一種快速刀具伺服車削的三向切削力測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于超精密切削、切削力測量和光學(xué)零件切削加工等技術(shù)領(lǐng)域，涉及 一種快速刀具伺服車削的三向切削力測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 復(fù)雜光學(xué)自由曲面的制造是精密制造的重要研究內(nèi)容，例如非回轉(zhuǎn)對稱光學(xué)自由 曲面的制造。非回轉(zhuǎn)對稱光學(xué)自由曲面是一種沒有任何對稱軸的光學(xué)自由曲面，具有該曲 面的光學(xué)元件廣泛應(yīng)用在民用和軍事領(lǐng)域中，極大地改善了光學(xué)系統(tǒng)的性能。加工具有非 回轉(zhuǎn)對稱光學(xué)自由曲面的零件的一項關(guān)鍵的技術(shù)是快速刀具伺服，該項技術(shù)是在車床溜板 上安裝具備快速高頻響應(yīng)能力的刀具微進(jìn)給伺服機(jī)構(gòu)，具有精度高，效率高，成本低等優(yōu) 點?？焖俚毒咚欧丝梢詫崿F(xiàn)非回轉(zhuǎn)對稱光學(xué)自由曲面的高效、精密加工之外，還可以實 現(xiàn)誤差補償，加工微陣列光學(xué)元件等。
[0003] 快速刀具伺服技術(shù)可用于實現(xiàn)刀具相對于工件的快速往復(fù)進(jìn)給，消除機(jī)床重復(fù)性 誤差。研究快速刀具伺服加工的切削力具有重要的意義:第一，快速刀具伺服加工的切削力 可以有效反映快速刀具伺服機(jī)構(gòu)的加工過程，有助于監(jiān)測刀具磨損情況;第二，切削力的大 小和方向?qū)τ诳焖俑哳l進(jìn)給加工質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響，準(zhǔn)確測量切削力有助于揭示快 速刀具伺服的切削加工機(jī)理；第三，有助于預(yù)測已加工表面的表面質(zhì)量，評估材料的切削 性;第四，為快速刀具伺服基于切削力的主動控制打下基礎(chǔ)。因此在快速刀具伺服中集成切 削力測量系統(tǒng)是十分必要的，而現(xiàn)有的具有切削力測量功能的快速刀具伺服機(jī)構(gòu)只能測量 單向切削力，且以測量Z向切削力為主，目前主要有兩種技術(shù)方案:一種將壓力傳感器置于 快速刀具伺服機(jī)構(gòu)的近刀具端，另一種將壓力傳感器置于快速刀具伺服機(jī)構(gòu)的驅(qū)動器的后 方。其中，后一種方案所測出的切削力含有的驅(qū)動力成分較大，導(dǎo)致切削力測量的準(zhǔn)確性較 前一種方案的低。這兩種布局方案均無法將三向切削力全部測出，而且在切削力測量方向 會受到壓電疊堆驅(qū)動力的干擾，導(dǎo)致壓力傳感器的測量值中含有壓電疊堆的驅(qū)動力成分， 所以無法準(zhǔn)確地測出全部的快速刀具伺服加工的切削力。而目前用于測量普通車削切削力 的三向測力儀存在體積較大，響應(yīng)頻率較低等問題，同時在設(shè)計時也沒有考慮在彈性基礎(chǔ) 上測量切削力的問題，所以用于測量普通車削切削力的三向測力儀不適用于快速刀具伺服 車削切削力的嵌入式精密測量。
