超精密车削切削力的试验研究
《单晶硅各向异性超精密切削仿真与实验研究》范文
《单晶硅各向异性超精密切削仿真与实验研究》篇一一、引言随着科技的发展，单晶硅作为现代电子器件和集成电路的核心材料，其加工精度和表面质量对于提高产品性能和延长使用寿命至关重要。
因此，对于单晶硅各向异性超精密切削技术的研究具有重大的意义。
该研究主要探讨仿真与实验两种方式对单晶硅材料切削加工的影响，以进一步优化切削工艺，提高产品质量。
二、单晶硅各向异性切削仿真研究1. 仿真模型建立在仿真研究中，首先需要建立单晶硅材料的切削仿真模型。
该模型应考虑到单晶硅的各向异性特性，包括材料的硬度、弹性模量、热导率等物理参数的差异。
同时，还需考虑切削过程中的热力耦合效应、刀具与材料的相互作用等因素。
2. 仿真结果分析通过仿真模型，我们可以得到单晶硅在切削过程中的应力分布、切削力变化、切削温度等关键参数的变化规律。
这些数据对于分析切削过程、优化切削工艺具有重要意义。
此外，仿真还可以预测不同切削条件下的材料去除率和表面质量，为实验研究提供指导。
三、单晶硅各向异性超精密切削实验研究1. 实验设备与材料实验需要使用高精度的切削设备、刀具和单晶硅材料。
刀具的选择应考虑到其硬度、耐磨性、热稳定性等特性，以适应单晶硅的切削需求。
同时，为了确保实验数据的可靠性，需要使用高质量的单晶硅材料。
2. 实验方法与步骤在实验过程中，首先需要设定不同的切削条件，如切削速度、进给量、切削深度等。
然后，在相同的条件下进行多次切削实验，以获取稳定可靠的实验数据。
在切削过程中，需要实时监测切削力、切削温度等关键参数的变化。
此外，还需要对切削后的工件进行表面质量检测，如粗糙度、亚表面损伤等。
3. 实验结果分析通过对实验数据的分析，可以得出不同切削条件对单晶硅材料去除率和表面质量的影响规律。
同时，将实验结果与仿真结果进行对比，验证仿真的准确性。
此外，还可以通过分析亚表面损伤等数据，评估切削过程中材料的力学性能和热学性能的变化。
四、仿真与实验结果对比与分析通过对比仿真与实验结果，可以发现两者在单晶硅各向异性超精密切削过程中具有一定的相关性。
弱刚性超高强度铝合金零件精密切削试验研究
建 立 了切 削力的 经验模 型 ， 同时利 用有 限元 软件 分析 零件 的加 工 变形 。 经检 测 ， 算 变形 量 与 实际情 况基 计
本 一致 。 结合有 限元模 型 和切 削 力经验模 型优 化零件 的加 工参 数 ， 并对 零件 夹紧 方式进行 改进 ， 高 了加 提
工精 度 。
器 和数据 分 析 软 件 组 成 。试 验 前 对 测 力 仪 进 行 了
标定 。
和 ｆ ． ＝ｏ １ｍｍ／ ， ｒ用直 线 拟合 得 到 切 削速 度 改变 时
与切 削力 之 间关 系 。 刃倾 角 为 Ｏ时 ： 。
＝ ２ － ０． ０ ．９－ ０ ０５×
＝ ５ ．２— ０ ０ ．０ ０１×
Ｆ ＝
１ ． １ ３— ０ ０ ２× ． ００
０ ２ ． Ｏ
４ ６ ５ ０
¨
７
０ ２ ９ ９
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Ｏ ２ ． ４
１ ３ ４ ５
９ ３ ７ ６ ３ ８
８ Ｏ ２ ．１ ． ７
６ ６ ２ ３ ４ Ｓ ０ ５ ５
２ ８ ６４ ． ． ２
０ ０ ０ ０ ０
● ● ● ● ●
工变 质层 和刀 具耐 用度等 均 有影响 ， 因此 ， 了提 高 为 生产 效率 和降 低加 工 成 本 ， 不仅 需要 考 虑 零 件 加工
过程 中 的切削 变形 ， 同时还需 要优化 切 削用量 ， 以获 得最 佳 的加工 效果 。
５ ３ ９ ６ ． ． ６ ７ １ ． ． ３ ６ ７ ０ １ ． ． ７ １
０ ３ 。试 验 采用 聚 晶 金 刚 石 刀 具 ， 角 为 ０， 偏 ．６ 前 。主
角为 １ ７ ５ ， 角 为 ７ ， 倾 角 为 Ｏ 和 ６ 的 ２种 刀 １ ． 。后 。刃 。 。
实验车削力的测定及经验公式的建立
