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高频响三维动态铣削力测试平台设计与试验研究

孙永华  
【摘要】:测力系统的动态特性对动态切削力测试结果有重要的影响,而现有商用测力仪在装夹测试工件以后,系统固有频率往往急剧下降,在高转速铣削力测试中的应用受到限制。为此,本文在国家973计划课题(2009CB724401)的资助下,以高转速铣削力测试为研究对象,集测力结构与工件于一体,设计开发了电阻应变式高频响三维动态铣削力测试平台,并进行了试验验证。主要研究工作包括: (1)针对高速铣削力的高频冲击特性,基于附加弹性元件测力方法,并结合有限元模拟分析结果,以6061铝合金为基体材料,设计试制了电阻应变式高频响三维动态铣削力测试平台的主体结构,并基于锤击法对该主体结构的固有频率进行了检验,满足了固有频率≥7kHz,灵敏度≥1.5με/N的要求。 (2)基于测试平台主体结构,进行了三维动态铣削力测试系统的硬件搭建和电阻应变片贴片与桥接,开发了基于LabVIEW8.5的三维动态铣削力数据采集处理系统,实现了三维动态铣削力的数据实时采集、实时显示、数据存储和数据分析等功能。 (3)应用有限元软件ANSYS10.0对测试平台的应力分布进行仿真,验证了附加弹性元件测力的有效性。在此基础上对高频响三维动态铣削力测试平台进行静态标定,得到了该测试平台系数方程。在2000r/min~14000r/min范围内与商用Kistler9265B动态测力仪进行了铣削力测试对比分析,并对30000r/min~35000r/min条件下的三维铣削力进行了测试。结果表明,该测试平台可满足高转速铣削力测试需求,实现了预期设计目标。


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