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基于PVDF压电薄膜的切削力测量传感器
[ 作者:技术转移中心 来源:哈工大(威海)科学技术处 浏览:87 录入时间:2017年5月31日 ]
 

切削力是描述切削过程的基本参数和重要的物理量,对切削热的产生、刀具磨损、加工质量等方面有重要的影响。掌握切削力的变化规律,计算切削力的数值是计算切削功率,制订切削用量工艺装备的主要依据,对工艺优化、刀具设计与状态监测、解决切削加工中问题等具有重要意义。

目前市面上常用的电阻式测力仪动态响应频率低、精度差,而压电晶体式测力仪成本高昂,基本为国外公司所垄断。本研究组基于压电薄膜传感技术与弹性变形理论,利用有限元分析方法设计出了一种基于PVDF压电薄膜的切削力传感器,为高速切削力测量领域提供一种兼具低成本和高性能的切削力测量方案。该传感器适合高速铣削、车削、钻削和磨削等过程切削力测量,该成果对提升我国装备水平、打破国外垄断有较大意义,并将助力我国机械加工企业的核心竞争力提升。

下图是利用本测力传感器检测的微铣削切削力信号,本传感器能较好地反映切削力信号,对1N以下的微小切削力也有很好的检测灵敏度。并有足够高的响应频率,可用于主轴转速高达8万转/分钟的高速铣削力信号采集。目前,经过大量铣削试验,证明其在高速铣削时应用良好。

和现有的测力仪相比,本测力平台如下优点:

1)量程0.1~500N

2)静、动态特性良好;

3)分辨率<0.1N、响应频率>4000Hz

4)成本低廉。

项目成熟度:目前已做出样机

应用前景:本项目的铣削测力平台可同时实现三维铣削力测量,具有灵敏度高、动态响应好等优点。目前市占率较高的Kistler测力仪售价在30万左右,本测力平台可将成本控制在其十分之一左右。本传感器技术成熟、质量可靠,适合批量生产,具有广阔的市场前景。

 

                

                        a) 微铣削过程切削力检测                     b) 信号局部放大

 

 

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文章发布员:矫丽敏
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