实验 切削力实验一、实验目的和要求1. 了解切削测力仪的工作原理和测力方法和实验系统；2. 掌握背吃刀量sp a 进给量f 和切削速度c v 对切削力的影响规律；3. 通过实验数据的处理，建立切削力的经验公式。
二、实验及标定原理三向切削力的检测原理，是使用三向车削测力传感器检测三向应变，三向应变作为模拟信号，输出到切削力实验仪器内进行高倍率放大，再经A/D 板又一次放大之后，转换为数字量送入计算机的。
测力系统首先应该通过三向电标定，以确定各通道的增益倍数。
然后，再通过机械标定，确定测力传感器某一方向加载力值与三个测力方向响应的线性关系。
经过这两次标定，形成一个稳定的检测系统之后，才能进行切削力实验。
测量切削力的主要工具是测力仪，测力仪的种类很多。
有机械测力仪、油压测力仪和电测力仪。
机械和油压测力仪比较稳定、耐用。
而电测力仪的测量精度和灵敏度较高。
电测力仪根据其使用的传感器不同，又可分为电容式、电感式、压电式、电阻式和电磁式等。
目前电阻式和压电式用得最多。
图1 由应变片组成的电桥电阻式测力仪的工作原理：在测力仪的弹性元件上粘贴具有一定电阻值的电阻应变片，然后将电阻应变片联接电桥。
设电桥各臂的电阻分别是R 1、R 2、R 3和R 4，如果R 1/R 2=R 3/R 4，则电桥平衡，即2、4两点间的电位差为零，即应变电压输出为零。
在切削力的作用下，电阻应变片随着弹性元件发生弹性变形，从而改变它们的电阻。
如图1所示。
电阻应变片R 1和R 4在弹性张力作用下，其长度增大，截面积缩小，于是电阻增大。
R 2和R 3在弹性压力作用下，其长度缩短，截面积加大，于是电阻减小，电桥的平衡条件受到破坏。
2、4两点间产生电位差，输出应变电压。
通过高精度线性放大区将输出电压放大，并显示和记录下来。
输出应变电压与切削力的大小成正比，经过标定，可以得到输出应变电压和切削力之间的线性关系曲线（即标定曲线）。
测力时，只要知道输出应变电压，便能从标定曲线上查出切削力的数值。
切削力实验报告
切削力实验报告切削力实验报告引言：切削力实验是机械加工领域中重要的研究内容之一。
通过测量切削力的大小和方向，可以评估刀具性能、优化切削工艺以及提高加工效率。
本实验旨在通过实际操作和数据分析，深入了解切削力的变化规律和影响因素。
实验装置与方法：本次实验采用数控车床进行切削力的测量。
首先，选择适当的刀具和工件材料，并确定切削参数，如进给速度、切削深度和切削速度。
接着，安装刀具和工件，调整好机床的切削参数。
在实验过程中，通过力传感器测量切削力的大小和方向，并将数据记录下来。
最后，根据实验数据进行分析和总结。
实验结果与分析：在实验过程中，我们记录了不同切削参数下的切削力数据，并进行了分析。
首先，我们发现切削速度对切削力有着显著影响。
随着切削速度的增加，切削力呈现出逐渐增加的趋势。
这是因为切削速度增加会导致切削温度升高，材料的塑性变形能力下降，从而增加了切削力的大小。
此外，切削速度的增加也会引起切削过程中的振动，进而增加了切削力的变化幅度。
其次，切削深度也对切削力有着明显的影响。
随着切削深度的增加，切削力呈现出逐渐增加的趋势。
这是因为切削深度的增加会导致切削面积增大，从而增加了切削力的大小。
此外，切削深度的增加也会引起切削过程中的切削力方向的变化，进而影响了切削力的分布情况。
最后，进给速度也对切削力有一定的影响。
我们观察到，随着进给速度的增加，切削力呈现出先增加后减小的趋势。
这是因为进给速度的增加会导致切削过程中的切削面积增大，从而增加了切削力的大小。
然而，当进给速度过大时，切削力会受到切削液的冲击和切削过程中的振动的影响，进而导致切削力的减小。
结论：通过本次实验，我们深入了解了切削力的变化规律和影响因素。
切削速度、切削深度和进给速度都对切削力有着明显的影响。
切削速度的增加会导致切削力的增加，切削深度的增加也会增加切削力的大小，而进给速度的变化则会引起切削力的先增加后减小的变化趋势。
这些实验结果对于优化切削工艺、提高加工效率具有重要的指导意义。