[0004] 綜上所述，為了克服這些不足之處，提高快速刀具伺服切削力測量的準(zhǔn)確性和全 面性，本實用新型提出了一種快速刀具伺服車削的三向切削力測量方法，并設(shè)計了一種具 有三向切削力測量功能的快速刀具伺服機(jī)構(gòu)，其主要構(gòu)成包括:基體、壓電疊堆、電容位移 傳感器、三個壓力傳感器、T形杠桿式刀架、金剛石車刀等，其中壓電疊堆的驅(qū)動方向沿Z向， 三個壓力傳感器的測量方向均為Y向，壓電疊堆的驅(qū)動方向和壓力傳感器的測量方向垂直， 所以，壓電疊堆的驅(qū)動力不會干擾三個壓力傳感器的切削力的測量。并將其切削力測量系 統(tǒng)做了參數(shù)優(yōu)化設(shè)計，通過對切削力測量系統(tǒng)做動力學(xué)分析，可得出了 XYZ三向切削力真值 與對應(yīng)的實測值的關(guān)系式，將所測的實測值代入關(guān)系式中，即求得出三向切削力真值。實現(xiàn) 本實用新型的方法及裝置具有切削力測量全面、準(zhǔn)確性較高、避免壓電疊堆驅(qū)動力對切削 力測量的干擾等優(yōu)點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實用新型提供一種快速刀具伺服車削的三向切削力測量裝置，以解決目前具有 切削力測量功能的快速刀具伺服裝置的不能同時測量三向切削力、所測量的切削力測量值 含有驅(qū)動力成分等問題。
[0006] 本實用新型采取的技術(shù)方案是:底座安裝在機(jī)床的溜板上，基體以底座后方的凸 起部分為定位面安裝在底座上，電容位移傳感器固定架安裝在底座上，電容位移傳感器固 定安裝在電容位移傳感器固定架上，Z向預(yù)緊塊通過Z向直板型柔性鉸鏈與基體連為一體， 移動平臺通過Z向直圓型柔性鉸鏈與基體連為一體，壓電疊堆預(yù)緊螺釘通過推動Z向預(yù)緊塊 將Z向壓電疊堆預(yù)緊在Z向預(yù)緊塊與移動平臺之間，金剛石車刀緊定螺釘將金剛石車刀安裝 在T形杠桿式刀架上，壓力傳感器一、壓力傳感器二、壓力傳感器三安裝在移動平臺和T形杠 桿式刀架之間。
[0007] 本實用新型所述T形杠桿式刀架的結(jié)構(gòu)是：T形刀座上具有定位金剛石車刀的塊 體，單向直圓型柔性鉸鏈一與單向直圓型柔性鉸鏈二垂直布置，單向直圓型柔性鉸鏈一通 過轉(zhuǎn)臺一與單向直圓型柔性鉸鏈二連為一體，T形刀座分別通過單向直圓型柔性鉸鏈一、轉(zhuǎn) 臺一、單向直圓型柔性鉸鏈二、Y向運動塊、Y向直板型柔性鉸鏈與T形杠桿式刀架底座連為 一體，轉(zhuǎn)臺二通過單向直圓型柔性鉸鏈三與T形刀座的前端連為一體，轉(zhuǎn)臺三通過單向直圓 型柔性鉸鏈四與T形刀座的前端連為一體，轉(zhuǎn)臺四通過雙向直圓型柔性鉸鏈與T形刀座的后 端連為一體，轉(zhuǎn)臺二、轉(zhuǎn)臺三與轉(zhuǎn)臺四呈等腰三角形分布，其中轉(zhuǎn)臺四位于該等腰三角形的 頂點。
