钻削测力系统的辅助装置设计开题报告(2)
2.2标定试验设计原理
通过钻削实验求得了Nz和Tm，为了进一步求得Fz和M，就一定要坐测量系统的标定试验，以求得测量系统输出和输入之比值，即两个灵敏度系数和四个互干扰灵敏度系数。其标定系统如下图2.2所示：2.2 标定试验原理框图
在图2.2中输入信号——模拟钻削力每一级力值均由已知的标准传感器灵敏度设定。
2.3 钻削测力仪及传感器的安装设计
以Z5140型钻床为测试对象，如图2.3所示，该机床最大允许轴向力为Fzmax=16000N，最大允许扭矩为Mmax=350N.m
钻削测力弹性元件采用桁架式套筒，如图2.4所示。
图2.3 Z5140型立式钻床
在设计传感器的时候，将传感器放置在工件与工作台中间，用螺栓固定，钻头至上而下加工时，即可测定二文钻削力，放置示意图2.5如下：
2.5 传感器的安装设计图
图2.5所示的为传感器的安装设计图，是传感器在机床上的安装方法。传感器的下方有用螺栓可以将传感器固定在工作台上的法兰盘，而传感器的上方是一个开有小槽的凸台。而采用的专用工件的下方则有一个与传感器过盈配合的凹台。这样，工件在上面会同时被固定，而不会在加工测定二文分力时出现问题，能够测定二文动态分力Fz与M。
3. 传感器设计
3.1压电式传感器的设计
压电式传感器是利用某些物质的压电效应制成的传感器,如图3.1.1所示。
3.1.1 压电式测力系统传感器模型
在图所示压电晶片的两个工作面上进行金属蒸镀行程金属膜，构成两个电极，F为施加在晶片上的外力。实验已证明压电体表面积聚的电荷与作用力成正比。
图3.1.2为压电式力传感器的结构：
3.1.2 压电式力传感器结构
1-顶盖 2-敏感元件 3-导电片 4-基座 5-外壁 6-预紧螺钉
该传感器通过预紧螺钉加预紧力，讲顶盖、基座和外壁焊接为一体，输出插座可与同轴噪声电缆连接。
传感器的贴片原理则是根据材料力学中的受力分析所得到的，所设计的传感器正是为了方便测定Fz与M，故设计的套筒上有着对称的横梁与竖梁，其可以在Fz与M的作用下发生弯曲或者是扭曲变形，均属于超静定梁，受力特点相同。图3.1.3与图3.1.4为正反面八片应变片贴法。
3.1.3 正面八片应变片贴法
3.1.4 反面八片应变片的贴法
由于应变片要尽可能的贴在应变大的地方，而梁的根部所受的应变力最大，是贴片的有利部位。
4. 测试电路设计
4.1 电桥的联接与电路原理框图
4.1 测量Fz、M电桥连接图
连接电桥如图4.1所示，第1-8片符号因互干扰输入信号M均为“-”，第9-12片符号则因互干扰输入信号Fz均变为“-”，因此，两电桥的互干扰输出信号理论上趋于零。
由于应变片受力变化而导致的电阻变化，经由电桥输出的信号十分的微弱，而且信号较杂，故需要通过交流放大电路，相敏检波电路，低通滤波电路之后，再输出到示波器上。
图4.2、图4.3、图4.4分别为交流放大电路，相敏检波电路以及低通滤波电路的电路图。
4.2 交流放大电路
4.3 相敏检波电路4.4 低通滤波电路
综上所述，图4.5为传感器总电路图：4.5 总电路图
参考文献
【1】 江征风 测试技术基础 北京大学出版社 2007年1月
【2】 张红润 传感技术与实验 清华大学出版社 2005年7月
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