二維超聲振動與切削力檢測集成刀具系統(tǒng)設計研究
發(fā)布時間：2021-11-12 16:38
隨著國家精密制造技術的發(fā)展,無論是軍用還是民用都對產品的質量要求不斷提高,精密加工成為重點發(fā)展領域。切削刀具作為加工制造的“利刃”,是材料去除過程中的關鍵性工具,有著無法替代的作用。然而,目前精密加工中常用到的金剛石切削刀具,現(xiàn)在來看大多數功能單一,智能化程度低,難以加工黑色金屬材料,愈來愈不能滿足精密加工領域的需求。為此,本課題針對金剛石切削刀具功能的局限性,通過理論建模、有限元仿真優(yōu)化、振動測試,設計并研制出集成了超聲振動切削以及切削力檢測的智能刀具系統(tǒng)�；诔曊駝幽Ｐ�,分析了振動切削時變參數,并基于瞬態(tài)剪切角建立切削力模型。通過有限元切削仿真,分析了超聲振動切削力變化情況,確定了超聲振動切削的優(yōu)點。基于壓電換能器理論,以及鐵木辛柯梁理論,建立了三階彎曲諧振式二維超聲振動刀具模型。通過刀具振子有限元仿真,優(yōu)化了刀具的固定方式。利用有限元模態(tài)、諧響應和壓電耦合仿真,分析了刀具結構參數的合理性。通過對實際刀具的特性測試,研究了振動刀具的頻率、位移、電壓的響應情況,以便更合理的選擇刀具的輸入條件。提出了集成測力系統(tǒng)的設計原理�；诳ㄊ系诙ɡ硪约叭岫染仃嚪�,建立感知段的剛度模型,研究了...
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數】：84 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
超聲振動切削刀具及其加工的鏡面
如圖 2-1 所示[21-22]。該刀具的切削力感知部分由 4 個八角應變環(huán)組成，并且力裝置與刀具集成在一起，位置方向選擇最大靈敏度方向，且將交叉靈敏度降低，以方便該刀具三個方向上力的解耦，在切削力作用下引起八角環(huán)的變形，信號處理獲得切削力。該裝置能夠可靠地測量靜態(tài)和動態(tài)切削力，測量范圍最到 3500N，靈敏度誤差在±5N。
圖 2-1 集成八角環(huán)應變式車削測力儀哈爾濱工業(yè)大學袁哲俊教授研制出的電阻應變式切削測力儀如圖 2-2 所示[23]。該款測力裝置通過比較多種變形結構，根據內部柔性結構的位移變形，實現(xiàn)測量單方向扭矩和全部方向的切削力，在當時滿足切削力監(jiān)測要求。江蘇科技大學的王明強教授團隊，設計了圓筒形桁架結構，利用電阻應變片實現(xiàn)高速微切削力的解耦測量[24]。華中科技大學的王波利用柔性梁結合電阻應變片，實現(xiàn)三維切削力在線測量，并獲得較好的測試結果[25]。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]面向切削力測量的圓環(huán)式測力儀耦合分析[J]. 陸立穎,劉明堯,張志建. 儀表技術與傳感器. 2018(01)
[2]壓電超聲換能器阻抗特性分析與匹配設計[J]. 王玉江,王志斌,宋雁鵬,解琨陽,趙同林. 壓電與聲光. 2016(04)
[3]復雜加工工件智能自適應加工及智能刀具系統(tǒng)研究[J]. 王宏穎,彭二寶. 工具技術. 2016(06)
[4]基于ZigBee技術的切削力數據采集系統(tǒng)的研究[J]. 高新紅. 航空精密制造技術. 2016(03)
[5]超精密加工領域科學技術發(fā)展研究[J]. 袁巨龍,張飛虎,戴一帆,康仁科,楊輝,呂冰海. 機械工程學報. 2010(15)
[6]超精密加工現(xiàn)狀綜述[J]. 袁巨龍,王志偉,文東輝,呂冰海,戴勇. 機械工程學報. 2007(01)
[7]柔性鉸鏈的設計計算[J]. 吳鷹飛,周兆英. 工程力學. 2002(06)
[8]柔性鉸鏈的計算和分析[J]. 吳鷹飛,周兆英. 機械設計與研究. 2002(03)
[9]切削力數據采集分析系統(tǒng)算法研究[J]. 羅五四,劉波,吳永強. 汽車科技. 1999(06)
[10]一種新結構多用途切削測力儀的研制[J]. 姚英學,陳朔冬,袁哲俊. 哈爾濱工業(yè)大學學報. 1994(04)
博士論文
[1]二維橢圓振動輔助加工新方法及其裝置的研究[D]. 王榮奇.吉林大學 2017
[2]刀具嵌入式薄膜微傳感器切削力測量技術的基礎研究[D]. 成云平.中北大學 2015
[3]基于切削力感知的智能切削刀具設計及其關鍵技術研究[D]. 肖才偉.哈爾濱工業(yè)大學 2014
碩士論文
[1]超聲加工壓電式三向測力儀的關鍵技術研究[D]. 徐佳成.杭州電子科技大學 2018
[2]基于PVDF壓電薄膜的高頻切削力信號傳感器研制[D]. 張鈺忻.哈爾濱工業(yè)大學 2017