[0008] 本實用新型T形杠桿式刀架底座以移動平臺前端突出部分的上表面為定位面安裝 在移動平臺上，Z向壓電疊堆通過驅(qū)動移動平臺，帶動T形杠桿式刀架、金剛石車刀及三個壓 力傳感器一起做Z向往復(fù)運動，金剛石車刀緊定螺釘貫穿金剛石車刀和T形杠桿式刀架且連 接于移動平臺上，金剛石車刀緊定螺釘一方面將金剛石車刀固定在T形杠桿式刀架上，一方 面起到預(yù)緊壓力傳感器一、壓力傳感器二、壓力傳感器三的作用，以提高三向切削力測量的 準(zhǔn)確性，轉(zhuǎn)臺二、轉(zhuǎn)臺三與轉(zhuǎn)臺四用于分別壓緊壓力傳感器一、壓力傳感器二和壓力傳感器 三，壓力傳感器一、壓力傳感器二和壓力傳感器三成等腰三角形分布，壓力傳感器一和壓力 傳感器二分別位于該等腰三角形的底邊上的兩端，壓力傳感器三位于該等腰三角形的頂 點，金剛石車刀緊定螺釘位于該等腰三角形的底邊上的中線上，金剛石車刀的刀尖距離壓 力傳感器一和壓力傳感器二的X向距離相等，且在Y向投影到等腰三角形底邊的中點。
[0009] 本實用新型的優(yōu)點及有益效果:本實用新型采用三個壓力傳感器的等腰三角形布 置形式，通過建立動力學(xué)模型，求得了 XYZ三向切削力真值與實測值的表達(dá)式，在快速刀具 伺服裝置中集成了切削力測量系統(tǒng)，真正實現(xiàn)了三向切削力的測量;三個壓力傳感器均為Y 向布置，而壓電疊堆為Z向布置，壓力傳感器的測量方向與壓電疊堆的驅(qū)動方向相互垂直， 所以切削力的測量不受壓電疊堆驅(qū)動力的影響；為以后的快速刀具伺服系統(tǒng)的基于三向切 削力的主動控制打下基礎(chǔ)。
【附圖說明】

[00?0]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0011] 圖2是本實用新型的剖視圖；
[0012] 圖3是本實用新型的俯視圖；
[0013]圖4是本實用新型的正視圖；
[0014]圖5是本實用新型的切削力測量系統(tǒng)的示意圖；
[0015]圖6是Z向切削力真值Fra作用于切削力測量系統(tǒng)時的運動部分示意圖；
[0016]圖7是Y向切削力真值Fcy作用于切削力測量系統(tǒng)時的運動部分示意圖；
[0017]圖8是X向切削力真值Frat作用于切削力測量系統(tǒng)時的運動部分示意圖；
[0018]圖9是本實用新型基體的不意圖；
[0019] 圖10是本實用新型基體的俯視圖；
[0020] 圖11是本實用新型T形杠桿式刀架示意圖；
[0021 ]圖12是本實用新型T形杠桿式刀架左視圖；
[0022]圖13是本實用新型T形杠桿式刀架正視圖；
[0023]圖14是本實用新型T形杠桿式刀架俯視圖；
[0024]圖15是本實用新型底座的示意圖；
[0025]圖16是切削力測量系統(tǒng)測量Z向切削力時的動力學(xué)模型；
[0026]圖17是切削力測量系統(tǒng)測量Y向切削力時的動力學(xué)模型的X向視圖；
[0027]圖18是切削力測量系統(tǒng)測量Y向切削力時的動力學(xué)模型的Z向視圖；
[0028]圖19是切削力測量系統(tǒng)測量X向切削力時的動力學(xué)模型。
【具體實施方式】
[0029] 采用壓力傳感器一 11、壓力傳感器二13和壓力傳感器三14在Y向等腰三角布置形 式，可在進(jìn)行Z向快速高頻加工工件的同時，能避免Z向壓電疊堆6的Z向驅(qū)動力對切削力測 量準(zhǔn)確性的干擾，從而較為準(zhǔn)確地測出X、Y、Z三向切削力。
[0030] -種快速刀具伺服車削的三向切削力測量裝置，其構(gòu)成主要包括:底座1、電容位 移傳感器固定架2、基體3、電容位移傳感器4、壓電疊堆預(yù)緊螺釘5、Ζ向壓電疊堆6、緊定螺釘 一 7、金剛石車刀緊定螺釘8、金剛石車刀9、Τ形杠桿式刀架10、壓力傳感器一 11、緊定螺釘二 12、壓力傳感器二13、壓力傳感器三14、緊定螺釘三15、緊定螺釘四16。
