二维超声振动与切削力检测集成刀具系统设计研究
发布时间：2021-11-12 16:38
随着国家精密制造技术的发展,无论是军用还是民用都对产品的质量要求不断提高,精密加工成为重点发展领域。切削刀具作为加工制造的“利刃”,是材料去除过程中的关键性工具,有着无法替代的作用。然而,目前精密加工中常用到的金刚石切削刀具,现在来看大多数功能单一,智能化程度低,难以加工黑色金属材料,愈来愈不能满足精密加工领域的需求。为此,本课题针对金刚石切削刀具功能的局限性,通过理论建模、有限元仿真优化、振动测试,设计并研制出集成了超声振动切削以及切削力检测的智能刀具系统。基于超声振动模型,分析了振动切削时变参数,并基于瞬态剪切角建立切削力模型。通过有限元切削仿真,分析了超声振动切削力变化情况,确定了超声振动切削的优点。基于压电换能器理论,以及铁木辛柯梁理论,建立了三阶弯曲谐振式二维超声振动刀具模型。通过刀具振子有限元仿真,优化了刀具的固定方式。利用有限元模态、谐响应和压电耦合仿真,分析了刀具结构参数的合理性。通过对实际刀具的特性测试,研究了振动刀具的频率、位移、电压的响应情况,以便更合理的选择刀具的输入条件。提出了集成测力系统的设计原理。基于卡氏第二定理以及柔度矩阵法,建立感知段的刚度模型,研究了...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超声振动切削刀具及其加工的镜面
如图 2-1 所示[21-22]。该刀具的切削力感知部分由 4 个八角应变环组成，并且力装置与刀具集成在一起，位置方向选择最大灵敏度方向，且将交叉灵敏度降低，以方便该刀具三个方向上力的解耦，在切削力作用下引起八角环的变形，信号处理获得切削力。该装置能够可靠地测量静态和动态切削力，测量范围最到 3500N，灵敏度误差在±5N。
图 2-1 集成八角环应变式车削测力仪哈尔滨工业大学袁哲俊教授研制出的电阻应变式切削测力仪如图 2-2 所示[23]。该款测力装置通过比较多种变形结构，根据内部柔性结构的位移变形，实现测量单方向扭矩和全部方向的切削力，在当时满足切削力监测要求。江苏科技大学的王明强教授团队，设计了圆筒形桁架结构，利用电阻应变片实现高速微切削力的解耦测量[24]。华中科技大学的王波利用柔性梁结合电阻应变片，实现三维切削力在线测量，并获得较好的测试结果[25]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向切削力测量的圆环式测力仪耦合分析[J]. 陆立颖,刘明尧,张志建. 仪表技术与传感器. 2018(01)
[2]压电超声换能器阻抗特性分析与匹配设计[J]. 王玉江,王志斌,宋雁鹏,解琨阳,赵同林. 压电与声光. 2016(04)
[3]复杂加工工件智能自适应加工及智能刀具系统研究[J]. 王宏颖,彭二宝. 工具技术. 2016(06)
[4]基于ZigBee技术的切削力数据采集系统的研究[J]. 高新红. 航空精密制造技术. 2016(03)
[5]超精密加工领域科学技术发展研究[J]. 袁巨龙,张飞虎,戴一帆,康仁科,杨辉,吕冰海. 机械工程学报. 2010(15)
[6]超精密加工现状综述[J]. 袁巨龙,王志伟,文东辉,吕冰海,戴勇. 机械工程学报. 2007(01)
[7]柔性铰链的设计计算[J]. 吴鹰飞,周兆英. 工程力学. 2002(06)
[8]柔性铰链的计算和分析[J]. 吴鹰飞,周兆英. 机械设计与研究. 2002(03)
[9]切削力数据采集分析系统算法研究[J]. 罗五四,刘波,吴永强. 汽车科技. 1999(06)
[10]一种新结构多用途切削测力仪的研制[J]. 姚英学,陈朔冬,袁哲俊. 哈尔滨工业大学学报. 1994(04)
博士论文
[1]二维椭圆振动辅助加工新方法及其装置的研究[D]. 王荣奇.吉林大学 2017
[2]刀具嵌入式薄膜微传感器切削力测量技术的基础研究[D]. 成云平.中北大学 2015
[3]基于切削力感知的智能切削刀具设计及其关键技术研究[D]. 肖才伟.哈尔滨工业大学 2014
硕士论文
[1]超声加工压电式三向测力仪的关键技术研究[D]. 徐佳成.杭州电子科技大学 2018
[2]基于PVDF压电薄膜的高频切削力信号传感器研制[D]. 张钰忻.哈尔滨工业大学 2017