[3]高速微切削測力平臺的設計與試驗研究[D]. 王國良.江蘇科技大學 2016
[4]鈦合金TC4的單激勵超聲波橢圓振動切削系統(tǒng)的研究[D]. 喻棟.哈爾濱工業(yè)大學 2015
[5]基于應變的三維車削力在線測量[D]. 王波.華中科技大學 2015
[6]基于聲表面波原理的智能刀具系統(tǒng)關鍵技術研究[D]. 李文德.哈爾濱工業(yè)大學 2013
[7]夾心式彎曲振動換能器超聲車削硬脆材料的研究[D]. 周辰.集美大學 2013
[8]三向車削力測量系統(tǒng)的研制[D]. 蔡紀衛(wèi).華東理工大學 2012
本文編號：3491298
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數】：84 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
超聲振動切削刀具及其加工的鏡面
如圖 2-1 所示[21-22]。該刀具的切削力感知部分由 4 個八角應變環(huán)組成，并且力裝置與刀具集成在一起，位置方向選擇最大靈敏度方向，且將交叉靈敏度降低，以方便該刀具三個方向上力的解耦，在切削力作用下引起八角環(huán)的變形，信號處理獲得切削力。該裝置能夠可靠地測量靜態(tài)和動態(tài)切削力，測量范圍最到 3500N，靈敏度誤差在±5N。
圖 2-1 集成八角環(huán)應變式車削測力儀哈爾濱工業(yè)大學袁哲俊教授研制出的電阻應變式切削測力儀如圖 2-2 所示[23]。該款測力裝置通過比較多種變形結構，根據內部柔性結構的位移變形，實現(xiàn)測量單方向扭矩和全部方向的切削力，在當時滿足切削力監(jiān)測要求。江蘇科技大學的王明強教授團隊，設計了圓筒形桁架結構，利用電阻應變片實現(xiàn)高速微切削力的解耦測量[24]。華中科技大學的王波利用柔性梁結合電阻應變片，實現(xiàn)三維切削力在線測量，并獲得較好的測試結果[25]。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]面向切削力測量的圓環(huán)式測力儀耦合分析[J]. 陸立穎,劉明堯,張志建. 儀表技術與傳感器. 2018(01)
[2]壓電超聲換能器阻抗特性分析與匹配設計[J]. 王玉江,王志斌,宋雁鵬,解琨陽,趙同林. 壓電與聲光. 2016(04)
[3]復雜加工工件智能自適應加工及智能刀具系統(tǒng)研究[J]. 王宏穎,彭二寶. 工具技術. 2016(06)
[4]基于ZigBee技術的切削力數據采集系統(tǒng)的研究[J]. 高新紅. 航空精密制造技術. 2016(03)
[5]超精密加工領域科學技術發(fā)展研究[J]. 袁巨龍,張飛虎,戴一帆,康仁科,楊輝,呂冰海. 機械工程學報. 2010(15)
[6]超精密加工現(xiàn)狀綜述[J]. 袁巨龍,王志偉,文東輝,呂冰海,戴勇. 機械工程學報. 2007(01)
[7]柔性鉸鏈的設計計算[J]. 吳鷹飛,周兆英. 工程力學. 2002(06)
[8]柔性鉸鏈的計算和分析[J]. 吳鷹飛,周兆英. 機械設計與研究. 2002(03)
[9]切削力數據采集分析系統(tǒng)算法研究[J]. 羅五四,劉波,吳永強. 汽車科技. 1999(06)
[10]一種新結構多用途切削測力儀的研制[J]. 姚英學,陳朔冬,袁哲俊. 哈爾濱工業(yè)大學學報. 1994(04)
博士論文
[1]二維橢圓振動輔助加工新方法及其裝置的研究[D]. 王榮奇.吉林大學 2017
[2]刀具嵌入式薄膜微傳感器切削力測量技術的基礎研究[D]. 成云平.中北大學 2015
[3]基于切削力感知的智能切削刀具設計及其關鍵技術研究[D]. 肖才偉.哈爾濱工業(yè)大學 2014
碩士論文
[1]超聲加工壓電式三向測力儀的關鍵技術研究[D]. 徐佳成.杭州電子科技大學 2018
[2]基于PVDF壓電薄膜的高頻切削力信號傳感器研制[D]. 張鈺忻.哈爾濱工業(yè)大學 2017
[3]高速微切削測力平臺的設計與試驗研究[D]. 王國良.江蘇科技大學 2016
[4]鈦合金TC4的單激勵超聲波橢圓振動切削系統(tǒng)的研究[D]. 喻棟.哈爾濱工業(yè)大學 2015
[5]基于應變的三維車削力在線測量[D]. 王波.華中科技大學 2015
[6]基于聲表面波原理的智能刀具系統(tǒng)關鍵技術研究[D]. 李文德.哈爾濱工業(yè)大學 2013
[7]夾心式彎曲振動換能器超聲車削硬脆材料的研究[D]. 周辰.集美大學 2013
[8]三向車削力測量系統(tǒng)的研制[D]. 蔡紀衛(wèi).華東理工大學 2012
本文編號：3491298
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