[0031] 底座1安裝在機(jī)床的溜板上，基體3以底座1后方的凸起部分為定位面，通過緊定螺 釘一7安裝在底座1上，電容位移傳感器固定架2通過緊定螺釘三15安裝在底座1上，電容位 移傳感器4通過緊定螺釘四16固定在電容位移傳感器固定架2上，Z向預(yù)緊塊303通過Z向直 板型柔性鉸鏈304與基體3連為一體，移動平臺302通過Z向直圓型柔性鉸鏈301與基體3連為 一體，壓電疊堆預(yù)緊螺栓5通過推動Z向預(yù)緊塊303將Z向壓電疊堆6預(yù)緊在Z向預(yù)緊塊303與 移動平臺302之間，金剛石車刀緊定螺釘8將金剛石車刀9安裝在T形杠桿式刀架10上，壓力 傳感器一 11、壓力傳感器二13、壓力傳感器三14安裝在移動平臺302和T形杠桿式刀架10之 間。
[0032] T形刀座1012上具有定位金剛石車刀9的塊體1001，單向直圓型柔性鉸鏈一 1009與 單向直圓型柔性鉸鏈二1011垂直布置，單向直圓型柔性鉸鏈一 1009通過轉(zhuǎn)臺一 1002與單向 直圓型柔性鉸鏈二1011連為一體，T形刀座1012分別通過單向直圓型柔性鉸鏈一 1009、轉(zhuǎn)臺 一 1002、單向直圓型柔性鉸鏈二1011、Y向運動塊1013、Y向直板型柔性鉸鏈1004與T形杠桿 式刀架底座1014連為一體，轉(zhuǎn)臺二1003通過單向直圓型柔性鉸鏈三1010與T形刀座1012的 前端連為一體，轉(zhuǎn)臺三1005通過單向直圓型柔性鉸鏈四1006與T形刀座1012的前端連為一 體，轉(zhuǎn)臺四1007通過雙向直圓型柔性鉸鏈1008與T形刀座1012的后端連為一體，轉(zhuǎn)臺二 1003、轉(zhuǎn)臺三1005與轉(zhuǎn)臺四1007呈等腰三角形分布，其中轉(zhuǎn)臺四1007位于該等腰三角形的 頂點。
[0033]切削力測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是:T形杠桿式刀架底座1014以移動平臺302前端突出部分 的上表面為定位面，通過緊定螺釘二12安裝在移動平臺302上，Z向壓電疊堆6通過驅(qū)動移動 平臺302，帶動T形杠桿式刀架10、金剛石車刀9及三個壓力傳感器一起做Z向往復(fù)運動，金剛 石車刀緊定螺釘8貫穿金剛石車刀9和T形杠桿式刀架10且連接于移動平臺302上，金剛石車 刀緊定螺釘8-方面將金剛石車刀9固定在T形杠桿式刀架10上，一方面起到預(yù)緊壓力傳感 器一 11、壓力傳感器二13、壓力傳感器三14的作用，以提高三向切削力測量的準(zhǔn)確性，轉(zhuǎn)臺 二1003、轉(zhuǎn)臺三1005與轉(zhuǎn)臺四1007用于分別壓緊壓力傳感器一 11、壓力傳感器二13和壓力 傳感器三14,壓力傳感器一 11、壓力傳感器二13和壓力傳感器三14成等腰三角形分布，壓力 傳感器一 11和壓力傳感器二13分別位于該等腰三角形的底邊上的兩端，壓力傳感器14位于 該等腰三角形的頂點，金剛石車刀緊定螺釘8位于該等腰三角形的底邊上的中線上;金剛石 車刀9刀尖距離壓力傳感器一 11和壓力傳感器二13的X向距離相等，且在Y向投影到等腰三 角形底邊的中點。
[0034]本實用新型的工作過程及三向切削力真值的求解：
