件的工件固定螺纹孔，八个工件固定螺纹孔以0。线为基准线，其位置角度 分别为0。 、 45° 、 90° 、 135° 、 180° 、 225° 、 270° 、 315° 。上盖下表面为环形平面， 其上开有小环形密封环槽和大环形密封环槽和三个均布的连接底座和上盖的螺纹孔，三个螺 纹孔以0。 、 120° 、 240° ，三个连接螺钉分别通过底座上的三个阶梯孔安装到三个螺纹孔 中，上盖下表面的中心开有安装压电石英传感器的圆形孔槽。上盖外圆柱面上开有引线输出 孔和引线输出插头螺纹孔，它们的位置以0。线为基准线，其位置角度为157.5。。引线输出 插头安装在引线输出插头螺纹孔中，引线由引线输出插头中引出。压电石英传感器由两对yx型单元晶组、两对xy型单元晶组、六片扭矩测量引出信号的分 割电极、两片轴向力测量引出信号的完整电极、四片接地完整电极、信号引出线和接地导线 构成。单元晶组自上而下依次为测量扭矩的两对yx型单元晶组和测量轴向力的两对xy型单元 晶组。每对单元晶组将两片石英晶片对装，即在电路上为并联结构，信号通过夹在两片石英 晶片间的电极引出。测量扭矩的两对yx型单元晶组的四片石英晶片之间采用六片分割电极通 过扭矩正负信号弓1出线分别引出正负电荷。测量轴向力的每对xy型单元晶组的两片石英晶片 之间各采用一片完整电极通过轴向力信号引出线引出负电荷。两对yx型单元晶组叠加后的上 下两面与每对xy型单元晶组的上下两面采用四片接地完整电极通过接地导线连接起来。本专利技术的有益效果是本专利技术利用压电石英力传感器对深小孔加工过程中的钻削力及扭矩 进行实时检测，有利于实现加工过程的自动控制，优化加工参数，提高加工效率，改善加工 质量。传感器由分割电极、完整电极以及石英晶片组成，采用石英晶体多片组合的方法来提高灵敏度，且只需一个传感器，具有结构简单，灵敏度高，线性度、重复性好，测量精度高 的良好特性。 附图说明图l为压电式深小孔钻削测力装置三维图。图2为测力装置装配图的俯视图。图3为图2的A-A剖视图。图4为测力装置底座的俯视图。图5为图4的B-B剖视图。图6为测力装置上盖的俯视图。图7为图6的C-C剖视图。图8为压电石英传感器的三维图。图9为压电石英传感器的俯视图。图中l底座；2上盖；3压电石英传感器；4引线输出插头；5引线；6大环形密封圈；7 小环形密封圈；8连接螺钉；9大防护垫；IO小防护垫。a底座上表面；b底座下表面；C阶梯孔；d可调整安装U形槽；e上盖上表面；f固定工件 螺纹孔；g引线输出？L; h引线输出插头螺纹孔；i上盖下表面；j圆形孔槽；k小圆形密封槽;m大圆形密封槽；n连接底座和上盖的螺纹孔；o测量扭矩的2对yx型单元晶组；o'测量轴 向力的2对xy型单元晶组；p轴向力信号引出线；q接地导线；rl扭矩负信号引出线；r2扭矩 正信号引出线；sl测量扭矩时引出负信号的分割电极；s2测量扭矩时引出正信号的分割电极;S3测量扭矩时引出负信号的分割电极；tl测量扭矩时引出正信号的分割电极；t2测量扭矩 时引出负信号的分割电极；t3测量扭矩时引出正信号的分割电极；U接地完整电极；V测量轴向力时引出负信号的完整电极。具体实施方式结合附图和技术方案详细说明本专利技术的具体实施方式。如附图l-8所示，装配时，首先将压电石英传感器3装到底座上表面a上，然后，盖上上 盖2，使压电石英传感器3装在上盖2的圆形孔槽j中，用三个连接螺钉8分别通过三个阶梯孔c 和三个螺纹孔n将底座l、上盖2与压电石英传感器3刚性连接在一起，同时三个连接螺钉8对 压电石英传感器3进行预紧，以获得足够的预紧力。测量时，用四个螺钉分别通过可调整安 装U形槽d将压电式深小孔钻削测力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电式深小孔钻削测力装置，其特征在于，测力装置由底座（１）、上盖（２）、压电石英传感器（３）、引线输出插头（４）、引线（５）、大环形密封圈（６）、小环形密封圈（７）、三个连接螺钉（８）、大防护垫（９）以及小防护垫（１０）组成，夹在底座（１）与上盖（２）之间的压电石英传感器（３）位于测力装置的正中心，通过三个连接螺钉（８）将底座（１）、压电石英传感器（３）和上盖（２）刚性连接在一起，三个连接螺钉（８）的头部由大防护垫（９）和小防护垫（１０）进行密封，底座（１）和上盖（２）之间由大环形密封圈（６）和小环形密封圈（７）进行密封，引线（５）由引线输出插头（４）引出；　底座（１）为圆柱形阶梯式结构，底座上表面（ａ）为圆形平面，其上安装压电石英传感器（３），底座下表面（ｂ）为圆形平面，其上开有三个均匀分布的阶梯孔（ｃ），用于安装三个连接螺钉（８），在底座（１）的下圆柱面上开有均匀分布的四个可调整安装Ｕ形槽（ｄ）；上盖（２）为圆柱式结构，上盖上表面（ｅ）为圆形平面，其上均布八个固定被测加工工件的工件固定螺纹孔（ｆ），上盖下表面（ｉ）为环形平面，其上开有小环形密封环槽（ｋ）和大环形密封环槽（ｍ）和三个均布的连接底座和上盖的螺纹孔（ｎ），三个连接螺钉（８）分别通过底座（ｌ）上的三个阶梯孔（ｃ）安装到三个螺纹孔（ｎ）中，上盖下表面（ｉ）的中心开有安装压电石英传感器的圆形孔槽（ｊ），上盖外圆柱面上开有引线输出孔（ｇ）和引线输出插头螺纹孔（ｈ），引线输出插头（４）安装在引线输出插头螺纹孔（ｈ）中，引线（５）由引线输出插头（４）中引出；　压电石英传感器（３）由两对ｙｘ型单元晶组（ｏ）、两对ｘｙ型单元晶组（ｏ’）、六片扭矩测量引出信号的分割电极（ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｔ１、ｔ２、ｔ３）、两片轴向力测量引出信号的完整电极（ｖ）、四片接地完整电极（ｕ）、信号引出线（ｐ、ｒ１、ｒ２）和接地导线（ｑ）构成。单元晶组自上而下依次为测量扭矩的两对ｙｘ型单元晶组（ｏ）和测量轴向力的两对ｘｙ型单元晶组（ｏ’），每对单元晶组将两片石英晶片对装，即在电路上为并联结构，信号通过夹在两片石英晶片间的电极片引出；测量扭矩的两对ｙｘ型单元晶组（ｏ）的四片石英晶片之间采用六片分割电极（ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｔ１、ｔ２、ｔ３）通过扭矩正负信号引出线（ｒ１、ｒ２）分别引出正负电荷；测量轴向力的每对ｘｙ型单元晶组（ｏ’）的两片石英晶片之间各采用一片完整电极（ｖ）通过轴向力信号引...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钱敏，邢勤，张军，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]