CN116475840A - 机床用可测夹紧力的压板系统及利用其测量夹紧力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机床用夹具设计领域，特别涉及一种机床用可测夹紧力的压板系统及利用其测量夹紧力的方法。所述系统由压板、尾部支撑装置和压力调节装置构成，所述压板为一整体板体，且具有轴对称结构；压板的中央区域设有一凸台，为受力梁，受力梁中央设有一通孔；所述压板本体分为传力梁、感知梁和接触梁区域，其中，所述长度方向边缘区域为传力梁，宽度方向边缘区域为接触梁，剩余中间区域为感知梁，所述感知梁通过其两侧的长孔位于边缘的传力梁分隔；在通孔一侧的感知梁表面固定四个应变片，所述四个应变片相互连接成惠斯通电桥电路。本发明解决传统压板无法控制夹紧力的缺陷与限制，防止因夹紧力施加的不当而产生加工误差及表面缺陷。

Description

机床用可测夹紧力的压板系统及利用其测量夹紧力的方法

技术领域

本发明涉及机床用夹具设计领域，特别涉及一种机床用可测夹紧力的压板系统及利用其测量夹紧力的方法。

背景技术

近年来，航空航天、国防科技、核电装备等领域涌现出了越来越多高性能、高要求的工件，如航空发动机叶片，其型面精度和表面完整性及其一致性对服役环境下的疲劳寿命和气流动力学性能影响巨大；詹姆斯·韦伯望远镜主镜面均方根粗糙度(EMS)要求为4nm～20nm，其对望远镜观测结果有着巨大影响；核潜艇永磁电机的永磁体要求极高的圆度，否则转子的振动量难以达到要求，甚至导致动不平衡现象，这均对机械制造的表面质量和几何精度提出了更为严苛的要求。

夹具在机械加工的过程中保证工件在机床平面占据正确位置，是工艺规划的一个重要因素，夹具对工件最终几何精度及表面质量有着直接影响。夹具在制造过程中应对工件施加适当大小的夹紧力，但是传统压板在装夹过程中，由于传统压板固有结构缺陷而无法测量其对于工件的夹紧力大小，因此传统压板夹紧力控制高度依赖工人人工经验，压板夹紧力无法实现可靠的测量与控制。传统压板在装夹中经常出现压板实际夹紧力与工件所需夹紧力不匹配现象，如夹紧力过大则会导致工件被夹紧表面出现凹坑或微裂纹；压板夹紧力不足则又会导致工件受到切削载荷后发生位移或颤振进而导致工价被加工表面粗糙度增大，以上两种情况均会严重影响工件几何精度和表面质量，使工件在严苛工况下的使役寿命大打折扣进而影响整个装备的寿命。因此，亟需设计一种能在制造全过程中实时监测夹紧力的新型压板，实现可靠的夹紧力测量与控制，为后续初始夹紧力设置提供原始参考。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机床用可测夹紧力的新型压板系统，以解决传统压板无法控制夹紧力的缺陷与限制，防止因夹紧力施加的不当而产生加工误差及表面缺陷。为了实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

机床用可测夹紧力的压板系统，所述系统由压板、尾部支撑装置和压力调节装置构成，所述压板为一整体板体，且具有轴对称结构；压板的中央区域设有一凸台，为受力梁，受力梁中央设有一通孔；所述压板本体分为传力梁、感知梁和接触梁(19)区域，其中，所述长度方向边缘区域为传力梁，宽度方向边缘区域为接触梁，剩余中间区域为感知梁，所述感知梁通过其两侧的分隔槽与位于边缘的传力梁分隔；在通孔一侧的感知梁表面粘贴有四个应变片：应变片I、应变片II、应变片III、应变片IV，所述四个应变片相互连接成惠斯通电桥电路。

上述技术方案中，所述机床用可测夹紧力的压板系统由三个主要机构构成，具体为压板、尾部支撑装置和压力调节装置。

上述技术方案中，所述压板为一整体板体，且具有轴对称结构，其中央设有一凸台，凸台与板体本体为一体结构；在凸台的中央(也是板体本体的中央)具有一通孔，以便于T形槽用拧紧螺栓穿过上述通孔。

