本文關鍵詞：刀柄式壓電切削測力儀研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《大連理工大學》 2014年

刀柄式壓電切削測力儀研究

尚永艷  

【摘要】：切削加工作為機械制造領域的一種主要加工方式,其技術水平直接影響著國家的工業(yè)化進程,以刀具旋轉為主運動的加工方式(如銑削、鉆削及鏜削等)在切削加工領域扮演著重要角色,提高該類加工方式的加工過程智能監(jiān)控技術是促進機械制造業(yè)發(fā)展的重要途徑。切削力是反映加工過程的重要狀態(tài)參數,切削力的實時準確監(jiān)測對于提高機械制造水平有著重要意義。對于以刀具旋轉為主運動的切削加工過程中的切削力監(jiān)測,現有的旋轉式壓電測力儀采用多組YO°切型石英晶片呈圓周形均勻排列的方式來測量扭矩,導致測力儀結構復雜、尺寸較大、工藝要求高且成本很高。針對這些不足,研究了一套僅用一組X0°切型和一組Y0°切型石英晶片即可測量軸向力、徑向力和扭矩三維力的刀柄式壓電切削測力儀,該測力儀具有結構簡單緊湊、易于加工裝配以及成本低等優(yōu)點。 通過分析壓電石英晶片的力—電轉換規(guī)律設計了合理的測力晶組結構。首先確定了以刀具旋轉為主運動的切削加工過程中刀具所受切削力主要可分解為軸向力、徑向力和扭矩。在分析了任意切型的石英晶片表面受力時的應力分布以及面電荷密度分布的前提下,針對常用的X0°切型和Y0°切型石英晶片,采用理論計算和ANSYS壓電分析的方法,分別進行了力—電轉換關系分析,得到了合適的晶片切型與電極組合,僅用一組X0°切型和一組Y0°切型石英晶片即可測量三維切削力。 進行了測力儀的結構設計。針對測力儀隨主軸旋轉時信號的傳輸,提出了兩種方式：非接觸式—靜電感應和機械接觸式—軸承,并分別進行了分析和實驗驗證。經比較,最終確定以軸承為信號傳輸媒介。在此基礎上設計了測力儀的整體結構,該結構連接方便,有效保護測力晶組并且力的傳遞準確可靠。使用ANSYS Workbench進行模態(tài)分析得到了測力儀的一階固有頻率,接著計算了測力儀的測力范圍,均滿足普通的切削力測量要求。又對測力儀進行了靜力結構分析,結果表明測力儀在量程內的最大載荷作用下的最大應力值在材料的許用范圍內。設計完成后,進行了測力儀的加工裝配。 本文對刀柄式壓電切削測力儀進行了全面的性能檢定。靜態(tài)標定結果為：測力儀各向的線性度和重復性良好,向間干擾補償后均滿足要求。動態(tài)標定結果為：測力儀的各向一階固有頻率較高且激振實驗顯示動態(tài)響應良好。最后,將測力儀安裝在銑床上進行了實際切削力測量以及對比實驗。檢定結果表明了該測力儀測力原理的正確性,為回轉式測力提供了新的途徑。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TH823;TG501
【目錄】：

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本文編號：191174