組合式高精度三軸力傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種精密微細加工過程中使用的組合式高精度三軸力傳感器，屬于機械設計及傳感測量技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著現(xiàn)代軍事系統(tǒng)向小型化、高精度方向發(fā)展，對慣導系統(tǒng)及其結構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、抗過載能力、隱身性、機動性、集成度，同時有利于減少系統(tǒng)的體積和重量。經(jīng)過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，進入微細結構件的精密加工行列，且遠遠超出了傳統(tǒng)加工方法力所能及的加工范圍。在超精密加工過程中，對加工過程中工件所受三個方向切削力的高精度測量是實現(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看，主要有以下兩種:
[0003](I)多個單軸力傳感器構成的三軸力測量裝置:應用三個單軸力傳感器輔以相應的安裝結構，將三個單軸力傳感器的測量方向分別按正交坐標系的三個坐標軸方向進行布置，連接成為一個整體，每一個單軸力傳感器實現(xiàn)一個方向的力的測量，進而實現(xiàn)三個方向力的測量。
[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耳環(huán)的穩(wěn)定性較好的整體式八角環(huán)結構，四個耳環(huán)分別布置于方形三軸力傳感器的四個角，通過設計和實驗調(diào)整四個耳環(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量要求，實現(xiàn)三個方向力的測量。
[0005]上述兩種三軸力傳感器主要應用于常規(guī)切削加工過程中三個方向力的測量等實驗研宄，雖然具有結構簡單，量程范圍廣，容易實現(xiàn)實時檢測等優(yōu)點。但是這兩種三軸力傳感器的缺點是:第一種三軸力傳感器需要設計和安裝三個單軸力傳感器的安裝結構，安裝過程復雜，使用不方便，由于安裝結構的影響，三個單軸力傳感器的測量結果會相互影響，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構，安裝方便，但是其自身的外形結構比較復雜，加工困難，且其各個方向的測量模塊不相互獨立，在測量過程中各個方向的測量結果會有較大的耦合誤差。在精密加工過程中，為了準確、全面的進行切削力測量，亟需設計一種外形結構簡單，安裝使用方便，且能同時對三個方向力進行高精度測量的三軸力傳感器。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]有鑒于此，本實用新型提供了一種組合式高精度三軸力傳感器，能夠以簡單的結構實現(xiàn)同時對微細結構件精密加工過程中工件所受X、Y、Z三個方向研磨力的高精度測量。
[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、電阻應變片、安裝基座、待測零件和外圍的測量電路。
[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構的三維零件，前四根矩形塊順序形成一個未封閉的口字形，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)形成懸臂梁結構，第五根矩形塊的末端位于口字型結構的中心，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構；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連接塊和連接梁組成，連接梁同時垂直于兩個連接塊，連接梁上加工有雙橫梁結構，其中一個連接塊的上表面加工有安裝孔，另一個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]其整體連接關系為:所述安裝模塊的一個連接塊與受力模塊的第一根矩形塊固定連接，通過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的表面之間存在間隙，所述待測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構的中心位于同一直線上；上述部件構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安裝模塊的另一個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；所述電阻應變片布置于三軸力傳感器雙橫梁結構的內(nèi)部，將三軸力傳感器受力產(chǎn)生的形變轉換為電信號，實現(xiàn)X、Y、Z三個方向力的測量。
[0011]進一步的，所述受力模塊的第二根和第三根矩形塊的交匯處設有分別貫通雙橫梁結構的空腔的受力走線孔，所述安裝塊上設有安裝走線孔；三個雙橫梁結構各自的四個電阻應變片以全橋的方式進行組橋，線纜通過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量電路連接。
[0012]進一步的，所述的電阻應變片為尚精度鉬式應變片。
[0013]工作原理:所述的X軸模塊、Y軸模塊和Z軸模塊為三個相同的雙橫梁結構，通過結構設計、力學計算、仿真分析分別對三個對所述雙橫梁結構進行優(yōu)化使其滿足高精度的測量要求，然后在三個雙橫梁結構內(nèi)壁接近四個圓形倒角的地方貼上高精度電阻應變片，將三個雙橫梁結構各自的四個電阻應變片以全橋的方式進行組橋，并連接至外圍測量電路即可實現(xiàn)X、Y、Z三個方向力的測量；所述受力模塊的受力平面與待測零件的平面重合安裝，并通過所述受力模塊的螺紋孔將三軸力傳感器與待測零件緊密的連接在一起，使得待測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、本實用新型采用兩個簡單零件組合安裝為一個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零件制造，加工難度大，成本高的困難，又避免了采用多個單軸力傳感器拼湊三軸力測量裝置的復雜過程，整體結構簡單易行、加工速度快捷、安裝使用方便，
[0016]2、本實用新型能夠實現(xiàn)同時對三個方向的力進行直接測量，待測力未經(jīng)任何削減的傳遞到三軸力傳感器的三個測量模塊，且三個測量模塊單獨的對自己方向上的力信號進行測量，互不影響，具有測量精度高、測量范圍廣等特點，能夠滿足精密微細結構件加工過程中三個方向力的測量要求，具有很強的適用性，為微細結構件的高質(zhì)量精密加工提供了技術保障。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型的整體結構示意圖；
[0018]圖2為本實用新型受力模塊示意圖；
[0019]圖3為本實用新型安裝模塊示意圖。
[0020]其中，1-受力模塊、2-電阻應變片、3-待測零件、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。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖并舉實施例，對本實用新型進行詳細描述。
[0022]如附圖1所示，本實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、電阻應變片2、安裝基座4、待測零件3和外圍的測量電路。
[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構的三維零件，前四根矩形塊順序形成一個未封閉的口字形，第五根矩形塊垂直于第四根矩