本文關(guān)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(xué)》 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(lǐng)域的一種主要加工方式,其技術(shù)水平直接影響著國家的工業(yè)化進程,以刀具旋轉(zhuǎn)為主運動的加工方式(如銑削、鉆削及鏜削等)在切削加工領(lǐng)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(shù)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(shù),切削力的實時準(zhǔn)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(zhuǎn)為主運動的切削加工過程中的切削力監(jiān)測,現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)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(dǎo)致測力儀結(jié)構(gòu)復(fù)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)換規(guī)律設(shè)計了合理的測力晶組結(jié)構(gòu)。首先確定了以刀具旋轉(zhuǎn)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(yīng)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(zhuǎn)換關(guān)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(jié)構(gòu)設(shè)計。針對測力儀隨主軸旋轉(zhuǎn)時信號的傳輸,提出了兩種方式：非接觸式—靜電感應(yīng)和機械接觸式—軸承,并分別進行了分析和實驗驗證。經(jīng)比較,最終確定以軸承為信號傳輸媒介。在此基礎(chǔ)上設(shè)計了測力儀的整體結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)連接方便,有效保護測力晶組并且力的傳遞準(zhǔn)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(jié)構(gòu)分析,結(jié)果表明測力儀在量程內(nèi)的最大載荷作用下的最大應(yīng)力值在材料的許用范圍內(nèi)。設(shè)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(biāo)定結(jié)果為：測力儀各向的線性度和重復(fù)性良好,向間干擾補償后均滿足要求。動態(tài)標(biāo)定結(jié)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(yīng)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(jié)果表明了該測力儀測力原理的正確性,為回轉(zhuǎn)式測力提供了新的途徑。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TH823;TG501
【目錄】：

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本文編號：191174