CN104842218A - 一种压电式薄壁圆筒件夹紧力测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明的一种压电式薄壁圆筒件夹紧力测量装置属于压电式传感器中的测力装置领域，特别涉及一种薄壁圆筒零件在装夹过程中所受夹紧力的装置。该装置由基座和分支测量单元组成。分支测量装置由传感器固定装置和长度调整装置组成。传感器固定装置由下壳体、压电传感器、上壳体、固定螺钉、预紧螺栓、右旋螺纹凸座组成。长度调整装置由右旋锁紧螺母、丝杠、左旋锁紧螺母、左旋螺纹滑块、联接螺钉、半圆柱块组成。本发明用三个互为120度的分支测量单元分别与薄壁圆筒内壁线接触，通过测量三个方向力的大小，从而解决了因夹紧力过大，薄壁圆筒零件过度形变的问题。本装置测量准确，可对薄壁圆筒件夹紧力进行测量，适用于精密零件装夹过程中，防止夹紧力过大，使零件过度形变，提高了零件的精度和材料的利用率。

Description

一种压电式薄壁圆筒件夹紧力测量装置

技术领域

本发明的一种压电式薄壁圆筒件夹紧力测量装置属于压电式传感器中的测力装置领域，特别涉及一种薄壁圆筒零件在装夹过程中所受夹紧力的装置。该装置可从内部对薄壁圆筒件夹紧力进行测量，适用于加工精密零件装夹过程中，防止夹紧力过大，使零件形变过大，可提高零件的精度和材料的利用率。

背景技术

薄壁圆筒形零件，在军事武器设计中是较常采用的一种零件结构。它具有质量小、耗材少、结构紧凑等特点。但是由于薄壁件本身壁薄，因此在机械加工中，薄壁圆筒形零件的加工一直是一个比较棘手的问题。薄壁圆筒形零件的刚性差、轻度弱，在加工中装夹定位困难，零件极易变形，使零件的形位误差增大，不易保证零件的加工品质。特别是在零件的尺寸精度及形状精度要求较高的情况下，工艺路线、装夹方式、夹紧力的大小、刀具及切削用量选择不恰当，极易引起零件振动、变形，影响加工精度。因此保证零件适当的夹紧力，对提高薄壁圆筒零件的精度有重要作用。

市场上薄壁圆筒零件夹紧力测量装置很少，而在夹紧力测量装置中有一种在数控重型卧式车床上应用的压电式卡爪测力仪，该装置是在卡爪不安装工件的情况下对两个对称卡爪的夹紧力进行测量。它可以测量大吨位夹紧力，在使用中效果良好，但是它不能对薄壁圆筒零件夹紧力进行在线测量。

因此，设计一种压电式薄壁圆筒件测量装置具有十分重要的意义。采用压电式传感器测量装置，测量薄壁圆筒零件在装夹时所受夹紧力大小，不仅可以统一夹紧力大小，也有限制夹紧力过大的作用。它可以防止零件在装夹过程中因夹紧力过大而过度形变，大大提高了零件的精度和材料的利用率，可应用于机械加工、航空航天、国防军工等项目。

发明内容

本发明要解决的技术难题，是发明一种可以测量薄壁圆筒件夹紧力的装置。该装置利用压电传感器的正压电效应，通过三个分支测量单元测量出薄壁圆筒件装夹时所受到的夹紧力大小。通过该装置可以防止夹紧力过大，使零件发生过大形变，提高了零件的精度和材料的利用率。

本发明所采用的技术方案是：一种压电式薄壁圆筒件夹紧力测量装置，包括基座和至少三个互为等角度的分支测量单元；分支测量单元以基座为中心互为等角度。所述分支测量单元包括传感器固定装置和长度调整装置，传感器固定装置与长度调整装置螺纹连接并通过右旋锁紧螺母限位，长度调整装置通过半圆柱块与圆筒零件内壁完全线接触。所述传感器固定装置包括下壳体、压电传感器、上壳体、固定螺钉、预紧螺栓和右旋螺纹凸座。压电传感器夹在下壳体与上壳体之间，通过预紧螺栓固定在基座上。基座三个安装平面上铣有与下壳体相配合的凹槽，通过预紧螺栓施加的预紧力，下壳体被约束在基座上。右旋螺纹凸座通过固定螺钉固定在上壳体上。右旋螺纹凸座内腔下部半径大于预紧螺栓头部半径且深度大于预紧螺栓头部厚度，即可完全盖住预紧螺栓头部。而右旋螺纹凸座内腔上部攻有右旋螺纹，与长度调整装置的丝杠螺纹连接。