[0035] 將所述的快速刀具伺服裝置安裝在車床的溜板上，啟動車床，給Z向壓電疊堆施加 一定的電壓信號，則快速刀具伺服裝置的金剛石車刀會沿Z向往復(fù)切削旋轉(zhuǎn)的工件，從而加 工出所要求的表面，與此同時，金剛石車刀會受到切削力的作用，可將該切削力在正交坐標(biāo) 系中分解為XYZ三向切削力，通過分析T型杠桿式刀架、預(yù)緊螺釘和三個Y向布置的壓力傳感 器組成的切削力測量系統(tǒng)，分別建立求解XYZ三向切削力真值的動力學(xué)模型，分析這三個動 力學(xué)模型，即可求得XYZ三向切削力真值關(guān)于切削力實測值的表達(dá)式：
[0036] ①金剛石車刀和T形杠桿式刀架的整體將在分力Fcz的作用下繞Tcz點振動，經(jīng)過動 力學(xué)分析，可求得Z向切削力測量值與Z向切削力真值F cz的關(guān)系，其中Z向切削力測量值由壓 力傳感器三給出。
[0037] ②金剛石車刀和T形杠桿式刀架的整體將在分力Fct的作用下繞Tcy點振動，經(jīng)過動 力學(xué)分析，可求得Y向切削力測量值與Y向切削力真值F ct的關(guān)系，其中Y向切削力測量值由壓 力傳感器一和壓力傳感器二給出。
[0038] ③金剛石車刀和T形杠桿式刀架的整體將在分力Fcx的作用下繞Tcx點振動，經(jīng)過動 力學(xué)分析，采用差動算法，可求得X向切削力測量值與X向切削力真值F cx的關(guān)系，其中X向切 削力測量值由壓力傳感器一和壓力傳感器二給出。
[0039] -種快速刀具伺服車削的三向切削力測量方法，其實施步驟如下：
[0040] (1)將壓力傳感器一 11、壓力傳感器二13和壓力傳感器三14沿Y向立著安裝在快速 刀具伺服機(jī)構(gòu)的微動平臺302上，其中壓力傳感器一 11和壓力傳感器二13安裝在前端，壓力 傳感器三14安裝在微動平臺302的內(nèi)部，壓力傳感器一 11、壓力傳感器二13和壓力傳感器三 14成等腰三角形分布，壓力傳感器一 11和壓力傳感器二13位于該等腰三角形的底邊上，壓 力傳感器三14位于頂點；
[0041] (2)用T形杠桿式刀架10壓緊壓力傳感器一 11、壓力傳感器二13和壓力傳感器三 14,金剛石車刀9安裝在T形杠桿式刀架10上，并與T形杠桿式刀架10緊密結(jié)合在一起。壓力 傳感器一 11、壓力傳感器13、壓力傳感器三14、T形杠桿式刀架10、金剛石車刀9和微動平臺 302共同組成快速刀具伺服機(jī)構(gòu)的切削力測量系統(tǒng)；
[0042] (3)將具有切削力測量系統(tǒng)的快速刀具伺服裝置安裝在車床的溜板上，車床主軸 帶動工件作旋轉(zhuǎn)運動，快速刀具伺服裝置驅(qū)動金剛石車刀9對工件進(jìn)行往復(fù)切削，從而在金 剛石車刀9上產(chǎn)生切削力F c，其分力為Z向切削力真值Fcz、Y向切削力真值Fcy、Χ向切削力真值 Fcx ；
[0043] (4)金剛石車刀9和T形杠桿式刀架10的整體將在分力Fcz的作用下繞T cz點振動，經(jīng) 過動力學(xué)分析，可求得Z向切削力測量值與Z向切削力真值Fcz的關(guān)系，其中Z向切削力測量值 由壓力傳感器三14給出；
[0044] (5)金剛石車刀9和T形杠桿式刀架10的整體將在分力Fct的作用下繞T ct點振動，經(jīng) 過動力學(xué)分析，可求得Y向切削力測量值與Y向切削力真值Fct的關(guān)系，其中Y向切削力測量值 由壓力傳感器一11和壓力傳感器二13給出；
