用于光学玻璃加工的压电式测力仪研制

发布时间：2020-09-26 21:38

　　光学玻璃材料,现已在光学、航空航天、医疗等不同领域得到广泛应用,随着各领域的深入研究,对所用光学材料零件的精度提出了很高的要求,然而,若想提高加工精度,必须解决其难加工性与高精度的矛盾。目前,光学玻璃加工中主要使用黏附金刚石磨粒的刀具,并配合超声振动等辅助加工。当研究刀具、材料及加工精度的关系时,主要使用电镜观测加工表面质量及切削力的测量两种方法,其中,切削力的测量能反应全过程情况,是研究刀具、加工中不可或缺的手段。本文以测量光学玻璃加工中切削力的变化为目标,设计研制了一种压电式切削力测力仪。通过分析切削力测量难点,采用传感器竖直安装的形式,使用竖直方向压电剪切效应的力电转换系数是拉压效应2倍的优势提升轴向灵敏度,以满足小力值精确测量的要求;设计了布置形式可变的压电测力仪原型,采用控制变量的方式进行了菱形布置和矩形布置的对比实验,分析数据,确认了矩形布置的方案。基于矩形的布置形式,设计选用了组合式测力仪的结构,结合Workbench软件对支撑结构进行了优化。分析了单向力作用下测力仪中传感器的输出情况,针对传感器竖直布置时,装配误差等对输出产生的影响,利用逐次微调传感器预紧力和位置的方式,降低了测力仪整体输出误差,完成测力仪的装配。对压电测力仪进行了标定,包括三向静态标定实验,获得了各向灵敏度、线性度、重复性及向间干扰等指标;通过不同点加载实验验证了测力仪各个方向输出的一致性;通过动态敲击实验获得了测力仪的各向固有频率。结果表明,测力仪具有良好的性能。基于测试现场的要求,设计了现场标定装置,进行了现场标定实验,并进行了切削力测试实验,通过4把刀具不同切削参数,测力仪均能准确检测不同因变量引起的力值变化,验证了测力仪的实用性。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ171.734;TH87
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
        1.1.1 课题来源
        1.1.2 研究背景及意义
    1.2 切削力测力仪研究现状
        1.2.1 国外测力仪研究现状
        1.2.2 国内测力仪研究现状
    1.3 本文的主要研究内容
2 总体方案设计
    2.1 测试系统概况
        2.1.1 切削力测量难点分析
        2.1.2 测试系统设计需求
        2.1.3 主要性能指标
    2.2 原理方案设计
        2.2.1 测试原理
        2.2.2 传感器布置形式
        2.2.3 方案对比
    2.3 本章小结
3 结构设计与分析
    3.1 设计原则及方案
        3.1.1 测力仪设计原则
        3.1.2 方案设计
        3.1.3 支撑架结构优化
    3.2 输出模型建立
    3.3 误差分析及改进
        3.3.1 误差来源分析
        3.3.2 提高测试精度
    3.4 本章小结
4 测力仪标定实验
    4.1 静态标定
        4.1.1 静态标定系统组成
        4.1.2 静态标定实验
        4.1.3 向间干扰分析
        4.1.4 测力仪量程
    4.2 输出一致性实验
        4.2.1 轴向实验
        4.2.2 水平方向实验
    4.3 动态标定
    4.4 本章小结
5 现场实验及测试
    5.1 现场标定实验
        5.1.1 标定装置设计
        5.1.2 现场标定实验
    5.2 现场加工测试实验
        5.2.1 深小孔套料钻削实验
        5.2.2 扩孔加工实验
    5.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

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