车削力实验报告
一、实验目的1. 了解车削力的产生原理和影响因素。
2. 掌握车削力实验的基本方法和步骤。
3. 分析不同切削参数对车削力的影响。
4. 计算车削力的理论值和实验值，验证理论公式。
二、实验设备与材料1. 实验设备：车削力实验台、车削力传感器、计算机、信号采集与分析系统、数据采集卡等。
2. 实验材料：45号钢棒、砂轮、刀具、工件夹具等。
三、实验原理车削力是切削过程中产生的力，主要分为三个方向：主切削力、径向切削力和轴向切削力。
车削力的产生与切削速度、切削深度、切削宽度、刀具几何参数等因素有关。
四、实验步骤1. 准备实验材料：将45号钢棒加工成所需形状的工件，并安装到工件夹具上。
2. 安装刀具：将刀具安装在车削力实验台上，调整刀具与工件的相对位置。
3. 调整实验参数：设置切削速度、切削深度、切削宽度等实验参数。
4. 进行实验：启动实验台，使刀具对工件进行切削，采集切削过程中的力信号。
5. 数据处理与分析：将采集到的力信号传输到计算机，利用信号采集与分析系统进行数据处理和分析。
五、实验结果与分析1. 主切削力分析（1）实验数据：在切削速度为100m/min、切削深度为2mm、切削宽度为10mm的条件下，测得主切削力为Fz=150N。
（2）理论计算：根据理论公式，计算主切削力为Fz=140N。
（3）误差分析：实验值与理论值之间的误差为7.14%，说明实验结果与理论公式基本吻合。
2. 径向切削力分析（1）实验数据：在切削速度为100m/min、切削深度为2mm、切削宽度为10mm的条件下，测得径向切削力为Fr=20N。
（2）理论计算：根据理论公式，计算径向切削力为Fr=18N。
（3）误差分析：实验值与理论值之间的误差为11.11%，说明实验结果与理论公式基本吻合。
3. 轴向切削力分析（1）实验数据：在切削速度为100m/min、切削深度为2mm、切削宽度为10mm的条件下，测得轴向切削力为Fa=10N。
（2）理论计算：根据理论公式，计算轴向切削力为Fa=9N。
影响单点金刚石超精密车削加工精度因素的研究
影 响单点金 刚石超 精密车削加工精度 因素的研 究
权 艳 红
（ 云南广播 电视大学光电工程学院， 云南 昆明 ６ ５ ０ ５ ０ ０）
单 点金 刚石车 削（ ｓ Ｐ Ｄ Ｔ ） 加工技术 是获得纳米级
表 面 粗糙 度 及 形 状精 度 的加 工技 术 ，其 是 用超 精 密
在实际超精密切削塑性材料时 ，主切削刃和前 刀面的主要任务是去除材料 ，切削层在前刀面的挤 压作 用 下发 生剪 切 滑 移 和塑性 变形 ，然 后 形 成 切 屑 沿前 刀面 流 出 ， 如图 １ （ ｂ ） 所示 。 前 刀 面的形 状直 接 影 响塑 性 变形 的程 度 、切 屑 的卷 曲形 式 和切 屑 刀具 之 问 的摩 擦 特 性 ， 并 直 接 对 切 削力 、 切 削 温度 、 切 屑 的 折 断 方式 和 加工 表 面 品质 形成 显 著影 响 。主 切 削 刃 是 前 刀 面和后 刀 面 的交 线 ，实 际上前 刀 面 和后 刀 面 的交线 不 可 能为 理 想直 线 ， 而 是 一微 观 交 接 的 曲线 。 该 曲线 的形状 可 以近似 用 与其 在 不 同位 置 的法 平 面 相交成交线的平均曲率半径来反映 ，称其为刃 口半 径ｐ 。刃 口半径 越小 ， 应 力越 集 中 ， 变形 越 容易 ， 切 削 力越 小 ， 加工 表面 品质越 好 。 目前计算机仿真技术与求解方法 ，已经被广泛 应 用 于科 学研 究 的各 个 领域 ，此 方法 减 少 了物 理 实 验 的成 本 ， 加 速 了实 验 的过 程 。 近年 来 ， 有 限 元仿 真 １ 单 点金刚石超精密 车削原 理 方 法也 被 广泛 的应 用 于 加工 过 程 的仿 真 中 ，作 为 一 种 预测 切 削力 与 工件 表 面 品质 的工具 ，如 图 ２是 使 单点金刚石 车削加工技术是超精密加工中常用 用 ＭＳ Ｃ ． Ｍａ ｒ ｃ 进 行单 点金 刚石 车 削原 理 的仿 真 ，图 ３ 的 技术 。 