毕业论文--切削力测量及数据采集系统的研制

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1、切削力测量及数据采集系统的研制绪论（研究目的，现实意义，认识和中心观点）1.1引言随着切削加工向着高速、高精度、高度自动化方向发展，对切削过程的测量及数据采集也提出了越来越高的要求。为了使这些高度自动化加工设备充分发挥其优良性能，确保加工质量，提高生产效率，对刀具加工过程进行测量和数据采集就越来越重要。大量的研究结果表明，对于切削力的测量和数据采集对金属切削研究起事半功倍的作用。因此，对于切削加工测量和数据采集系统的研制显得由为重要。首先，论文论述了切削力测量和数据采集系统的工作原理，并分别分析了系统各部分的

2、研制过程，并对相关参数作了相关的确定。其次，基于商品化的压电传感器，设计了新型切削力测量和数据采集的相关配套电路。再次，在LabVIEW环境下开发了切削力测量和数据采集系统的软件部分，该软件包括数据采集、数据处理和数据存储等模块，能够实现切削力测量的数据采集、处理、分析、存储等功能。最后，对数据进行了分析处理，结果表明系统满足使用要求。1.2研究目的及意义在现代机械制造技术中，切削加工是最重要的机械加工方法之一。在切削加工过程中，以切削力作为一项重要的直接测试对象进行分析和监控，已经成为从事机械加工与研究领域

3、相关人员的共识。无论是传统的机械加工方式还是新兴的特种加工方式，特别是新型刀具材料、刀具参数的不断出现，以及新型机床性能的不断提高，使得以往通过大量切削试验得到的切削数据已经不再适用，只能作为参考，必须采用合理的试验手段和测量方法重新建立切削参数的数据库。在切削加工过程中，合理的切削参数不仅对提高生产效率和经济效益具有重要意义，而且对数控机床、柔性制造系统以及CAPP的应用显得尤为重要。切削数据库是提供合理切削参数的有效手段，也是实现自动化加工过程的必要环节。此外通过对切削力的测量和数据采集可以评估刀具的磨损

4、量，还可以预测被加工表面的质量，选择最佳切削参数等。切削条件的复杂性和不确定性使得理论计算很难得到精确的切削力，并且随着切削动力学的深入研究，加工过程的适应控制与在线检测等都需要准确地知道切削力，特别是其动态分量的幅值与相位的大小，而要知道这种切削力最可靠且实用的办法就是用切削力测量系统进行实地测量。相应的也研制出了许多类型的测量方法，这些测量方法基本上是基于材料的弹性变形原理来获取力信号的应变式测量方法，应变式测量的最大弱点是刚度和灵敏度之间的矛盾，为了提高灵敏度，导致固有频率偏低，带宽较小，不利于动态力的

5、测量。随着科学技术的发展，对切削力测量以数据采集提出了更新更高的要求，不仅能测静态力，还要能测动态力；不仅能在实验室理想的条件下使用，还能在实际生产现场和各种复杂的切削条件下使用；不仅能作为测力系统单独使用，也能成为自动控制系统的检测或反馈系统。压电式切削力测量及数据采集系统具有力信号比较容易采集、响应快、固有频率高、灵敏度高等优点，已经成为实地测量切削力及数据采集最可靠而适用的办法之一，特别在动态力测量方面[4-8]。目前，世界上出现了各式各样的用于不同加工设备上的压电式系统[9-17]。这些系统在生产与科

6、研中发挥着越来越大的作用。切削力测量及数据采集系统必须具有良好的稳定性与可靠性。系统的输出信号提供了被测对象的一次信息。如果系统工作不稳定，同样的输入得到不同的输出，甚至给出错误的结果，不利于在生产实际中应用。1.3课题研究背景从切削力测量和数据采集的发展来看，大致可分为三个阶段。第一阶段是将力转换成其它物理量的探索阶段，如将力转换成指针偏转或电信号等方法性的试验研究，此间先后出现机械式、电阻应变式、电容式、电感式以及液压式等系统，多在实验室试用；第二阶段是静态分力测试研究阶段，在各种实际加工条件下正确测出静

7、态切削3个分力，作为这个时期代表的电阻应变式系统进一步完善了，获得了较为普遍的应用；第三阶段是动态力的测量与研究阶段，这是最近几十年机械加工动态测量的需要，同时也因近代测试技术的发展提供了可能性而发展起来的，作为这个阶段的代表就是压电式切削力测量及数据系统的诞生。远在第二次世界大战前就出现了以压电石英晶体为力传感元件的切削系统【18】。1955年日本试制出了“虎钳式”压电式系统【19】，前苏联也研制出了压电式车削系统。由于这些系统没能很好的解决静电荷泄漏问题，不能测量静态或准静态力，没有实际应用价值。高阻抗电

8、荷放大器的出现，解决了静电荷泄漏这个关键问题后，压电式测力方法的应用与发展取得了突破。1963年德国阿亨工业大学首先研制成功采用三向压电石英力传感器的三向车削系统【19】。瑞士Kistler公司研制成功了具有优良性能的压电石英力传感器和车削、钻削、铣削系统及多分量测力平台，电荷放大器等，开发了压电测试系统所需的成套设备，开辟了压电测试的新局面。我国研究和使用压电切削系统较晚，1977年大连工业学院应