【摘要】：傳統(tǒng)的應(yīng)變式測力儀已經(jīng)無法滿足機械加工中對加工精度日益增長的需求,同時薄膜技術(shù)的發(fā)展又為微傳感器的制備提供了條件,因而,薄膜傳感器成為當前各個領(lǐng)域競相研究的對象。將薄膜傳感器用于測量切削力的研究對提高切削加工的精度、效率以及有效地監(jiān)控加工過程有著重要的意義。本文主要以薄膜傳感器的測力原理、刀具系統(tǒng)設(shè)計及有限元分析、薄膜傳感器制備等為研究對象,主要工作如下。闡述了傳感器的測力原理,并將傳感器單元從組成、選材到電阻柵結(jié)構(gòu)一一進行了設(shè)計研究。比較了兩種電阻柵結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點,并分析了橫向效應(yīng)對電阻柵阻值的影響。基于提高薄膜微傳感器輸出特性及協(xié)調(diào)刀具強度剛性的方法,研究了幾種嵌入薄膜微傳感器的切削力測量車刀系統(tǒng)。設(shè)計了一種由車刀和布置有測力傳感器的基底通過螺釘連接的測力刀具結(jié)構(gòu),建立了刀桿截面形狀的圖譜,并推導了截面形狀與輸出特性之間的函數(shù)關(guān)系。還設(shè)計了幾種車削刀具結(jié)構(gòu),在提高靈敏度的同時,還分別實現(xiàn)了雙向力、三向力的測量。使用ABAQUS有限元軟件,分析了幾種刀具結(jié)構(gòu)的應(yīng)力,驗證了結(jié)構(gòu)的可靠性和優(yōu)越性。分析了當彈性薄片的厚度由大到小依次遞減時,刀具結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變化情況,并得出了彈性結(jié)構(gòu)的厚度對傳感器輸出特性的影響規(guī)律。設(shè)計了曲面響應(yīng)法試驗方案,對影響薄膜濺射速率的因素進行試驗研究,探討了Ni80Cr20薄膜制備的工藝參數(shù)。利用Minitab分析軟件對試驗數(shù)據(jù)進行回歸擬合,并對曲面圖和曲線圖進行分析對比,得出各因素的最佳參數(shù)范圍。
【圖文】：

如圖 1.1 所示，以當前機械工業(yè)的發(fā)展趨勢，傳感器技術(shù)想要跟得上發(fā)展的腳步，應(yīng)該從以下途徑和方向繼續(xù)創(chuàng)新和改進。圖1.1 傳感器技術(shù)的發(fā)展途徑和發(fā)展趨勢薄膜微傳感器的出現(xiàn)主要得益于材料技術(shù)和薄膜技術(shù)的快速發(fā)展，距離濺射技術(shù)首次出現(xiàn)已經(jīng)過去了六十幾年了，在這期間，薄膜技術(shù)的發(fā)展進程如下圖 1.2 所示[25-28]。在現(xiàn)階段，也就是第三階段，主要攻克的技術(shù)難題是如何精準地控制薄膜沉積的過程和怎樣制備出均勻性良好及厚度可控的薄膜，而薄膜技術(shù)只是確保薄膜性能優(yōu)良的其

圖 1.2 薄膜技術(shù)的發(fā)展進程料可以是金屬、合金或者半導體材料，但三者中合金的性能和獲優(yōu)勢，，目前使用的合金多半是康銅、鎳鉻[29-31]。使用合金材料制穩(wěn)定性好，能夠保證測量的準確性，同時耐高溫、耐腐蝕，可以境。近年來，經(jīng)過對薄膜材料和技術(shù)的不斷嘗試和改進，成果近年來的最新研究。en 和 C.C. Yu 等將 Pd，Au 和 Cu 等材料用到制備壓電薄膜傳感驗研究分析，發(fā)現(xiàn)這幾種金屬作為壓電材料測力時，其薄膜的電相關(guān)，應(yīng)變系數(shù)與材料的表面電阻率也相關(guān)，且薄膜厚度不能。Gaviraj S Nadvi 和 Donald P Butler 使用一種中間物質(zhì)作為媒介接的方式與基底連接，對薄膜施加載荷使其發(fā)生彎曲，導致電橋是一種直接測力的壓電傳感器。Ali Basti 等人研制了一種溫度削速度高達到 16m/s 時，A6061-T6 型鋁合金的車削溫度[32]。
【學位授予單位】：中北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG71;TP212

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本文編號：2596242