【摘要】：在切削加工過程中,刀具磨損和斷裂等加工狀況的發(fā)生會導致工件加工精度降低或加工過程中斷,影響產品質量和生產效率,所以需要實時監(jiān)測刀具的機械性能以判斷其工作狀態(tài),防止刀具的損壞,延長刀具壽命。切削力是加工過程中產生的最直接的變量,其對加工狀態(tài)的改變最為敏感,它的準確可靠測量是了解和評估加工過程狀態(tài)和性能的重要手段,也是判斷刀具狀態(tài)的重要保證。通過查閱大量與切削力測量相關的文獻,本文提出了以八角環(huán)作為轉換彈性體、以光纖光柵作為傳感元件的銑削力測力儀,分析了八角環(huán)應變傳遞規(guī)律以及測力儀銑削力感知原理,根據(jù)材料力學知識確定了八角環(huán)的尺寸和材料參數(shù)。對測力儀整體的剛度特性進行了理論分析,得到了測力儀各個方向的理論剛度值,并通過實驗獲得了測力儀的實際剛度值。對測力儀的固有頻率進行了仿真分析和實驗研究,得到了測力儀在三個方向的實際固有頻率值和測力儀的工作頻帶。對測力儀的靜態(tài)性能指標如靈敏度、線性度、重復性等進行了實驗研究,得到了測力儀的各項靜態(tài)性能指標。針對測力儀在測量多維銑削力時各方向載荷相互影響的問題,分析了測力儀整體的多維力耦合特性,得到了解耦之后的銑削力計算公式,然后對單個八角環(huán)轉換彈性體及測力儀整體的耦合特性進行了仿真分析,證明了理論分析的正確性,最后通過耦合實驗,對比解耦前后切削力的測量誤差,證明了該解耦方法可以大大提高測量精度。此外,針對切削加工過程中產生的溫度變化影響切削力測量精度的問題,分析了光纖光柵傳感器的光-熱耦合特性及八角環(huán)復合傳感結構的力-熱耦合特性,并通過實驗得到了光纖光柵及八角環(huán)復合傳感結構的實際溫度特性曲線,進而可以實現(xiàn)測力儀在切削力測量過程中的溫度補償,大大提高切削力測量的精度。
【圖文】：

武漢理工大學碩士學位論文力的大小。機床在切削加工過程中，其主軸或刀具形而產生微小的偏移，通過研究該偏移量與切削力到切削力的大小。德國斯圖加特大學的 Andreas[7]的的位移量來測量切削力大小的方法。原理是通過加工過程中傳感頭與旋轉軸之間的位移變化值，然值與切削力的關系，如圖 1-1 所示。Kim[8]利用電過程，其原理是在機床主軸附近安裝電容位移傳感偏移時會引起電容的變化，從而間接得到切削力的

量即可得到其所受外力的大小。壓電式切削測力儀擁有很高的靈敏度、度誤差和重復性誤差小，結構簡單,更重要的是其靜剛度和固有頻率很高,往壓電測力儀擁有很好的靜態(tài)和動態(tài)特性,能夠很好的應用于動態(tài)切削力。切削力測力儀通常由轉換彈性體、應變傳感器和相應的測量電路組成力儀直接安裝在機床工作臺、刀柄或主軸上進行切削力測量。由于轉換的不同，應變式測力儀也多種多樣，常用的轉換彈性體有八角環(huán)、刀柄梁結構。土耳其 Suleyman Yald z[9-10]設計出一種以八角環(huán)為轉換彈性體的車削統(tǒng)（圖 1-2）。在加工過程中，測力儀受到各個方向的切削力作用使八角形變，通過粘貼在八角環(huán)表面的電阻應變片進行測量。通過八角環(huán)上不點處的傳感器對不同方向的切削力和扭矩進行測量。該車削力測量系統(tǒng)測量 5000N 的切削力，靈敏度為±5N， 各個方向的切削力大小與輸出電關系呈現(xiàn)很好的線性，不同方向切削力測量時的相互干擾在0.6 1.7%范圍過實驗測量，，該測力儀擁有較高的固有頻率，可以滿足剛度需要和動態(tài)測量的需要。這也表明該種彈性體布置及固定方式具有較好的性能。
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TH74

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本文編號：2645048