所述长度调整装置包括右旋锁紧螺母、丝杠、左旋锁紧螺母、左旋螺纹滑块、联接螺钉、半圆柱块。丝杠与传感器固定装置的右旋螺纹凸座螺纹连接。右旋锁紧螺母套在丝杠右旋螺纹杆上，左旋锁紧螺母套在丝杠左旋螺纹杆上，并且丝杠左旋螺纹杆与左旋螺纹滑块螺纹连接。联接螺钉将半圆柱块与左旋螺纹滑块连接在一起。

本发明的一种压电式薄壁圆筒件夹紧力测量装置，它结构简单，使用方便，测量范围可调，可对薄壁圆筒件夹紧力准确测量。该装置适用于加工精密薄壁圆筒零件，装夹过程中防止因夹紧力过大使零件发生过大形变，提高了零件的精度和材料的利用率，可应用于机械加工、航空航天、国防军工等项目。

附图说明

图1为压电式薄壁圆筒件夹紧力测量装置的立体图。

图2为压电式薄壁圆筒件夹紧力测量装置的分支测量单元局部图。

图3为压电式薄壁圆筒件夹紧力测量装置的传感器固定装置剖视图。

图4为压电式薄壁圆筒件夹紧力测量装置的长度调整装置剖视图。

图中：1基座；2分支测量单元；3圆筒零件；4下壳体；5压电传感器；6上壳体；7固定螺钉；8预紧螺栓；9右旋螺纹凸座；10右旋锁紧螺母；11丝杠；12左旋锁紧螺母；13左旋螺纹滑块；14联接螺钉；15半圆柱块；16丝杠左旋螺纹杆；17丝杠滚花轮；18丝杠右旋螺纹杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细的描述。

如图1和图2所示，该压电式薄壁圆筒件夹紧力测量装置包括基座1和分支测量单元2，所述分支测量单元2包括传感器固定装置和长度调整装置，该压电式薄壁圆筒件夹紧力测量装置测量时内嵌在薄壁圆筒零件件3内壁上。

如图3所示，传感器固定装置包括下壳体4，压电传感器5，上壳体6，固定螺钉7，预紧螺栓8和右旋螺纹凸座9。压电传感器5夹在下壳体4与上壳体6之间，通过预紧螺栓8固定在基座1上。基座1三个安装平面上铣有与下壳体4相配合的凹槽，通过预紧螺栓8施加的预紧力，下壳体4被约束在基座1上。右旋螺纹凸座9通过固定螺钉7固定在上壳体6上。右旋螺纹凸座9内腔下部半径大于预紧螺栓8头部半径且深度大于预紧螺栓8头部厚度，即可完全盖住预紧螺栓8头部。而右旋螺纹凸座9内腔上部攻有右旋螺纹，与长度调整装置的丝杠11螺纹连接。

如图4所示，长度调整装置包括右旋锁紧螺母10，丝杠11，左旋锁紧螺母12，左旋螺纹滑块13，联接螺钉14，半圆柱块15。丝杠11与传感器固定装置的右旋螺纹凸座10螺纹连接。右旋锁紧螺母10套在丝杠右旋螺纹杆18上，左旋锁紧螺母12套在丝杠左旋螺纹杆16上，并且丝杠左旋螺纹杆16与左旋螺纹滑块13螺纹连接。联接螺钉14将半圆柱块15与左旋螺纹滑块13连接在一起。

