組合式高精度三軸力傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種精密微細(xì)加工過(guò)程中使用的組合式高精度三軸力傳感器，屬于機(jī)械設(shè)計(jì)及傳感測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代軍事系統(tǒng)向小型化、高精度方向發(fā)展，對(duì)慣導(dǎo)系統(tǒng)及其結(jié)構(gòu)器件的小型化提出了迫切的要求。慣性器件的小型化，有利于提高系統(tǒng)的可靠性、抗過(guò)載能力、隱身性、機(jī)動(dòng)性、集成度，同時(shí)有利于減少系統(tǒng)的體積和重量。經(jīng)過(guò)小型化的慣性器件已經(jīng)脫離傳統(tǒng)慣性器件的尺寸范圍，進(jìn)入微細(xì)結(jié)構(gòu)件的精密加工行列，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了傳統(tǒng)加工方法力所能及的加工范圍。在超精密加工過(guò)程中，對(duì)加工過(guò)程中工件所受三個(gè)方向切削力的高精度測(cè)量是實(shí)現(xiàn)高精度、高質(zhì)量、高效率加工的重要手段。從現(xiàn)有的三軸力傳感器來(lái)看，主要有以下兩種:
[0003](I)多個(gè)單軸力傳感器構(gòu)成的三軸力測(cè)量裝置:應(yīng)用三個(gè)單軸力傳感器輔以相應(yīng)的安裝結(jié)構(gòu)，將三個(gè)單軸力傳感器的測(cè)量方向分別按正交坐標(biāo)系的三個(gè)坐標(biāo)軸方向進(jìn)行布置，連接成為一個(gè)整體，每一個(gè)單軸力傳感器實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向的力的測(cè)量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)三個(gè)方向力的測(cè)量。
[0004](2)八角環(huán)式三軸力傳感器:三軸力傳感器本體采用具有四個(gè)耳環(huán)的穩(wěn)定性較好的整體式八角環(huán)結(jié)構(gòu)，四個(gè)耳環(huán)分別布置于方形三軸力傳感器的四個(gè)角，通過(guò)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)調(diào)整四個(gè)耳環(huán)的尺寸公差、形狀和位置公差及粗糙度，使得其滿足三軸力傳感器的測(cè)量要求，實(shí)現(xiàn)三個(gè)方向力的測(cè)量。
[0005]上述兩種三軸力傳感器主要應(yīng)用于常規(guī)切削加工過(guò)程中三個(gè)方向力的測(cè)量等實(shí)驗(yàn)研宄，雖然具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，量程范圍廣，容易實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。但是這兩種三軸力傳感器的缺點(diǎn)是:第一種三軸力傳感器需要設(shè)計(jì)和安裝三個(gè)單軸力傳感器的安裝結(jié)構(gòu)，安裝過(guò)程復(fù)雜，使用不方便，由于安裝結(jié)構(gòu)的影響，三個(gè)單軸力傳感器的測(cè)量結(jié)果會(huì)相互影響，產(chǎn)生較大的耦合誤差；第二種三軸力傳感器雖然是一體式結(jié)構(gòu)，安裝方便，但是其自身的外形結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，加工困難，且其各個(gè)方向的測(cè)量模塊不相互獨(dú)立，在測(cè)量過(guò)程中各個(gè)方向的測(cè)量結(jié)果會(huì)有較大的耦合誤差。在精密加工過(guò)程中，為了準(zhǔn)確、全面的進(jìn)行切削力測(cè)量，亟需設(shè)計(jì)一種外形結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝使用方便，且能同時(shí)對(duì)三個(gè)方向力進(jìn)行高精度測(cè)量的三軸力傳感器。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]有鑒于此，本實(shí)用新型提供了一種組合式高精度三軸力傳感器，能夠以簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)微細(xì)結(jié)構(gòu)件精密加工過(guò)程中工件所受X、Y、Z三個(gè)方向研磨力的高精度測(cè)量。
[0007]一種組合式高精度三軸力傳感器，包括受力模塊、安裝模塊、電阻應(yīng)變片、安裝基座、待測(cè)零件和外圍的測(cè)量電路。
[0008]所述受力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，螺紋孔用于安裝待測(cè)零件；所述第一根矩形塊的上表面加工有連接孔，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；
