高速微切削测力平台的设计与试验研究

发布时间：2017-03-23 04:07

  本文关键词：高速微切削测力平台的设计与试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：高速微切削技术随着时代的潮流崛起,被广泛的投入现代工业生产中,高速微切削力的测量准确性为是后续研究高速微切削技术的基础,设计出新型结构测力平台满足高速微切削条件下测力极其重要。一般对测力平台设计凭借经验和没有试验验证其结构是否达到设计目标,本文通过采用多目标结构优化设计方法,致力于设计出的测力平台,设计域内应力集中,自身固有频率高,向间干扰小,可以进行切削测力测量。本文主要研究内容和成果如下:(1)高速微切削测力平台总体方案的设计及采用设计方法的确定。通过高速微切削下切削力和振动频率的测量,确定测力平台在高速微切削环境下达到的设计目标。研究结构优化方法,选取其中拓扑优化和尺寸优化方法对测力平台核心部分弹性体进行优化设计,确定一套测力平台设计及验证方案。(2)通过对不同形状等边壳体进行固有频率理论计算和有限元计算对比,验证对比得出其圆环壳体的固有频率最优,确定测力平台弹性体初始形状。然后进行多目标拓扑优化和尺寸优化得到新型弹性体结构。新型结构弹性体最后进行有限元结构分析验证确定设计出弹性体结构贴片位置应力集中,向间干扰计算得出满足干扰率小于10%设计目标。最终优化后弹性体添加上、下平台确定测力平台形状结构。(3)采用锤击法对制作好的测力平台进行模态分析试验,测量得到其模态的固有频率值大于3000Hz,然后与进行数学模型模态有限元分析得出结果对比,验证试验的准确性。(4)进行静态标定计算出所受载荷与输出电压的关系,发现新型测力平台具有良好的线性度,验证测力平台具有良好的线性,通过数据计算出向间干扰,其干扰率小于10%,说明其测力平台具有解耦功能。最后通过测力平台与其它硬件和采集软件组成完整切削力采集系统在高速微切削环境下进行切削力的测量,测量结果曲线光滑、连续,验证了设计出的测力平台满足高速微切削环境,达到其预期的设计目标。
【关键词】：高速微切削 测力平台 结构优化 固有频率 应力/应变
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG506.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第1章 绪论14-22
• 1.1 课题研究背景及意义14-15
• 1.2 课题内容相关的国内外的研究现状15-20
• 1.2.1 高速微切削的概述15-16
• 1.2.2 测力平台的分类及国内外研究现状16-18
• 1.2.3 应变式测力平台弹性体的研究现状及相应问题18-19
• 1.2.4 结构优化的国内外研究现状19-20
• 1.3 论文主要研究内容20-22
• 第2章 高速微切削测力平台的设计研究22-31
• 2.1 高速微切削应变式测力平台的介绍22-23
• 2.1.1 应变式测力平台工作原理22
• 2.1.2 应变式测力平台的弹性体22-23
• 2.2 高速微切削测试验及测力平台的设计原则23-27
• 2.2.1 高速微切削下切削力的测量24-25
• 2.2.2 高速微切削振动频率的测量25-26
• 2.2.3 高速微切削测力平台结构设计目标26-27
• 2.3 高速微切削测力平台设计的总体方案27-30
• 2.3.1 高速微切削测力平台设计方法确定27-30
• 2.3.2 高速微切削测力平台的设计方案框图30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 高速微切削测力平台的结构设计31-61
• 3.1 高速微切削测力平台弹性体初始形状确定31-41
• 3.1.1 多边形弹性体的固有频率理论值计算31-35
• 3.1.2 多边形弹性体的固有频率有限元分析计算35-40
• 3.1.3 理论计算值与有限元分析值的对比分析40-41
• 3.2 高速微切削测力平台弹性体初始三维模型建立41-42
• 3.3 高速微切削测力平台设计区域与应变分量选取42-44
• 3.3.1 弹性体设计区域选择42-44
• 3.3.2 应变分量选取44
• 3.4 高速微切削测力平台设计区域与应变分量选取44-54
• 3.4.1 应力插值法44-46
• 3.4.2 目标函数建立46-48
• 3.4.3 敏度的推导48-50
• 3.4.4 弹性体的拓扑优化结果50-54
• 3.4.5 弹性体初始结构的定型54
• 3.5 高速微切削测力平台弹性体的结构尺寸优化设计54-57
• 3.5.1 形状尺寸选择54-55
• 3.5.2 尺寸优化55-57
• 3.6 高速微切削测力平台优化结构的验证分析57-60
• 3.6.1 有限元应变分析和向间干扰计算57-59
• 3.6.2 维间耦合59-60
• 3.7 本章小结60-61
• 第4章 高速微切削测力平台的模态分析试验与研究61-78
• 4.1 模态试验的方法和设备61-66
• 4.1.1 锤击法61-62
• 4.1.2 试验设备和软件62-65
• 4.1.3 试验目的和内容及注意事项65-66
• 4.2 测力平台的模态试验66-74
• 4.2.1 模态分析的对象66-67
• 4.2.2 试验模型的三维建模67
• 4.2.3 试验模型的测量点布置67-68
• 4.2.4 模态试验数据采集和处理68-74
• 4.3 高速微切削测力平台的有限元模态分析及验证74-76
• 4.3.1 有限元模态分析74-75
• 4.3.2 试验与有限元分析结果对比研究75-76
• 4.4 本章小结76-78
• 第5章 高速微切削测力平台的静态标定及切削试验78-89
• 5.1 高速微切削测力平台的静态标定试验78-83
• 5.1.1 测力平台Z方向的标定78-80
• 5.1.2 测力平台X方向的标定80-81
• 5.1.3 测力平台Y方向的标定81-82
• 5.1.4 测力平台的向间干扰82-83
• 5.1.5 试验结果分析83
• 5.2 测力平台的切削试验83-88
• 5.2.1 高速微切削测力系统布局83-84
• 5.2.2 测力系统的硬件部分84-86
• 5.2.3 测力系统的软件部分86
• 5.2.4 试验结果86-88
• 5.3 本章小结88-89
• 总结与展望89-91
• 参考文献91-94
• 攻读硕士学位期间取得研究成果94-95
• 致谢95

