钻削测力仪的辅助装置设计开题报告(2)
如图1-3所示，上盖1是传力元件，它的变形壁的厚度只有0.1～0.5毫米。一般说来，对灵敏度高的小力值传感器取小值，反之取大值。此时变形壁起到分担部分载荷的作用，以防晶片压碎。聚四氟套 3用来绝缘和定位。基座2内外底面与中心线的垂直度，上盖1及晶片4、电极5的上下底面的平行度与光洁度都有极严格的要求，否则会使横向灵敏度增加，或使片子与各结合面造成局部接触，因应力集中而过早的破碎。为提高绝缘阻抗，传感器元件装配前须经过多次严格的清洗。
图1-4为压电石英三向测力传感器的结构简图，传感器元件是由三对不同切型的石英片组成，中间一对由于具有纵向压电效应，可以测得主切削力Pz；另外两对具有切向效应，方向互成90°，可以测量径向力Py与进给力Px。所以，当空间任何方向的力作用在传感器上时，便能自动的分解成三个互相垂直的分力。多向测力传感器的优点就在于可以简化测力仪结构，提高测力仪刚度，降低制造成本。
图1－4 三向压电传感器
从动态测力的观点出发，压电式测力仪是一种比较理想的测力传感器，具有灵敏度高、受力变形小等优点。然而压电式测力传感器仍然存在一系列缺点：如由于电荷泄漏而不能测试静态力、固有频率的提高受装配接触刚度的限制、文护极不方便、价格昂贵，因此在使用上受到很大的限制。
现代切削加工正在向高速强力切削、精密超精密加工方向发展，机床的振动频率也会远远高于系统的固有频率，这对切削力测量系统提出了新的要求：①测量范围大、高精度和高分辨率；②实时性好，能够在线实时测量；③数据处理和分析能力强，能够对复杂多变的切削力信号进行各种处理和分析。[2]
针对这些方面的要求，切削力测量技术将朝着以下几方面发展：[2]
(1) 弹性元件，优化弹性元件结构及应变片布片方案，提高应变式测力仪固有频率，有效解决应变式测力仪刚度和灵敏度之间的矛盾问题，降低各向力之间的耦合程度；
(2) 集成电路和微电子技术，使数据采集系统集成化，提高数据采集的速度与精度；
(3) 完善数据处理分析软件的功能，例如通过解耦运算进一步减小测力仪各向力之间的耦合程度，以提高测量精度；将虚拟仪器技术引入切削力测试系统，以便对测量数据进行多种操作和数据库管理；建立专家系统，通过对测试数据的分析处理，对刀具磨损、切削颤振等情况做出预报并提出相应的治理措施。
对于钻削加工来说，扭矩和轴向力的大小直接影响钻孔效率，径向力的产生则会影响孔的加工质量，造成孔扩、表面粗糙度增大、孔形不圆等，并可使钻头耐用度降低。因此，在对钻削力进行研究时，应同时测量扭矩、轴向力和径向力，以便更全面地反映钻削过程中钻削力的分布情况。
2 目前有关的一些钻削测力仪的研究成果
压电效应的研究，从1880年居里兄弟(PierreCure，Jacques Cure)发现石英晶体压电效应开始，迄今已有120年历史。只有在二战期间，由于军事的需要，在理论与应用研究方面才有了飞跃发展。此后，逐渐形成压电测试技术学科，但当时也只能用于动态信号检测上。只有当高阻抗电荷放大器出现、解决了电荷泄露问题之后，才使压电测试有了新的突破，使可测参量的频率覆盖空前扩大，从静态到动态、从低频到高频均适用。由于近代物理学、晶体物理学、电介质物理学、实验物理学和材料科学等的发展和工程实际的需要，压电效应的理论研究也开始由宏观向微观、从一次效应向多次感生效应、从线性极化向非线性极化方向发展。但是，目前理论研究的进展还是比较缓慢的，还不能完全满足现代工程实际需要。如压电微观机理、机电耦合与解耦、机电耦合与电磁耦合的相似性、传感器与执行器的结构集成与信息集成等等都是亟待解决的理论与实践问题。
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