[0009]所述安裝模塊由兩個(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；
[0010]其整體連接關(guān)系為:所述安裝模塊的一個(gè)連接塊與受力模塊的第一根矩形塊固定連接，通過(guò)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受力模塊第一根矩形塊的底面貼合；所述受力模塊的第二根至第五根矩形塊的底面與安裝模塊相對(duì)的表面之間存在間隙，所述待測(cè)零件固定連接在安裝模塊上第五根矩形塊的受力平面上，所述第五根矩形塊上表面螺紋孔的中心軸線與安裝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；上述部件構(gòu)成了三軸力傳感器的整體，所述受力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，所述安裝模塊中連接梁形成Z軸模塊；所述傳感器整體通過(guò)安裝模塊的另一個(gè)連接塊與所述安裝基座固定連接，所述連接塊的安裝平面與安裝基座的上表面貼合，所述安裝模塊的連接梁與安裝基座的上表面之間存在間隙；所述電阻應(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(hào)，實(shí)現(xiàn)X、Y、Z三個(gè)方向力的測(cè)量。
[0011]進(jìn)一步的，所述受力模塊的第二根和第三根矩形塊的交匯處設(shè)有分別貫通雙橫梁結(jié)構(gòu)的空腔的受力走線孔，所述安裝塊上設(shè)有安裝走線孔；三個(gè)雙橫梁結(jié)構(gòu)各自的四個(gè)電阻應(yīng)變片以全橋的方式進(jìn)行組橋，線纜通過(guò)受力模塊的受力走線孔和安裝模塊的安裝走線孔與外圍的測(cè)量電路連接。
[0012]進(jìn)一步的，所述的電阻應(yīng)變片為尚精度鉬式應(yīng)變片。
[0013]工作原理:所述的X軸模塊、Y軸模塊和Z軸模塊為三個(gè)相同的雙橫梁結(jié)構(gòu)，通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、力學(xué)計(jì)算、仿真分析分別對(duì)三個(gè)對(duì)所述雙橫梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化使其滿足高精度的測(cè)量要求，然后在三個(gè)雙橫梁結(jié)構(gòu)內(nèi)壁接近四個(gè)圓形倒角的地方貼上高精度電阻應(yīng)變片，將三個(gè)雙橫梁結(jié)構(gòu)各自的四個(gè)電阻應(yīng)變片以全橋的方式進(jìn)行組橋，并連接至外圍測(cè)量電路即可實(shí)現(xiàn)X、Y、Z三個(gè)方向力的測(cè)量；所述受力模塊的受力平面與待測(cè)零件的平面重合安裝，并通過(guò)所述受力模塊的螺紋孔將三軸力傳感器與待測(cè)零件緊密的連接在一起，使得待測(cè)零件所受到的力全部傳遞給三軸力傳感器。
[0014]有益效果:
[0015]1、本實(shí)用新型采用兩個(gè)簡(jiǎn)單零件組合安裝為一個(gè)三軸力傳感器的方式，既解決了以往三軸力傳感器采用單個(gè)零件制造，加工難度大，成本高的困難，又避免了采用多個(gè)單軸力傳感器拼湊三軸力測(cè)量裝置的復(fù)雜過(guò)程，整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易行、加工速度快捷、安裝使用方便，
[0016]2、本實(shí)用新型能夠?qū)崿F(xiàn)同時(shí)對(duì)三個(gè)方向的力進(jìn)行直接測(cè)量，待測(cè)力未經(jīng)任何削減的傳遞到三軸力傳感器的三個(gè)測(cè)量模塊，且三個(gè)測(cè)量模塊單獨(dú)的對(duì)自己方向上的力信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，互不影響，具有測(cè)量精度高、測(cè)量范圍廣等特點(diǎn)，能夠滿足精密微細(xì)結(jié)構(gòu)件加工過(guò)程中三個(gè)方向力的測(cè)量要求，具有很強(qiáng)的適用性，為微細(xì)結(jié)構(gòu)件的高質(zhì)量精密加工提供了技術(shù)保障。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為本實(shí)用新型受力模塊示意圖；
[0019]圖3為本實(shí)用新型安裝模塊示意圖。
[0020]其中，1-受力模塊、2-電阻應(yīng)變片、3-待測(cè)零件、4-安裝基座、5-安裝模塊、6-受力平面、7-螺紋孔、8-連接孔、9-受力連接平面、1-Y軸模塊、11-受力走線孔、12-X軸模塊、13-連接螺紋孔、14-安裝孔、15-安裝平面、16-Z軸模塊、17-安裝走線孔、18-安裝連接平面。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0022]如附圖1所示，本實(shí)用新型的組合式高精度三軸力傳感器包括受力模塊1、安裝模塊5、電阻應(yīng)變片2、安裝基座4、待測(cè)零件3和外圍的測(cè)量電路。
[0023]所述受力模塊I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