【摘要】：在切削加工過(guò)程中,刀具磨損和斷裂等加工狀況的發(fā)生會(huì)導(dǎo)致工件加工精度降低或加工過(guò)程中斷,影響產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率,所以需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)刀具的機(jī)械性能以判斷其工作狀態(tài),防止刀具的損壞,延長(zhǎng)刀具壽命。切削力是加工過(guò)程中產(chǎn)生的最直接的變量,其對(duì)加工狀態(tài)的改變最為敏感,它的準(zhǔn)確可靠測(cè)量是了解和評(píng)估加工過(guò)程狀態(tài)和性能的重要手段,也是判斷刀具狀態(tài)的重要保證。通過(guò)查閱大量與切削力測(cè)量相關(guān)的文獻(xiàn),本文提出了以八角環(huán)作為轉(zhuǎn)換彈性體、以光纖光柵作為傳感元件的銑削力測(cè)力儀,分析了八角環(huán)應(yīng)變傳遞規(guī)律以及測(cè)力儀銑削力感知原理,根據(jù)材料力學(xué)知識(shí)確定了八角環(huán)的尺寸和材料參數(shù)。對(duì)測(cè)力儀整體的剛度特性進(jìn)行了理論分析,得到了測(cè)力儀各個(gè)方向的理論剛度值,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得了測(cè)力儀的實(shí)際剛度值。對(duì)測(cè)力儀的固有頻率進(jìn)行了仿真分析和實(shí)驗(yàn)研究,得到了測(cè)力儀在三個(gè)方向的實(shí)際固有頻率值和測(cè)力儀的工作頻帶。對(duì)測(cè)力儀的靜態(tài)性能指標(biāo)如靈敏度、線性度、重復(fù)性等進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,得到了測(cè)力儀的各項(xiàng)靜態(tài)性能指標(biāo)。針對(duì)測(cè)力儀在測(cè)量多維銑削力時(shí)各方向載荷相互影響的問(wèn)題,分析了測(cè)力儀整體的多維力耦合特性,得到了解耦之后的銑削力計(jì)算公式,然后對(duì)單個(gè)八角環(huán)轉(zhuǎn)換彈性體及測(cè)力儀整體的耦合特性進(jìn)行了仿真分析,證明了理論分析的正確性,最后通過(guò)耦合實(shí)驗(yàn),對(duì)比解耦前后切削力的測(cè)量誤差,證明了該解耦方法可以大大提高測(cè)量精度。此外,針對(duì)切削加工過(guò)程中產(chǎn)生的溫度變化影響切削力測(cè)量精度的問(wèn)題,分析了光纖光柵傳感器的光-熱耦合特性及八角環(huán)復(fù)合傳感結(jié)構(gòu)的力-熱耦合特性,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到了光纖光柵及八角環(huán)復(fù)合傳感結(jié)構(gòu)的實(shí)際溫度特性曲線,進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)測(cè)力儀在切削力測(cè)量過(guò)程中的溫度補(bǔ)償,大大提高切削力測(cè)量的精度。
【圖文】：

武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文力的大小。機(jī)床在切削加工過(guò)程中，其主軸或刀具形而產(chǎn)生微小的偏移，通過(guò)研究該偏移量與切削力到切削力的大小。德國(guó)斯圖加特大學(xué)的 Andreas[7]的的位移量來(lái)測(cè)量切削力大小的方法。原理是通過(guò)加工過(guò)程中傳感頭與旋轉(zhuǎn)軸之間的位移變化值，然值與切削力的關(guān)系，如圖 1-1 所示。Kim[8]利用電過(guò)程，其原理是在機(jī)床主軸附近安裝電容位移傳感偏移時(shí)會(huì)引起電容的變化，從而間接得到切削力的

量即可得到其所受外力的大小。壓電式切削測(cè)力儀擁有很高的靈敏度、度誤差和重復(fù)性誤差小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,更重要的是其靜剛度和固有頻率很高,往壓電測(cè)力儀擁有很好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性,能夠很好的應(yīng)用于動(dòng)態(tài)切削力。切削力測(cè)力儀通常由轉(zhuǎn)換彈性體、應(yīng)變傳感器和相應(yīng)的測(cè)量電路組成力儀直接安裝在機(jī)床工作臺(tái)、刀柄或主軸上進(jìn)行切削力測(cè)量。由于轉(zhuǎn)換的不同，應(yīng)變式測(cè)力儀也多種多樣，常用的轉(zhuǎn)換彈性體有八角環(huán)、刀柄梁結(jié)構(gòu)。土耳其 Suleyman Yald z[9-10]設(shè)計(jì)出一種以八角環(huán)為轉(zhuǎn)換彈性體的車削統(tǒng)（圖 1-2）。在加工過(guò)程中，測(cè)力儀受到各個(gè)方向的切削力作用使八角形變，通過(guò)粘貼在八角環(huán)表面的電阻應(yīng)變片進(jìn)行測(cè)量。通過(guò)八角環(huán)上不點(diǎn)處的傳感器對(duì)不同方向的切削力和扭矩進(jìn)行測(cè)量。該車削力測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量 5000N 的切削力，靈敏度為±5N， 各個(gè)方向的切削力大小與輸出電關(guān)系呈現(xiàn)很好的線性，不同方向切削力測(cè)量時(shí)的相互干擾在0.6 1.7%范圍過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量，，該測(cè)力儀擁有較高的固有頻率，可以滿足剛度需要和動(dòng)態(tài)測(cè)量的需要。這也表明該種彈性體布置及固定方式具有較好的性能。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TH74

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本文編號(hào)：2645048