基于声表面波原理的切削力测量智能刀具研究.pdf

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1、·机械制造·李文德。等·基于声表面波原理的切削力测量智能刀具研究基于声表面波原理的切削力测量智能刀具研究李文德，丁辉，程凯(哈尔滨工业大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨150001)摘要：切削力的测量对于监测加工过程以及获得高精度的零部件具有重要作用，为实现自适应加工提供切削状态参数。研究了一种基于声表面波原理的切削力测量智能刀具。能在切削加工中实现主切削力的实时测量．并具有无线、无源的测量优势，能够适应复杂的加工环境。建立了切削力与声表面波谐振器石英基片应变的关系模型，分析了声表面波谐振器谐振频率，得到了切削力与声表面波谐振频率偏移量的关系。实验结果表明。基于声表面波原理的切削力测量智能

2、刀具能够实现切削力的实时测量。关键词：声表面波谐振器：切削力；谐振频率；频率偏移；模态耦合中图分类号：TG501．3文献标志码：A文章编号：1671．5276(2014)05．0046．05ResearchonForceMeasuringSmartCuttingToolBasedonSurfaceAcousticWaveResonatorPrincipleLIWen．de．DINGHui．CHENGKai(SchoolofElectromechanicalEngineering，HarbinUniversityofTechnology，Harbin150001，China)Abstra

3、ct：Thecuttingforcemeasurementisessentialformonitoringmachiningprocessandachievinghighprecisionmechanicalparts，andatthesametimes，itprovidesprocessingparametersforself-adaptingmachining．Acuttingforcemeasuringsmartcutingtoolwithsurfaceacousticresonatorisinvestigated，andthistoolcanbeusedtorealizerea

4、l—timemaincutingforcemeasuringduringmachiningprocess，whichischaracteristicofwirelessandpassivemeasuring，andsuitableforcomplexprocessingenvironment．Therelationshipmodelbetweencutingforceandstrainofthequartzsubstrateinsurfaceacousticwaveresonatorisestablished，anditsresonantfrequencyisanalyzed．then

5、therelationshipbetweencutingforceandtheresonantfrequencyshiftoftheresonatorisOb—tained．Experimentalresultsshowthatthesmartcutingtoolwithsurfaceacousticwaveresonatorcanbeusedtoachievereal—timemeasuringofcutingforce．Keywords：surfaceacousticwaveresonator；cutingforce；resonantfrequency；frequencyshift

6、；COM泛应用，在测量领域成为一个研究热点。声表面波技术应用0引言于加工测量中能够表现出巨大的优势，除了测量动态性能好，能够实现无线测量，环境适应能力强、低成本等_3]之外，为满足高速、高效、高精度和高可靠性的切削加工要求，还具有较高的测量分辨率．具有应用于超精密加工中微小切切削刀具及其系统对获得稳定的高品质表面和完整的高面削力测量的潜力。形精度的零部件起着至关重要的作用。目前切削力测力仪谐振型声表面波传感器或称声表面波谐振器．是应用主要有应变式测力仪、压电式测力仪等”]。尽管这些测力仪声表面波进行测量的主要器件。声表面波谐振器作为测能够实现一定精度的切削力的测量．并且有些已经得到应量

7、器件可以测量压力、温度、应力、加速度等。Ye等基于用，但是仍旧存在如动态特性和环境适应能力差。价格昂贵，声表面波传感器开发了血液压力无线测量装置l4]。由于系统滞后现象无法实现实时测量等问题_2]。目前性能Francois等提出了应用声表面波传感器测量500oC以上高较好的测力仪以Kistler测力仪为代表，具有较高的灵敏度与温的测量方法l5]。在机械加工方面。Stoney等提出了将声动态测量性能，因此在切削力测量等实验研究中得到应用。表面波谐