三向压电式车削测力仪的研制

摘要

切削加工过程中的切削力大小将直接影响切削热的产生、被加工表面的质量、工件的加工精度、刀具的磨损。由于加工条件的复杂性和不确定性，切削力的理论计算值与实际值存在偏差，最好用测力仪实地测量。为了能够直接测量切削力的大小，出现了许多类型的测力仪，其中大多数用来测量静态或准静态力。随着精密加工技术的发展，能测量动态切削力的测力仪成了研发目标。 本文设计了两种车削测力仪。一种是采用弹性环预紧的整体式，将三向力传感器安装在弹性环中，由弹性环的过盈量产生预紧；另一种是用螺钉将三向力传感器固定在刀头与刀杆间，并施加预紧的分体式。其中的三向力传感器均由三个石英单元晶组组合而成，其中Z向晶组利用石英的纵向拉伸效应，X向、Y向晶组利用石英的剪切效应。 分体式车削测力仪由刀头、传感器、刀杆、预紧螺钉等装配而成。根据ANSYS模拟分析和理论分析可知：穿过传感器的预紧螺钉对热变形起约束作用，并且可以补偿因切削热引起的预紧力的减小。对标定后测力仪进行的切削表明，该结构可以减小切削热对测力仪的影响，但不能将影响降低到可忽略的范围。 整体式车削测力仪结构的“推挽”特性，不仅提高了测力仪的灵敏度，而且能自动补偿了切削热引起的误差。弹性环起到力的传递和分载作用，是测力仪的关键部分。ANSYS软件的静力学分析说明了弹性环可以满足高刚度和变形线性的要求。根据弹性环参数的正交试验优化了弹性环结构参数。 为了测定整体式车削测力仪的精度，最后对其进行静态和动态标定。各向非线性误差分别为0.2％、0.1％、0.1％，相间横向干扰最大不超过5％。实际切削表明，该测力仪完全满足设计要求，不仅可以用于测量切削力的静态分量还可以测量动态分量。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题来源及研究意义

1.2课题研究背景

1.3本文主要研究内容与解决方案

1.4本文组织结构

2新型压电车削测力仪总体方案分析

2.1 新型压电车削测力仪的结构

2.2传感器晶组的设计

3 YDC-Ⅲ89改进型的设计与分析

3.1 YDC-Ⅲ89车削测力仪热变形分析

3.2 YDC-Ⅲ89改进型测力仪的设计

3.3静态标定实验

3.4实际切削实验

4整体式车削测力仪的设计与分析

4.1 整体式车削测力仪的设计依据

4.2整体式车削测力仪的结构分析

4.3刀架螺钉强度校核

4.4弹性环过盈量计算

4.5整体式车削测力仪的装配

4.6整体式车削测力仪的标定实验

4.7整体式车削测力仪切削热模拟实验

4.8整体式车削测力仪的实际切削实验

结 论

参考文献

附录A附录内容名称

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