本发明提供的压电式薄壁圆筒件夹紧力测量装置的工作原理为：

该压电式薄壁圆筒件夹紧力测量装置工作时，首先完成装配，再安装到圆筒零件3内，最后进行测量。装置装配时，首先将下壳体4嵌进基座1安装平面上的凹槽内，然后将压电传感器5嵌进下壳体4的凹槽内，并将上壳体6装在压电传感器5上面，凹槽面朝压电传感器5方向。用预紧螺栓8依次穿过上壳体6、压电传感器5、下壳体4中心的圆孔固定在基座1上，并施加适当的预紧力。用固定螺钉7穿过右旋螺纹凸座9固定在上壳体6上。将右旋锁紧螺母10和左旋锁紧螺母12分别套在丝杠右旋螺纹杆18和丝杠左旋螺纹杆16上，并旋至丝杠滚花轮17处。再将丝杠右旋螺纹杆18连接到右旋螺纹凸座10上，正向旋转丝杠滚花轮17直至丝杠右旋螺纹杆18头部到达最里端不能再进行旋转。接着，将联接螺钉14穿过半圆柱块15固定在左旋螺纹滑块13上，并反向旋转左旋螺纹滑块13将其连接到丝杠左旋螺纹杆16上直至丝杠左旋螺纹杆16头部到达最里端。最后，略微正向旋转左旋螺纹滑块13使半圆柱块15的半圆面与基座1的非安装面平行。值得注意的是，预紧螺栓8要施加给压电传感器5足够大的预紧力，装置通过长度调整装置可在一定半径范围内进行伸缩，如果圆筒零件3半径过小或过大，可以重新选型丝杠11，不必对整个装置重新设计。

装置安装测量时，首先用工具量出圆筒零件3内孔半径大小，然后根据所测半径尺寸调节长度调整装置。反向旋转丝杠滚花轮17，并用手保持半圆柱块15不发生扭转，使半圆柱块15的半圆面与基座1的非安装面始终保持平行，直至半圆柱块15的弧面到基座1中心点的距离略小于所测半径尺寸。将整个装置塞进圆筒零件3内，使基座1的非安装面与圆筒3的截面保持平行，继续反向旋转丝杠滚花轮17直至半圆柱块15的弧面与圆筒3内壁完全线接触并且不会发生侧移，在此过程中依然用手保持半圆柱块15不发生扭转，并且保证各分支测量单元的伸长长度完全一致。最后，正向旋转右旋锁紧螺母10至右旋螺纹凸座10处进行锁紧，反向旋转左旋锁紧螺母12至左旋螺纹滑块13处进行锁紧。装置在测量时，由于预紧螺栓8施加的预紧力和薄壁圆筒零件对装置的压力都会使压电传感器5产生一定电荷，所以薄壁圆筒零件在施加夹紧力前勿必清零，否则会对实验结果产生影响。依次给薄壁圆筒零件施加不同梯度夹紧力，采集电荷信号，并通电荷放大器进行电荷电压转换及滤波放大，然后进行A/D转换，最后显示和记录实验结果并进行分析。

该压电式薄壁圆筒件夹紧力测量装置结构简单，使用方便，测量范围可调，可对薄壁圆筒件夹紧力准确测量。它适用于精密零件装夹过程中，防止夹紧力过大，使零件发生过大形变，提高了零件的精度和材料的利用率。虽然本发明以上述较佳的实施例对本发明做出了详细的描述，但并非用上述实施例限定本发明。本领域的技术人员应当意识到在不脱离本发明所给出的技术特征和范围的情况下，对技术所作的增加、以本领域一些同样内容的替换，均应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种压电式薄壁圆筒件夹紧力测量装置，包括基座和至少三个互为等角度的分支测量单元，其特征在于：所述的分支测量单元包括传感器固定装置和长度调整装置，传感器固定装置与长度调整装置螺纹连接并通过右旋锁紧螺母限位，长度调整装置通过半圆柱块与圆筒零件内壁完全线接触；传感器固定装置包括下壳体、压电传感器、上壳体、固定螺钉、预紧螺栓和右旋螺纹凸座；压电传感器夹在下壳体与上壳体之间，通过预紧螺栓固定在基座上；基座的三个安装平面上铣有与下壳体相配合的凹槽，通过预紧螺栓施加的预紧力，下壳体被约束在基座上；右旋螺纹凸座通过固定螺钉固定在上壳体上；右旋螺纹凸座内腔下部半径大于预紧螺栓头部半径且深度大于预紧螺栓头部厚度，即可完全盖住预紧螺栓头部；右旋螺纹凸座内腔上部攻有右旋螺纹，与长度调整装置的丝杠螺纹连接。

2.根据权利要求1所述的一种压电式薄壁圆筒件夹紧力测量装置，其特征在于：所述的长度调整装置包括右旋锁紧螺母、丝杠、左旋锁紧螺母、左旋螺纹滑块、联接螺钉、半圆柱块；丝杠与传感器固定装置的右旋螺纹凸座螺纹连接；右旋锁紧螺母套在丝杠右旋螺纹杆上，左旋锁紧螺母套在丝杠左旋螺纹杆上，并且丝杠左旋螺纹杆与左旋螺纹滑块螺纹连接；联接螺钉将半圆柱块与左旋螺纹滑块连接在一起。