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李子尧，，之己;电子器件制造商转向精密微切削加工工具[J];光电子技术与信息;1994年04期

2 李晓舟;王晓冶;于化东;许金凯;;精密微切削加工系统的研制及结构动态特性分析[J];机械制造;2014年03期

3 刘战强;雷原忠;;微切削加工技术[J];工具技术;2006年03期

4 庞迎春;李迎;;微切削加工中材料微观结构效应的有限元分析[J];中国机械工程;2011年19期

5 闫家超;金成哲;;基于声发射技术的微切削加工表面形貌监测[J];制造技术与机床;2011年03期

6 李学];朱天行;李峰;融亦鸣;;基于响应曲面法的超硬磨粒姿态对于微切削过程影响的研究[J];金刚石与磨料磨具工程;2013年02期

7 李晓舟;于化东;许金凯;李一全;赵平;;微切削加工中切削力的理论与实验[J];光学精密工程;2009年05期

8 张棉好;刘智强;;微切削理论及相关技术的研究现状及趋势[J];制造技术与机床;2010年09期

9 魏永强;周军;;微切削加工7050-T7451铝合金的尺度效应研究[J];工具技术;2010年09期

10 魏永强;周军;;微切削加工Al7050-T7451过程力学性能及表面完整性研究[J];制造技术与机床;2010年12期

中国博士学位论文全文数据库 前5条

1 史振宇;基于最小切除厚度的微切削加工机理研究[D];山东大学;2011年

2 吴继华;基于应变梯度塑性理论的正交微切削变形研究[D];山东大学;2009年

3 周军;铝合金7050-T7451微切削加工机理及表面完整性研究[D];山东大学;2010年

4 张涛;微切削加工单位切削力及表面加工质量的尺寸效应研究[D];山东大学;2013年

5 陈光;基于韧性失效的航空轻合金切削机理研究[D];天津大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 殷杰;骨骼微切削过程的有限元仿真与实验研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

2 楚传鹏;激光辅助微切削系统构建与切削实验研究[D];长春理工大学;2016年

3 王国良;高速微切削测力平台的设计与试验研究[D];江苏科技大学;2016年

4 王童;高速微切削系统动态特性分析与仿真优化研究[D];长春理工大学;2016年

5 肖虎;微切削预测模型及模拟仿真研究[D];中北大学;2012年

6 杨铭铭;基于位错机制应变梯度理论的微切削加工机理研究[D];南昌航空大学;2012年

7 常智红;复合精密微切削加工系统设计与研究[D];长春理工大学;2012年

8 师超;微切削过程材料的本构关系建模与尺度效应仿真[D];华中科技大学;2012年

9 王晓冶;精密微切削加工系统结构设计与实验研究[D];长春理工大学;2014年

10 杨英歌;激光辅助微切削系统设计及仿真方法[D];长春理工大学;2014年

  本文关键词：高速微切削测力平台的设计与试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：262883