优选所述受力梁的宽度与压板本体的宽度相同。

上述技术方案中，所述压板和受力梁为一体化结构。

上述技术方案中，所述压板分为传力梁、感知梁和接触梁区域，其中，所述长度方向边缘区域为传力梁区域；所述宽度方向边缘区域为接触梁区域，位于整个压板两端的接触梁区域，一端的下表面(尾端)与尾部支撑装置的支撑头上表面接触，另一端(首端)的下表面与工件被装夹表面相接触。压板除了接触梁区域和传力梁区域外，剩余的中间区域为感知梁区域，靠近接触梁首端的感知梁表面粘贴有四个应变片，所述应变片相互连接成惠斯通电桥电路。上述惠斯通电桥电路构成应变电路。

上述技术方案中，所述压板本体两侧轴对称设置两个分隔槽。所述感知梁通过其两侧的分隔槽与位于边缘的传力梁分隔。上述分隔槽为上下贯通结构。

上述技术方案中，所述系统进一步包括数据采集装置，所述装置可通过应变电路测量夹紧力并通过数据采集装置显示夹紧力数据。

上述技术方案中，所述压力调节装置用于控制施加于受力梁的压力。

优选地，所述压力调节装置包括T形槽用拧紧螺栓、拧紧螺母和用于与机床操作台平面固定的底部滑槽，所述受力梁上表面与所述拧紧螺母下表面相接触；T形槽用拧紧螺栓穿过拧紧螺母、通孔与底部滑槽内部相配合。

上述技术方案中，所述尾部支撑装置用于为压板远离应变片的一端提供支撑力。

优选地，所述尾部支撑装置包括支撑头，所述支撑头与双头螺柱上部通过螺纹连接在一起，调节螺母与双头螺柱下部通过螺纹副配合在一起；螺母套与调节螺母相配合，套装于调节螺母外；所述推力轴承固定于尾部支撑底座内，其上表面与调节螺母和螺母套相接触。

本发明的另一目的是提供利用上述机床用可测夹紧力的压板系统测试工件夹紧力的方法。

一种测试工件夹紧力的方法，包括以下步骤：

固定待测工件；测量装夹表面高度；调节尾部支撑装置支撑头高度并固定尾部支撑装置；安装底部滑槽；安装压板；旋转拧紧螺母对工件施加夹紧力；通过应变电路测量夹紧力并通过数据采集装置显示夹紧力数据。

本发明的有益效果为：与现有技术相比，本发明利用应变桥电路对压板夹紧工件时的夹紧力进行测定，通过采集装置以数值的形式显示出来，可直观地观察到压板对工件所施加的夹紧力数值大小，进而可人为地控制压板对工件施加的夹紧力，避免因夹紧力的不足而导致工件在加工过程中产生移动或振动，影响加工精度；同时也避免因夹紧力过大，导致工件被装夹表面出现凹坑或微裂纹，增加废品率。

附图说明

图1为本发明一种机床用可测夹紧力的压板系统结构示意图；

图2为本发明一种机床用可测夹紧力的压板系统中压板结构示意图；

图3为本发明一种机床用可测夹紧力的压板系统中尾部支撑装置部分结构示意图；

图4为本发明一种机床用可测夹紧力的压板系统中压板与被装夹工件相对位置示意图。

附图标记如下：

1-T形槽用螺栓拧紧螺栓，2-拧紧螺母，3-压板，4-底部滑槽，5-支撑头，6-双头螺柱，7-十字平头螺钉，8-盖板，9-螺母套，10尾部支撑底座，11-调节螺母，12-推力轴承，13-应变片I，14-应变片II，15-应变片III，16-应变片IV，17-感知梁，18-受力梁，19-接触梁，20-传力梁，21-被装夹工件，22-分隔槽。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容及有益效果，下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述。应当理解，以下具体实施例仅用于解释本发明，并不能作为对本发明范围的限制。

