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压电式深小孔钻削测力仪的研制

刘建红  
【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。


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