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压电式深小孔钻削测力仪的研制

作　者: 刘建红
导　师: 张军
学　校: 大连理工大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 深小孔钻削测力仪压电效应高灵敏度
分类号: TH823
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 43次
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内容摘要

深小孔钻削作为特殊的钻削工艺,由于其钻杆刚性差,排屑难,不易散热等缺点,严重影响了深小孔钻削的质量和效率,制约了包括精密工程、航天工业等相关领域的发展。国内外对车、刨、磨等的研究较多,而对钻削的研究却很少。本文以深小孔钻削力为检测对象,研制了一套压电式测力装置。通过测力仪对钻削力的准确、实时检测,提高了深小孔钻削的自动化程度,从而降低了深小孔加工的废品率,提高了深小孔的生产效率和加工质量；钻削力是深小孔钻削的重要参数,它的检测有助于理解钻削机理,优化刀具参数以及为机床部件的设计提供依据。压电式钻削测力仪以石英晶体的压电效应为基础,它的制作包括内部核心元件-传感器的制作和测力仪整体外壳结构设计两部分。深小孔钻削力属于动态小力,本文参照小力值传感器的设计要求制作传感器,涉及转化机理的选择,灵敏度的设计,晶片尺寸参数的优选,组序排列等内容。选择了两传感器配置的结构型式,确定测力仪的量程范围为Fz=0～600N,Mz=±100N.m.采用Inventor软件应力分析模块对测力仪壳体结构进行优化,以跨距Φ2R和上盖厚度h为优化参数,通过这两个参数的优选使测力仪变形和固有频率最优化。建立测力仪静动态标定系统,对测力仪进行静动态标定,实验结果证明测力仪具有很高的灵敏度和固有频率,线性度、相间干扰等也达到了CIRP-STCC规定的切削测力仪标准。轴向灵敏度一致性实验表明,该测力仪可进行无定心测量。深小孔钻削实验证明,测力仪能实现动态小力值的测量,动态漂移小。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-21
  1.1 课题研究背景及意义  9-11
  1.2 深小孔钻削测力仪研究现状  11-20
  1.3 本课题主要研究内容  20-21
2 课题组现有适用于钻削的测力仪分析  21-33
  2.1 压电式深小孔钻削仪的设计要求及难点  21-22
  2.2 压电式测力原理  22-24
    2.2.1 石英晶片压电效应及表达式的建立  22-23
    2.2.2 晶体切型及力电转化  23-24
  2.3 新型扭矩测力仪  24-26
    2.3.1 测力仪晶组及结构特点  24-25
    2.3.2 性能标定结果  25-26
  2.4 三向压电钻削测力仪  26-28
    2.4.1 测力仪结构型式及晶组组合  26-27
    2.4.2 标定结果及性能特点  27-28
  2.5 无定心钻削测力仪  28-29
    2.5.1 无定心原理及测力仪结构  28
    2.5.2 性能标定及结构特点  28-29
  2.6 四维切削测力仪  29-30
    2.6.1 测力仪晶组及结构型式  29-30
    2.6.2 性能标定结果  30
  2.7 测力仪整体结构优化参数  30-31
  2.8 本章小结  31-33
3 深小孔钻削测力仪关键问题的研究  33-61
  3.1 机理与转化  33
  3.2 晶组结构计算  33-39
  3.3 测力仪预紧机构  39-40
    3.3.1 预紧机构方案选择  39
    3.3.2 预紧力计算  39-40
  3.4 测力仪整体结构方案  40-45
    3.4.1 传感器的配置型式  40-42
    3.4.2 量程计算  42-43
    3.4.3 测力仪结构优化  43-45
  3.5 测力仪静态标定  45-59
    3.5.1 测力仪静态标定及数据处理  46-49
    3.5.2 轴向灵敏度一致性实验  49-57
    3.5.3 测力仪模型受力分析  57-59
  3.6 测力仪动态标定  59-60
  3.7 本章小结  60-61
4 测力仪在线钻削实验  61-65
  4.1 钻削系统及实验结果  61-62
  4.2 连续钻削实验  62-63
  4.3 钻削中的电磁干扰分析  63-64
    4.3.1 研究意义  63
    4.3.2 电磁干扰三要素和传播途径  63
    4.3.3 电磁干扰的抑制  63-64
  4.4 本章小结  64-65
结论  65-66
参考文献  66-68
附录A 部分实物照片  68-70
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  70-71
致谢  71-73

压电式深小孔钻削测力仪的研制

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