[发明专利]一种基于薄膜应变计的铣削力测量仪

权利要求书

1.一种基于薄膜应变计的铣削力测量仪，其特征在于：包括刀柄，刀柄上固定有机电装置，机电装置包括电池，薄膜应变计，信号处理电路和信号发射装置，电池分别与薄膜应变计，信号处理电路和信号发射装置电连接；电池负责供应能源，薄膜应变计负责感知因切削力而产生的刀柄表面应变信号，信号处理电路对薄膜应变计测量的信号进行采集、放大处理，信号发射装置将信号处理电路处理的信息传输到信号接收装置，并上传至上位机进行数据分析。

2.根据权利要求1所述的一种基于薄膜应变计的铣削力测量仪，其特征在于：所述薄膜应变计的安装方法包括以下步骤：

S1、对刀柄进行薄壁化处理；

S2、在刀柄柱形表面加工出薄膜应变计放置区域；

S3、在步骤S2中得到的区域内进行平面切割及抛光处理；

S4、在步骤S3进行切割处理后的放置区域上安装薄膜应变计；

S5、步骤S4中安装的薄膜应变计将刀柄所受的切削力信号进行分解并上传至上位机进行数据分析。

3.根据权利要求2所述的一种基于薄膜应变计的铣削力测量仪，其特征在于：所述步骤S2中薄膜应变计放置区域的数量为四个且相隔90°分布在刀柄的外表面。

4.根据权利要求1所述的一种基于薄膜应变计的铣削力测量仪，其特征在于：所述步骤S5中将切削力可分解为沿轴向的力F_z、指向刀具中心的力F_x及沿刀具切向的力F_y，以刀具中心点作为力分析对象，F_z、F_x和F_y可分解为刀柄上的轴向力F_z、弯矩M_x、M_y和扭矩T，单独的轴向力使刀柄表面产生拉伸、压缩的应变效果，在刀柄轴向的同一高度上，其表面周向上的主应变沿轴向方向，大小保持一致；单独的弯矩使刀柄表面也产生拉伸、压缩的应变效果，在刀柄轴向的同一高度上，其表面周向上的主应变沿轴向方向且呈正弦变化，相距180°的两处应变，大小相等、方向相反；单独的扭矩使刀柄表面产生扭转效果，在刀柄轴向的同一高度上，其表面周向上的主应变沿与轴向成45°方向，大小保持一致。

5.根据权利要求2所述的一种基于薄膜应变计的铣削力测量仪，其特征在于：所述薄膜应变计中每四个薄膜应变计构成一个薄膜应变计组，四个薄膜应变计分别命名为A1、A2、B1和B2，A1与A2用于感知扭矩T带来的应变，B1与B2用于感知弯矩M和轴向力F带来的应变。

6.根据权利要求5所述的一种基于薄膜应变计的铣削力测量仪，其特征在于：所述薄膜应变计组的数量为四个且相距间隔90°，薄膜应变计组分别设为薄膜应变计第一组、薄膜应变计第二组、薄膜应变计第三组和薄膜应变计第四组，薄膜应变计第一组、薄膜应变计第二组、薄膜应变计第三组和薄膜应变计第四组通过信号的叠加得出轴向力F_z所带来的应变信号，通过信号的相减得出弯矩M_x和M_y所带来的的应变信号。

7.根据权利要求2所述的一种基于薄膜应变计的铣削力测量仪，其特征在于：所述刀柄为回转体结构，刀柄的中部开设有刀柄凹槽，薄膜应变计放置区域位于刀柄凹槽内。

8.根据权利要求2所述的一种基于薄膜应变计的铣削力测量仪，其特征在于：所述薄膜应变计包括自下而上布置的绝缘层(2)、应变层(3)和防护层(4)，绝缘层(2)通过磁控溅射技术制备于刀柄表面，用于保证应变层(3)与刀柄的电气绝缘，应变层(3)包括应变栅组(5)和电极(6)，应变层(3)采用光刻、掩膜技术，采用磁控溅射技术将应变栅组(5)和电极(6)制备于绝缘层表面，用于感知刀柄的应变信号，同时配有电极连接导线与外部电路相连，进行信号的处理；防护层(4)采用磁控溅射技术制备于应变层(3)之上，用于防止外界环境的干扰。

9.根据权利要求8所述的一种基于薄膜应变计的铣削力测量仪，其特征在于：所述应变栅组由多个布置方向不同的应变栅组成，以感知不同方向的切削力所带来的应变，应变栅与电极相连，电极通过导线与信号处理电路电连接。