本发明提供了一种机床用可测夹紧力的新型压板系统。本发明所述系统主要功能为向工件提供夹紧力并实时测量该夹紧力大小。

所述系统主要包括T形槽用拧紧螺栓1、拧紧螺母2、压板3、由应变片I13、应变片II14、应变片III15、应变片IV16所组成的应变电路、底部滑槽4、由支撑头5，双头螺柱6，十字平头螺钉7，盖板8，螺母套9，尾部支撑底座10，调节螺母11，推力轴承12所组成的尾部支撑装置。

所述压板包括受力梁18、传力梁20、感知梁17和接触梁19，所述压板本体两侧轴对称设置两个分隔槽，所述感知梁通过其两侧的分隔槽与位于边缘的传力梁分隔。所述压板感知梁17表面粘贴有四个应变片，所述应变片I13、应变片II14、应变片III15、应变片IV16相互连接成惠斯通电桥电路。所述受力梁18中间位置具有通孔，T形槽用拧紧螺栓1可穿过所述通孔并与拧紧螺母2相配合。所述压板受力梁18上表面应与所述拧紧螺母2下表面相接触。所述压板两端接触梁19其中一端下表面应与工件被装夹表面相接触，另一端应与尾部支撑头5上表面相接触。所述底部滑槽4可用螺栓将其固定于机床操作台平面，其内部可与所述T形槽用拧紧螺栓1相配合。所述支撑头5与所述双头螺柱6通过螺纹连接在一起，所述调节螺母11与所述双头螺柱6通过螺纹副配合在一起。所述螺母套9可与所述调节螺母11配合在一起。所述推力轴承12安装与尾部支撑底座10内，其上表面与调节螺母11和螺母套9相接触。

本发明提供一种测试工件夹紧力的方法，是采用上述系统，包括以下步骤：待装夹工件固定；根据待测工件的厚度调整尾部支撑头上表面高度，使其上表面与工件被装夹表面相平；通过螺栓将尾部支撑固定于机床操作台平面；根据待装夹工件位置与尾部支撑位置安装底部滑槽，使底部滑槽大致处于压板受力梁通孔下方；将T形槽用拧紧螺栓安装于底部滑槽内；将压板穿过T形槽用拧紧螺栓并调节压板和T形槽用拧紧螺栓位置使压板两端接触梁分别与工件表面和支撑头表面相接触；调节拧紧螺母对压板施加下压力，压板感知梁发生S形变形，由贴于压板感知梁表面的应变片所组成的应变桥两端电压发生变化，夹紧力数据可通过采集装置采集该电压并将其显示。

实施例1

本发明具体实施例提供一种机床用可测夹紧力的压板系统，包括T形槽用拧紧螺栓1、拧紧螺母2、压板3、底部滑槽4、由支撑头5，双头螺柱6，十字平头螺钉7，盖板8，螺母套9，尾部支撑底座10，调节螺母11，推力轴承12所组成的支撑装置、由贴于压板感知梁上表面的应变片I13、应变片II14、应变片III15、应变片IV16所组成的应变电路。所述底部滑槽4和所述尾部支撑装置安装于机床操作台表面。所述T形槽用拧紧螺栓1与所述底部滑槽4相互配合，所述T形槽用拧紧螺栓1可在所述底部滑槽4内滑动以调节压板在水平方向上的位置来适应不同的工件安装位置。旋转所述拧紧螺母2可对所述压板受力梁18施加向下的压力，该下压力将被传递至所述传力梁20与接触梁19，并使所述接触梁19具有竖直向下的运动趋势，由于工件被装夹表面与所述接触梁19下表面紧密接触，所以所述接触梁19可对工件形成夹紧力。所述由贴于压板感知梁上表面的应变片I13、应变片II14、应变片III15、应变片IV16所组成的应变电路在所述压板3受力后，可将所述压板感知梁17的微应变转换为电桥两端电压的变化，通过采集装置采集该电压即可得到压板夹紧力数值大小。所述支撑头5与所述双头螺柱6通过螺纹连接在一起，二者可以一同在竖直方向上进行运动。所述尾部支撑中的调节螺母11可调节所述支撑头5高度，旋转所述调节螺母11，其与所述双头螺柱6之间的螺纹副可将所述调节螺母11的旋转运动转换为所述双头螺柱6在竖直方向上的移动，进而带动所述支撑头5运动，使所述支撑头上与压板接触梁19下表面保持紧密接触，为压板3提供向上的支持力，保持压板受力平衡。所述推力轴承12可为所述调节螺母11提供向上的支持力并可使其绕其自身轴线做旋转运动。所述采集装置用于数据采集、处理和显示，本实施例中的采集装置为单片机，单片机可以通过无线方式与计算机相通信，进行数据的记录和保存。