[0045] (6)金剛石車刀9和T形杠桿式刀架10的整體將在分力Fcx的作用下繞T cx點振動，經(jīng) 過動力學(xué)分析，采用差動算法，可求得X向切削力測量值與X向切削力真值Fcx的關(guān)系，其中X 向切削力測量值由壓力傳感器一 11和壓力傳感器二13給出。
[0046]測量Z向切削力真值的動力學(xué)模型：
[0047] 圖16為測量Z向切削力真值的動力學(xué)模型，設(shè):FczSz向切削力真值，F(xiàn)ctSy向切削 力真值，F(xiàn)s 3為壓力傳感器三14的測量值，F(xiàn)Az向壓電疊堆6的驅(qū)動力，M1為金剛石車刀9與T 形杠桿式刀架10的整體在Fcz的作用下的運動質(zhì)量，MS為壓力傳感器的運動質(zhì)量，Zsz(t)是壓 力傳感器三14在F cz作用下的壓縮量，&是金剛石車刀緊定螺釘8的螺栓連接阻尼，Cs是壓力 傳感器的阻尼，F(xiàn) pre和F'pre是金剛石車刀緊定螺釘8的預(yù)緊力，1^為金剛石車刀緊定螺釘8的 螺栓連接剛度，k B為柔性轉(zhuǎn)臺的扭轉(zhuǎn)剛度，ks為壓力傳感器的剛度，1^點為金剛石車刀9與T 形杠桿式刀架10的整體在Fcz的作用下的扭轉(zhuǎn)點，位于單向直圓型柔性鉸鏈一 1009、單向直 圓型柔性鉸鏈三1010和單向直圓型柔性鉸鏈四1006的扭轉(zhuǎn)處，Tcy點為金剛石車刀9與T形杠 桿式刀架10的整體在F cy的作用下的扭轉(zhuǎn)點，位于雙向直圓型柔性鉸鏈1008的扭轉(zhuǎn)處，Oz點 為金剛石車刀9與T形杠桿式刀架10的整體在?。 2的作用下的運動部分的質(zhì)心，1^為02點到1^ 點的Z向距離，Lb為0 2點到1^點的Z向距離，Lc為金剛石車刀9的刀尖到Tcy點或Tcz點的Y向距 離。如圖6所示，當(dāng)切削力測量系統(tǒng)受到Z向切削力真值的作用時，金剛石車刀9與T形杠桿式 刀架10的整體會繞T cz點擺動。因為金剛石車刀緊定螺釘8距離Tcy點和Tcz點的距離相等，所 以壓力傳感器三14所受的預(yù)緊力為l/2F' pre。則測量Z向切削力所需的動力學(xué)方程為：
[0048]
、.1 )
[0050] (Ia)
[0049] 其中:M'z為阻尼力扭矩，1!'為慣性力扭矩。
[0051 ] (Ib)
[0052]壓力傳感器三14的測量值Fs3為：
[0053]
(2)
[0054] 由于壓電驅(qū)動的微動平臺302是欠阻尼的，所以CjPCs可以忽略。則Fcz與壓力傳感 器三14的測量值F s3的關(guān)系為：
[0055] (.3)
[0056]
[0057] (3a)
[0058] 測量Y向切削力真值的動力學(xué)模型：
[0059]當(dāng)切削力測量系統(tǒng)受到Y(jié)向切削力真值的作用時，金剛石車刀9、T形刀座1012及Y 向運動塊1013組成的整體會在Y向直板型柔性鉸鏈1004的引導(dǎo)下繞Tcy點擺動，如圖7所示。 