[发明专利]一种基于薄膜应变计的铣削力测量仪

说明书

本发明公开了一种基于薄膜应变计的铣削力测量仪，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。

技术领域

本发明属于切削力测量装置技术领域，具体涉及一种基于薄膜应变计的铣削力测量仪。

背景技术

机械切削加工过程中，切削力是一项重要参数，通过监测切削力的大小与方向，可以用于刀具磨损和加工零件质量的预测与评估，同时也能指导加工参数的调整，对实现智能化生产制造具有重大意义。

切削力在刀具与工件的切削啮合点处产生，根据牛顿第三定律，切削力可以在工件端或刀具端测量。以铣削加工来说，可以采用工作台式测力仪测量工件端切削力，但因其存在装夹复杂、加工工件尺寸受限等缺陷而不能广泛适用于生产加工中；相反地，采用测量刀具端切削力的方式，可以很好地解决以上问题。

采用刀具端测量切削力的方式，常用的方法是通过感知刀具端机械变形进行间接测量切削力。例如在铣削加工中，可以通过感知刀柄的机械变形以测量切削力；其中常用的感知元件以电阻式应变传感器为主，又称电阻应变计，其工作原理为：当外界力/力矩引起被测件机械变形后，传感器内部敏感材料的几何形状也相应发生一定改变，导致敏感材料的电阻产生变化，通过对电阻变化引起的电信号进行采集、放大等处理，可以测量出被测件的应变变化，并间接测量出被测件受力大小。

市场上常见的电阻式应变传感器以粘贴式电阻应变计为主，需要借助粘结剂和被测件表面紧密贴合以进行测量，但是采用粘结剂与被测件结合的方式会带来一定的滞后与蠕变问题。若采用粘贴式应变计用于测量刀柄表面应变以测量切削力，伴随实际加工特性：(1)刀具加工中高速旋转且伴随着高频振动；(2)温度较高；(3)因刀柄高刚性导致刀柄表面应变信号微弱；粘贴式应变计的缺陷会更加明显，难以测量刀柄表面的微弱应变信号。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种集成刀柄式切削力测量装置，内部采用基于电阻式薄膜应变计采集应变信号及其布局和设计方法，并在刀柄周身紧固一种机电装置；内部有信号处理电路和信号发射装置，信号数据传输到上位机对切削力进行求解，实现在加工过程中切削力的实时无线监测的基于薄膜应变计的铣削力测量仪。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种基于薄膜应变计的铣削力测量仪，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。

进一步地，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。

进一步地，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。