【摘要】：傳統(tǒng)的應(yīng)變式測(cè)力儀已經(jīng)無法滿足機(jī)械加工中對(duì)加工精度日益增長的需求,同時(shí)薄膜技術(shù)的發(fā)展又為微傳感器的制備提供了條件,因而,薄膜傳感器成為當(dāng)前各個(gè)領(lǐng)域競(jìng)相研究的對(duì)象。將薄膜傳感器用于測(cè)量切削力的研究對(duì)提高切削加工的精度、效率以及有效地監(jiān)控加工過程有著重要的意義。本文主要以薄膜傳感器的測(cè)力原理、刀具系統(tǒng)設(shè)計(jì)及有限元分析、薄膜傳感器制備等為研究對(duì)象,主要工作如下。闡述了傳感器的測(cè)力原理,并將傳感器單元從組成、選材到電阻柵結(jié)構(gòu)一一進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究。比較了兩種電阻柵結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn),并分析了橫向效應(yīng)對(duì)電阻柵阻值的影響�；谔岣弑∧の鞲衅鬏敵鎏匦约皡f(xié)調(diào)刀具強(qiáng)度剛性的方法,研究了幾種嵌入薄膜微傳感器的切削力測(cè)量車刀系統(tǒng)。設(shè)計(jì)了一種由車刀和布置有測(cè)力傳感器的基底通過螺釘連接的測(cè)力刀具結(jié)構(gòu),建立了刀桿截面形狀的圖譜,并推導(dǎo)了截面形狀與輸出特性之間的函數(shù)關(guān)系。還設(shè)計(jì)了幾種車削刀具結(jié)構(gòu),在提高靈敏度的同時(shí),還分別實(shí)現(xiàn)了雙向力、三向力的測(cè)量。使用ABAQUS有限元軟件,分析了幾種刀具結(jié)構(gòu)的應(yīng)力,驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)的可靠性和優(yōu)越性。分析了當(dāng)彈性薄片的厚度由大到小依次遞減時(shí),刀具結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變化情況,并得出了彈性結(jié)構(gòu)的厚度對(duì)傳感器輸出特性的影響規(guī)律。設(shè)計(jì)了曲面響應(yīng)法試驗(yàn)方案,對(duì)影響薄膜濺射速率的因素進(jìn)行試驗(yàn)研究,探討了Ni80Cr20薄膜制備的工藝參數(shù)。利用Minitab分析軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸擬合,并對(duì)曲面圖和曲線圖進(jìn)行分析對(duì)比,得出各因素的最佳參數(shù)范圍。
【圖文】：

如圖 1.1 所示，以當(dāng)前機(jī)械工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，傳感器技術(shù)想要跟得上發(fā)展的腳步，應(yīng)該從以下途徑和方向繼續(xù)創(chuàng)新和改進(jìn)。圖1.1 傳感器技術(shù)的發(fā)展途徑和發(fā)展趨勢(shì)薄膜微傳感器的出現(xiàn)主要得益于材料技術(shù)和薄膜技術(shù)的快速發(fā)展，距離濺射技術(shù)首次出現(xiàn)已經(jīng)過去了六十幾年了，在這期間，薄膜技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程如下圖 1.2 所示[25-28]。在現(xiàn)階段，也就是第三階段，主要攻克的技術(shù)難題是如何精準(zhǔn)地控制薄膜沉積的過程和怎樣制備出均勻性良好及厚度可控的薄膜，而薄膜技術(shù)只是確保薄膜性能優(yōu)良的其

圖 1.2 薄膜技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程料可以是金屬、合金或者半導(dǎo)體材料，但三者中合金的性能和獲優(yōu)勢(shì)，，目前使用的合金多半是康銅、鎳鉻[29-31]。使用合金材料制穩(wěn)定性好，能夠保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，同時(shí)耐高溫、耐腐蝕，可以境。近年來，經(jīng)過對(duì)薄膜材料和技術(shù)的不斷嘗試和改進(jìn)，成果近年來的最新研究。en 和 C.C. Yu 等將 Pd，Au 和 Cu 等材料用到制備壓電薄膜傳感驗(yàn)研究分析，發(fā)現(xiàn)這幾種金屬作為壓電材料測(cè)力時(shí)，其薄膜的電相關(guān)，應(yīng)變系數(shù)與材料的表面電阻率也相關(guān)，且薄膜厚度不能。Gaviraj S Nadvi 和 Donald P Butler 使用一種中間物質(zhì)作為媒介接的方式與基底連接，對(duì)薄膜施加載荷使其發(fā)生彎曲，導(dǎo)致電橋是一種直接測(cè)力的壓電傳感器。Ali Basti 等人研制了一種溫度削速度高達(dá)到 16m/s 時(shí)，A6061-T6 型鋁合金的車削溫度[32]。
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG71;TP212

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本文編號(hào)：2596242