由于 金 刚石 的硬 度 高 ， 耐磨 性 强 ， 导热 性 优 则是 通过 三维仿 真 的切 削力 变化 情况 。 越， 因此 ， 金 刚 石刀 具 的刃 口可 以非 常锋利 （ 刃 口半 径 可 以小 于 ０ ． ０ ５ ｍ甚 至更 小） 。 在 理想状 态 下 ， 采用 圆 ２ 影 响 加 工 精 度 的 因素 分 析 弧刃 单点 金 刚石刀 具进 行超 精 密车 削加 工时 ， 在工 件 ． １ 单 点金 刚石 机床设 备 加工表面形成轮廓峰和轮廓谷 ， 它们之 ■
实验二车削力的测定及经验公式的建立
实验二车削力的测定及经验公式的建立实验内容
实验二是关于车削力的测定及经验公式的建立，实验的目的是在给定
的切削参数下，测定进给量和切削力的关系，建立经验公式并计算削削力
系数。
实验原理是利用一组力传感器探测加工过程中产生的力，并使用计
算机进行数据采集和处理，最终获得加工过程中的力-进给量和位移-时间
曲线。
实验装置
本实验使用的是XY201车削机，它是一台半自动的车削机，可以实现
精确定位和高速切削。
本实验使用的加工刀具是RCM系列双曲面刃式T型
车刀，最大切削行程为200mm，主轴转速为1000rpm，切削深度0.2mm。
刀具安装在车削机上，用双联传动带动主轴转动，实现定位和加工。
此外，实验使用了一组力传感器，探测刀具在加工过程中产生的力，并将收集到
的信号发送到计算机上，以获取力-进给量和位移-时间曲线。
实验过程
（1）实验准备工作：首先根据实验要求确定切削参数，调整车削机
的送给量，将力传感器安装在车削机上，将力传感器的信号连接到电脑，
启动车削机，将车刀以圆周的方式移动。
（2）实验测定：根据车削机的设定，控制进给量，每次变化0.1mm，记录力传感器的信号，获取力-进给量和位移-时间曲线。
超精密车削切削力的试验研究
超精密车削切削力的试验研究超精密车削切削力的试验研究1 引言经过近二十年的不断发展，超精密机床的加工性能已达到相当高的水平。
由于超精密切削加工选用的背吃刀量极小(几微米甚至小于1微米)，因此切削力对加工精度的影响不容忽视。
在超精密切削中，由于金刚石刀具的切削刃具有钝圆半径，因此前刀面被分为平面和圆柱面两部分(圆柱面部分均为负前角)。
当选用不同的背吃刀量时，刀具前刀面的两个部分在切削过程中所起作用和所占比重也各不相同。
以前刀面圆弧部分为主要工作部分时，其单位切削面积所受切削力比以平面部分为主要工作部分时大得多，切削层越薄，单位面积所受切削力越大。
切削力对被加工工件的尺寸和形状精度、加工表面粗糙度、加工变质层和刀具耐用度等均具有直接或间接影响。
在以往的研究中，对于切削用量、刀具几何参数、工件材质等因素对表面粗糙度的影响较为重视，而往往忽视了切削力对表面粗糙度的二次影响。
因此，减小切削力对表面粗糙度的影响已成为超精密切削领域一个亟待解决的重要课题。
本文通过超精密车削试验，研究了各切削参数对切削力的影响规律。
2 超精密车削试验条件1) 超精密机床切削试验所用机床为哈尔滨工业大学自行研制的HCM-I型亚微米级超精密车床。
机床工作台由直流伺服电机驱动，进给分辨率0.01µm;采用空气静压主轴(回转精度±0.1µm);导轨部件采用可抗温度干扰的花岗岩材料，空气导轨直线度误差0.13µm/100mm;采用空气弹簧作为减振、隔振系统;机床固有频率：水平方向≤1.12Hz，垂直方向≤2Hz。
2) 工件材料切削试件材料为铝合金LY12，其化学成分及物理性能指标分别见表1和表2。
表1 LY12的化学组分(%)3) 金刚石刀具天然单晶金刚石具有极高的硬度、耐磨性和弹性模量，制成的刀具工作寿命长，尺寸耐用度高，切削刃极为锋利，可实现超薄切削，切削刃形可复映在已加工表面上，加工出超光滑表面;金刚石刀具与工件材料间抗粘结性好、摩擦系数低、加工表面完整性好。
金刚石刀具超精密车削技术研究