利用上述机床用可测夹紧力的新型压板系统对某零件进行装夹，具体步骤为：

第一步，根据工件定位基准将工件装卡在夹具上；

第二步，对工件进行找正；

第三步，找正完毕后对工件进行装夹；

第四步，根据工件被夹面高度调节尾部支撑头5上表面高度直至其与被夹表面相平，并用螺栓固定尾部支撑装置；

第五步，根据工件位置与尾部支撑装置位置安装底部滑槽4，使其位置大致处于压板受力梁18通孔下方；

第六步，根据工件位置与支撑头5位置安装压板3，使压板两侧接触梁19和分别于工件表面和支撑头5上表面可靠接触；

第七步，旋转拧紧螺母2对工件施加夹紧力，夹紧力数据将通过采集装置显示。

本发明未尽事宜为公知技术。此外，应当理解，以上所述实施例仅用来详细地解释本发明，但本发明并不局限于上述详细方法。对本领域技术人员来说，在本发明的精神和原则内，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换、具体方式的选择等，均应涵盖在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (6)

1.机床用可测夹紧力的压板系统，其特征在于，所述系统由压板(3)、尾部支撑装置和压力调节装置构成，所述压板(3)为一整体板体，且具有轴对称结构；压板(3)的中央区域设有一凸台，为受力梁(18)，受力梁(18)中央设有一通孔；所述压板(3)本体分为传力梁(20)、感知梁(17)和接触梁(19)区域，其中，所述长度方向边缘区域为传力梁(20)，宽度方向边缘区域为接触梁(19)，剩余中间区域为感知梁(17)，所述感知梁(17)通过其两侧的分隔槽(22)与位于边缘的传力梁(20)分隔；在通孔一侧的感知梁(17)表面粘贴有四个应变片：应变片I(13)、应变片II(14)、应变片III(15)、应变片IV(16)，所述四个应变片相互连接成惠斯通电桥电路。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述压力调节装置用于控制施加于受力梁(18)的压力。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述压力调节装置包括T形槽用拧紧螺栓(1)、拧紧螺母(2)和用于与机床操作台平面固定的底部滑槽(4)，所述受力梁(18)上表面与所述拧紧螺母(2)下表面相接触；T形槽用拧紧螺栓(1)穿过拧紧螺母(2)、通孔与底部滑槽(4)内部相配合。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述尾部支撑装置用于为压板远离应变片的一端提供支撑力。

5.根据权利要求1或4所述的系统，其特征在于，所述尾部支撑装置包括支撑头(5)，所述支撑头(5)与双头螺柱(6)上部通过螺纹连接在一起，调节螺母(11)与双头螺柱(6)下部通过螺纹副配合在一起；螺母套(9)与调节螺母(11)相配合，套装于调节螺母(11)外；所述推力轴承(12)固定于尾部支撑底座(10)内，其上表面与调节螺母(11)和螺母套(9)相接触。

6.测试工件夹紧力的方法，其特征在于，包括以下步骤：

固定待测工件；测量装夹表面高度；调节尾部支撑装置支撑头(5)高度并固定尾部支撑装置；安装底部滑槽(4)；安装压板(3)；旋转拧紧螺母(2)对工件施加夹紧力；通过应变电路测量夹紧力并通过数据采集装置显示夹紧力数据。