[3]高速微切削测力平台的设计与试验研究[D]. 王国良.江苏科技大学 2016
[4]钛合金TC4的单激励超声波椭圆振动切削系统的研究[D]. 喻栋.哈尔滨工业大学 2015
[5]基于应变的三维车削力在线测量[D]. 王波.华中科技大学 2015
[6]基于声表面波原理的智能刀具系统关键技术研究[D]. 李文德.哈尔滨工业大学 2013
[7]夹心式弯曲振动换能器超声车削硬脆材料的研究[D]. 周辰.集美大学 2013
[8]三向车削力测量系统的研制[D]. 蔡纪卫.华东理工大学 2012
本文编号：3491298
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超声振动切削刀具及其加工的镜面
如图 2-1 所示[21-22]。该刀具的切削力感知部分由 4 个八角应变环组成，并且力装置与刀具集成在一起，位置方向选择最大灵敏度方向，且将交叉灵敏度降低，以方便该刀具三个方向上力的解耦，在切削力作用下引起八角环的变形，信号处理获得切削力。该装置能够可靠地测量静态和动态切削力，测量范围最到 3500N，灵敏度误差在±5N。
图 2-1 集成八角环应变式车削测力仪哈尔滨工业大学袁哲俊教授研制出的电阻应变式切削测力仪如图 2-2 所示[23]。该款测力装置通过比较多种变形结构，根据内部柔性结构的位移变形，实现测量单方向扭矩和全部方向的切削力，在当时满足切削力监测要求。江苏科技大学的王明强教授团队，设计了圆筒形桁架结构，利用电阻应变片实现高速微切削力的解耦测量[24]。华中科技大学的王波利用柔性梁结合电阻应变片，实现三维切削力在线测量，并获得较好的测试结果[25]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向切削力测量的圆环式测力仪耦合分析[J]. 陆立颖,刘明尧,张志建. 仪表技术与传感器. 2018(01)
[2]压电超声换能器阻抗特性分析与匹配设计[J]. 王玉江,王志斌,宋雁鹏,解琨阳,赵同林. 压电与声光. 2016(04)
[3]复杂加工工件智能自适应加工及智能刀具系统研究[J]. 王宏颖,彭二宝. 工具技术. 2016(06)
[4]基于ZigBee技术的切削力数据采集系统的研究[J]. 高新红. 航空精密制造技术. 2016(03)
[5]超精密加工领域科学技术发展研究[J]. 袁巨龙,张飞虎,戴一帆,康仁科,杨辉,吕冰海. 机械工程学报. 2010(15)
[6]超精密加工现状综述[J]. 袁巨龙,王志伟,文东辉,吕冰海,戴勇. 机械工程学报. 2007(01)
[7]柔性铰链的设计计算[J]. 吴鹰飞,周兆英. 工程力学. 2002(06)
[8]柔性铰链的计算和分析[J]. 吴鹰飞,周兆英. 机械设计与研究. 2002(03)
[9]切削力数据采集分析系统算法研究[J]. 罗五四,刘波,吴永强. 汽车科技. 1999(06)
[10]一种新结构多用途切削测力仪的研制[J]. 姚英学,陈朔冬,袁哲俊. 哈尔滨工业大学学报. 1994(04)
博士论文
[1]二维椭圆振动辅助加工新方法及其装置的研究[D]. 王荣奇.吉林大学 2017
[2]刀具嵌入式薄膜微传感器切削力测量技术的基础研究[D]. 成云平.中北大学 2015
[3]基于切削力感知的智能切削刀具设计及其关键技术研究[D]. 肖才伟.哈尔滨工业大学 2014
硕士论文
[1]超声加工压电式三向测力仪的关键技术研究[D]. 徐佳成.杭州电子科技大学 2018
[2]基于PVDF压电薄膜的高频切削力信号传感器研制[D]. 张钰忻.哈尔滨工业大学 2017
[3]高速微切削测力平台的设计与试验研究[D]. 王国良.江苏科技大学 2016
[4]钛合金TC4的单激励超声波椭圆振动切削系统的研究[D]. 喻栋.哈尔滨工业大学 2015
[5]基于应变的三维车削力在线测量[D]. 王波.华中科技大学 2015
[6]基于声表面波原理的智能刀具系统关键技术研究[D]. 李文德.哈尔滨工业大学 2013
[7]夹心式弯曲振动换能器超声车削硬脆材料的研究[D]. 周辰.集美大学 2013
[8]三向车削力测量系统的研制[D]. 蔡纪卫.华东理工大学 2012
本文编号：3491298
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