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1、切削力测量技术现状及其开展趋势分析p 论文切削力测量技术现状及其开展趋势分析p 论文摘 要：分析p 了目前切削力测量技术的现状及存在问题，根据现代切削加工高速、高精度和强力切削的特点，提出了切削力测量技术新的要求及开展趋势。【关键词】：p ：切削力；测量技术；现状；开展趋势1 切削力测量技术现状分析p 切削力测量系统一般由三局部构成：由测力仪、数据采集系统和PC机三局部组成，如图1所示。测力仪测力传感器通常安装在刀架车削或机床工作台上铣削，负责拾取切削力信号，将力信号转换为弱电信号；数据采集系统对此弱电信号进展调理和采集，使其变为可用的数字信号；PC机通过一定的软件平台，将切削力信号显示出来，
2、并对其进展数据处理和分析p 。1.1 切削测力仪1.1.1 应变式测力仪应变式测力仪由弹性元件、电阻应变片及相应的测量转换电路组成，其工作原理如图2所示。把电阻应变片贴在弹性元件外表，并连接成某种形式的电桥电路，当弹性元件受到力的作用而产生变形时，电阻应变片便随之产生变形，从而引起其电阻阻值的变化R，即应变片电阻值的变化R造成电桥不平衡，使电桥输出发生变化U，通过标定建立输出电压与力之间的关系。使用时根据输出电压反算切削力的大小。应变式测力具有灵敏性大、适应性广、性能稳定等优点，而且配套仪表如静态应变仪、动态应变仪等已标准化，因此得到广泛应用。但是其测量原理决定了测量精度和动态特性主要取决于弹
3、性元件的构造，如何有效解决灵敏度和刚度之间的矛盾，是进步应变式测力仪测量精度和动态特性的关键。 1.1.2 压电式测力仪压电式测力仪是以压电晶体为力传感元件的切削测力仪，当石英晶体在外力作用下发生变形时，在它的某些外表上出现异号极化电荷。这种没有电场的作用、只是由于应变或应力在晶体内产生电极化的现象称为压电效应。通过测量产生电荷量即可以到达测量切削力的目的。从动态测力的观点出发，压电式测力仪是一种比拟理想的测力传感器，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、固有频率的进步受装配接触刚度的限制、维护极不方便、价格昂贵，因此在使用上受
4、到很大的限制。1.1.3 电流式测力仪直接使用测力仪测量切削力有其局限性：安装测力仪时，工艺系统构造遭到破坏从而导致其刚度发生变化，采集不到准确的切削力力信号；测力仪的安装、调试技术复杂；测试设备花费较高；测力仪测试系统可靠性较低。文献4提供了一种间接测量切削力的方法，即电流式测力仪，其测量原理是：切削力的变化会引起主轴电机电流的变化，通过测量主轴电机电流来估计切削力的大小。因机床主轴电机电流的测量比拟容易和简单，所以这是一种经济而又简便的方法。电流式测力仪的局限性表达在两个方面：把主传动系统的运动学模型看作是一个线性模型，所以加工过程中的非线性因素会在一定程度上降低测量精度；当切削力发生变化
5、时，相应的主轴电流信号有一定的滞后现象，无法满足对切削力进展实时监测的较高要求。1.2 数据采集系统如图3所示，数据采集系统通过一定的电子线路，对测力仪的输出信号进展放大、滤波等处理后，将其进展A/D转换，变为计算机的可用信号，再通过接口电路与PC机进展数据传输。目前大多数切削力数据采集系统由放大器、滤波器、数据采集卡等分立元器件组成，体积较大，系统稳定性不高，测量精度和实时性也渐渐满足不了现代测力系统的要求。1.3 数据显示和分析p 处理早期的数据显示和分析p 处理单元由指示仪表、示波器和记录仪等组成，其数据显示和分析p 处理功能都是很有限的。随着计算机技术的快速开展，目前数据显示和分析p
6、处理单元根本上被计算机终端所代替，显示功能更加丰富和强大，但软件的功能仅局限于数据拟合、图表显示和输出等，对测力仪各向力之间的耦合没有进展有效的处理，从一定程度上影响了测力精度。2 切削力测量技术的开展趋势现代切削加工正在向高速强力切削、精细超精细加工方向开展，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：测量范围大、高精度和高分辨率；实时性好，可以在线实时测量；数据处理和分析p 才能强，可以对复杂多变的切削力信号进展各种处理和分析p 。针对这些方面的要求，切削力测量技术将朝着以下几方面开展：1开发新型弹性元件，优化弹性元件构造及应变片布片方案，进步应变式测力仪固
7、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应用集成电路和微电子技术，使数据采集系统集成化，进步数据采集的速度与精度；3完善数据处理分析p 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，以进步测量精度；将虚拟仪器技术引入切削力测试系统，以便对测量数据进展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p 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。【参考文献】：p 1罗学科. 动态多维力传感器的理论研究与理论D.北京航空航天大学博士论文,1995.1.2姜术君. 采用虚拟仪器技术构建测力系统的研究D.北京航空航天大学硕士学位论文,2023.3.3杨兆建，王勤贤. 测力传感器研究开展综述J.山西机械，2023，1.4周林，殷侠. 数据采集与分析p 技术M.西安：西安电子科技大学出版社，2023.5张小牛，侯国平，赵伟. 虚拟仪器技术回忆与展望J.测控技术，2000，9.6苏建修. 高速切削关键技术J.机电国际市场，2023，11.第 页 共 页
