立式投影对刀仪_《大连理工大学》2014年硕士论文

发布时间：2016-11-24 18:53

  本文关键词：刀柄式压电切削测力仪研究，，由笔耕文化传播整理发布。

《大连理工大学》 2014年

刀柄式压电切削测力仪研究

尚永艳  

【摘要】：切削加工作为机械制造领域的一种主要加工方式,其技术水平直接影响着国家的工业化进程,以刀具旋转为主运动的加工方式(如铣削、钻削及镗削等)在切削加工领域扮演着重要角色,提高该类加工方式的加工过程智能监控技术是促进机械制造业发展的重要途径。切削力是反映加工过程的重要状态参数,切削力的实时准确监测对于提高机械制造水平有着重要意义。对于以刀具旋转为主运动的切削加工过程中的切削力监测,现有的旋转式压电测力仪采用多组YO°切型石英晶片呈圆周形均匀排列的方式来测量扭矩,导致测力仪结构复杂、尺寸较大、工艺要求高且成本很高。针对这些不足,研究了一套仅用一组X0°切型和一组Y0°切型石英晶片即可测量轴向力、径向力和扭矩三维力的刀柄式压电切削测力仪,该测力仪具有结构简单紧凑、易于加工装配以及成本低等优点。 通过分析压电石英晶片的力—电转换规律设计了合理的测力晶组结构。首先确定了以刀具旋转为主运动的切削加工过程中刀具所受切削力主要可分解为轴向力、径向力和扭矩。在分析了任意切型的石英晶片表面受力时的应力分布以及面电荷密度分布的前提下,针对常用的X0°切型和Y0°切型石英晶片,采用理论计算和ANSYS压电分析的方法,分别进行了力—电转换关系分析,得到了合适的晶片切型与电极组合,仅用一组X0°切型和一组Y0°切型石英晶片即可测量三维切削力。 进行了测力仪的结构设计。针对测力仪随主轴旋转时信号的传输,提出了两种方式：非接触式—静电感应和机械接触式—轴承,并分别进行了分析和实验验证。经比较,最终确定以轴承为信号传输媒介。在此基础上设计了测力仪的整体结构,该结构连接方便,有效保护测力晶组并且力的传递准确可靠。使用ANSYS Workbench进行模态分析得到了测力仪的一阶固有频率,接着计算了测力仪的测力范围,均满足普通的切削力测量要求。又对测力仪进行了静力结构分析,结果表明测力仪在量程内的最大载荷作用下的最大应力值在材料的许用范围内。设计完成后,进行了测力仪的加工装配。 本文对刀柄式压电切削测力仪进行了全面的性能检定。静态标定结果为：测力仪各向的线性度和重复性良好,向间干扰补偿后均满足要求。动态标定结果为：测力仪的各向一阶固有频率较高且激振实验显示动态响应良好。最后,将测力仪安装在铣床上进行了实际切削力测量以及对比实验。检定结果表明了该测力仪测力原理的正确性,为回转式测力提供了新的途径。

【关键词】：
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH823;TG501
【目录】：

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