圖17為測量Y向切削力的動力學(xué)模型的X向左視圖，圖18為測量Y向切削力的動力學(xué)模型的Z 向正視圖，設(shè):Fcy為Y向切削力真值，F(xiàn)sy為壓力傳感器一 11或壓力傳感器二13對應(yīng)于Y向切 肖IJ力的測量值，F(xiàn)sl為壓力傳感器一 11的總測量值，F(xiàn)s2為壓力傳感器二13的總測量值，M2為金 剛石車刀9與T形杠桿式刀架10的整體在作用下的運動質(zhì)量，M s為壓力傳感器一 11或二 13的運動質(zhì)量，Oy為金剛石車刀9與T形杠桿式刀架10的整體在Fct的作用下的運動部分的質(zhì) 心，Ld為O y點到Tcy點的Z向距離，Le為OjJljTcz點的Z向距離，1?是￥向直板型柔性鉸鏈1004的 剛度，&是￥向直板型柔性鉸鏈1004的阻尼。O y距壓力傳感器一 11中心線的Z向距離與距壓力 傳感器二13中心線的Z向距離相等，均為Lf，且整個切削力測量系統(tǒng)是對稱的，所以壓力傳 感器一 11與壓力傳感器二13的壓縮量在Fcy的作用下相同，均為Zsy(t)。
[0060] 測量Y向切削力需要的動力學(xué)方程為：
[0061]
[0062]
[0063]
[0064]
[0065] 壓力傳感器一11或壓力傳感器二13的測量值Fsy為：
[0066:
[0067:
[0068:
[0069：
[0070:
[0071]測量X向切削力真值的動力學(xué)模型：
[0072] X向的切削力真值采用差動算法來測得，測量X向切削力的動力學(xué)模型的Z向視圖 如圖19所示，設(shè):Fcx為X向切削力真值，且方向向左，則壓力傳感器二13受拉，壓力傳感器一 11受壓，且變形量相同，F(xiàn) sx為壓力傳感器一 11或壓力傳感器二13對應(yīng)于X向切削力的測量 值，M3為金剛石車刀9與T形杠桿式刀架10的整體在F cx的作用下的運動質(zhì)量，Tcx為金剛石車 刀9與T形杠桿式刀架10的整體在Fcx的作用下的扭轉(zhuǎn)點，位于單向直圓型柔性鉸鏈二1011的 扭轉(zhuǎn)處，O x為金剛石車刀9與T形杠桿式刀架10的整體在Fcx的作用下的運動部分的質(zhì)心，Lg 為金剛石車刀9的刀尖到Tcx點的Y向距離，U為Ox到Tcx點的Y向距離，Z sx(t)是壓力傳感器一 11或二13在Fcx的作用下的變形量，Zsl(t)和Z s2(t)分別是壓力傳感器一 11和二13在Fcx和Fcy 的合力下的總變形量，壓力傳感器一 11和二13所受的預(yù)緊力均為nF'pre，n為一個系數(shù)。如圖 8所示，當(dāng)切削力測量系統(tǒng)受到X向切削力真值的作用時，金剛石車刀9和T形刀座1012組成 的整體會繞!》點擺動。
[0073] X向切削力測量的動力學(xué)模型為：
[0074]
[0075]
[0076]
[0077]
[0078] 壓力傳感器一 11或壓力傳感器二13對應(yīng)于X向切削力的測量值Fsx為：
[0079]
(8)
[0080] 同理，忽略阻尼，則Fcx的表達(dá)式為：
[0081]
[0082]
[0083]
[0084]
【主權(quán)項】
