合金薄膜传感器测量切削力技术的研究

【摘要】切削力作为一个重要的监测信号直接反映了切削加工过程中刀具的切削状态，能实时准确地获取切削过程中的切削力信号对改进切削方式、提高切削质量具有重要意义。而现代切削加工正在向高速、高效、强力切削、精密及超精密加工方向发展，传统切削测力仪已难以适应现代切削加工的动态环境，研究开发实时的、高精度的、高效的切削力测力系统是近几年切削测力仪研究中的主要课题。近年来薄膜传感器技术越来越成熟，已被广泛应用到各个不同的领域中，也为应变式切削测力仪的发展提供了一个新的突破口。在前人研究的基础上，本文首先探讨了应变式传感器工作的基本原理，设计了一种新型的合金薄膜传感器单元，此传感器单元可直接用于切削力的测量；研究了传感器单元各层的材料和尺寸，并构建了一个刀具切削力测量系统，对其进行了理论分析，得出了测量系统的输出公式。为研究合金薄膜的压阻特性，用ansys软件建立了简化的悬臂梁传感器模型，探讨了用ansys12.0软件进行压阻耦合场分析的可行性，研究了合金薄膜厚度、布片位置与传感器输出的关系，并利用此模型对康铜薄膜和镍铬薄膜的压阻特性进行了对比分析，发现镍铬薄膜灵敏度更高；建立了刀具切削力测量系统的简化模型，对传感器单元输出特性进行了仿真分析，验证了理论输出公式的正确性，推算了电压输出公式。研究了合金薄膜传感器单元的制备工艺技术，根据现有加工条件和技术设计了制备传感器各层所需要的工艺流程，研究了离子束溅射镀膜和离子束刻蚀的原理，进行了初步试验研究工作，为后续研究打下了基础。
【作者】李琦；
【导师】武文革；
【作者基本信息】中北大学，机械制造及其自动化，2014，硕士
【关键词】合金薄膜；传感器单元；切削力；ANSYS；离子束溅射；离子束刻蚀；

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