1. 一種快速刀具伺服車削的三向切削力測量裝置，其特征在于:底座安裝在機(jī)床的溜 板上，基體以底座后方的凸起部分為定位面安裝在底座上，電容位移傳感器固定架安裝在 底座上，電容位移傳感器固定安裝在電容位移傳感器固定架上，Z向預(yù)緊塊通過Z向直板型 柔性鉸鏈與基體連為一體，移動平臺通過Z向直圓型柔性鉸鏈與基體連為一體，壓電疊堆預(yù) 緊螺釘通過推動Z向預(yù)緊塊將Z向壓電疊堆預(yù)緊在Z向預(yù)緊塊與移動平臺之間，金剛石車刀 緊定螺釘將金剛石車刀安裝在T形杠桿式刀架上，壓力傳感器一、壓力傳感器二、壓力傳感 器三安裝在移動平臺和T形杠桿式刀架之間。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速刀具伺服車削的三向切削力測量裝置，其特征在于， T形杠桿式刀架的結(jié)構(gòu)是:T形刀座上具有定位金剛石車刀的塊體，單向直圓型柔性鉸鏈一 與單向直圓型柔性鉸鏈二垂直布置，單向直圓型柔性鉸鏈一通過轉(zhuǎn)臺一與單向直圓型柔性 鉸鏈二連為一體，T形刀座分別通過單向直圓型柔性鉸鏈一、轉(zhuǎn)臺一、單向直圓型柔性鉸鏈 二、Y向運動塊、Y向直板型柔性鉸鏈與T形杠桿式刀架底座連為一體，轉(zhuǎn)臺二通過單向直圓 型柔性鉸鏈三與T形刀座的前端連為一體，轉(zhuǎn)臺三通過單向直圓型柔性鉸鏈四與T形刀座的 前端連為一體，轉(zhuǎn)臺四通過雙向直圓型柔性鉸鏈與T形刀座的后端連為一體，轉(zhuǎn)臺二、轉(zhuǎn)臺 三與轉(zhuǎn)臺四呈等腰三角形分布，其中轉(zhuǎn)臺四位于該等腰三角形的頂點。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速刀具伺服車削的三向切削力測量裝置，其特征在于： T形杠桿式刀架底座以移動平臺前端突出部分的上表面為定位面安裝在移動平臺上，Z向壓 電疊堆通過驅(qū)動移動平臺，帶動T形杠桿式刀架、金剛石車刀及三個壓力傳感器一起做Z向 往復(fù)運動，金剛石車刀緊定螺釘貫穿金剛石車刀和T形杠桿式刀架且連接于移動平臺上，金 剛石車刀緊定螺釘一方面將金剛石車刀固定在T形杠桿式刀架上，一方面起到預(yù)緊壓力傳 感器一、壓力傳感器二、壓力傳感器三的作用，以提高三向切削力測量的準(zhǔn)確性，轉(zhuǎn)臺二、轉(zhuǎn) 臺三與轉(zhuǎn)臺四用于分別壓緊壓力傳感器一、壓力傳感器二和壓力傳感器三，壓力傳感器一、 壓力傳感器二和壓力傳感器三成等腰三角形分布，壓力傳感器一和壓力傳感器二分別位于 該等腰三角形的底邊上的兩端，壓力傳感器三位于該等腰三角形的頂點，金剛石車刀緊定 螺釘位于該等腰三角形的底邊上的中線上，金剛石車刀的刀尖距離壓力傳感器一和壓力傳 感器二的X向距離相等，且在Y向投影到等腰三角形底邊的中點。
【專利摘要】本實用新型公開了一種快速刀具伺服車削的三向切削力測量裝置，屬于超精密切削、切削力測量和光學(xué)零件切削加工等技術(shù)領(lǐng)域，適用于快速刀具伺服車削的三向切削力的測量。金剛石車刀、T形杠桿式刀架、三個壓力傳感器和預(yù)緊螺釘組成三向切削力測量系統(tǒng)，三向切削力測量系統(tǒng)集成在快速刀具伺服裝置的Z向微動平臺上，在壓電疊堆推動微動Z向往復(fù)進(jìn)給時，三向切削力測量系統(tǒng)可測出XYZ三向切削力，壓電疊堆的驅(qū)動力不會干擾切削力的測量。本實用新型具有切削力測量全面、準(zhǔn)確性較高、可避免壓電疊堆驅(qū)動力對切削力測量的干擾等優(yōu)點。
【IPC分類】B23Q17/09
【公開號】CN205386750
【申請?zhí)枴緾N201620158964
【發(fā)明人】周曉勤, 侯強(qiáng)
【申請人】吉林大學(xué)
【公開日】2016年7月20日
【申請日】2016年3月2日