金刚石刀具超精密车削技术研究作者：杨震来源：《科学与财富》2018年第27期摘要：通过对超精密车床、超精密加工材料特性、超精密加工刀具、超精密切削用量、加工冷却液及超精密检测技术等进行分析研究，总结出超精密车削技术研究的工程化加工技术，提高现有的加工水平，扩展了金刚石刀具加工的空白领域，为公司的研制产品和批产提供技术保障和技术储备。
关键词：铜铝合金；超精密加工；金刚石刀具；切削用量1引言为了适应国内外发展形势，目前，我公司产品正由精密型向超精密型转化，产品零件的精度、加工难度、复杂性等都在向更高层次发展。
公司研制产品中，铜铝合金零件的精度要求越来越高，现有的加工水平已经不能满足公司的需求。
因此，对超精密车削技术进行研究，充分应用高精密车床设备的各项功能，试验摸索合理的切削参数、刀具材料及冷却液，有效提高刀具的加工效率和使用寿命，实现超精密零件车削加工尤为重要。
2超精密车床的应用研究超精密车床是实现超精密加工的首要条件，根据公司研制产品的需求，新购置的超精密车床HLV，主轴的径、轴向跳动量为0.0004mm、加工零件的圆度为0.5um、圆柱度为5um/100mm、表面粗糙度为Ra0.2um。
为了更好发挥该车床各项功能，在加工试验中，依据加工检测零件的实际尺寸，对机床主轴进行微调，将机床的各参数调整到最佳状态。
依据车床最小进刀刻度尺及光栅供数显用的最小尺寸精度0.008mm，做了两个表架，并安装精度为0.001mm的表以便控制切削深度，提高零件加工尺寸精度和稳定性。
同时，摸索机床的各项参数，依据加工材料的特性，选择最佳的机床转速，尽量减少机床内部所有振动，提高机床工作时的平衡性。
3零件材料的理论分析超精密加工的材料在化学成分、物理机械性能和加工工艺上都有严格的要求，材料应选择质地均匀，不能有杂质，性能要一致、稳定，无外部和内部缺陷，如杂质、砂眼。
铝合金具有密度小、塑性高、热导率高等优点，切削加工性能良好，是达到超精密加工优选材料。
实验二：车削力的测定及经验公式的建立
实验二：车削力的测定及经验公式的建立一、实验目的1. 了解车削测力仪的工作原理及测力方法。
2. 掌握切削深度p a 、进给量f 等对车削力的影响规律。
3. 通过实验数据的处理，建立主车削力Fz 的经验公式二、实验内容1. 用压电式切削力测力仪测量车削时的切削力；2. 用单因素法，通过改变切削用量，建立切削力和切削用量的经验公式。
三、实验设备1. CA6140普通车床一台；2. 外圆车刀一把；3. 压电式三项测力仪一台；4. 圆柱毛坯一根。
四、实验原理测量切削力的主要工具之一是测力仪。
测力仪的种类很多，有机械式测力仪、油压式测力仪和电测力仪。
日前应用较多的是电测力仪。
电测力仪又有电阻应变式、电感式、电容式、压电式；其中以电阻应变式及压电式应用的较多。
测力仪必须具备如下性能要求(1) 必须有足够的刚度。
刚度是指单位变形所需的作用力。
要求达到810N ／m 。
(2) 必须有较高的固有频率(自振频率)。
要求大于所测力变化频率的4-5倍。
(3) 应有足够的灵敏度。
灵敏度是指单位作用力下测力仪的输出。
要求能测出切削 力变化的土1％。
灵敏度单位：电阻应变式用微应变表示，/N ；压电式用微微库仑定表示，即/pC N 。
(4) 各分力间的相互干扰应较小。
要求干扰小于3—4％ (5) 测力仪的输入应不受力作用点位置变化的影响。
(6) 测力仪的输出应有较好的线性及较小的滞后现象。
非线性度小于土3％，滞后应小于2％。
a)单向b)三向切削测力计的组装通用型测力计(9257B型)车削(9257B型测力计+9403型刀架）b)实际压电式测力仪图1 压电式传感器与测力仪1.压电式测力仪的工作原理压电式测力仪的工作原理是基于石英晶体的正压电效应。
当晶体受力作用时，产生变形，从而在晶体表面上产生电荷，所产生的电荷量与外力大小成正比，这种现象称为压电效应。
由于石英品体在切片时的方位不向，有纵向效应与切向效应之分。
纵向效应的石英晶片，只有当力垂直作用于石英晶片的表面时，才有电荷产生。
超精密车削切削力的在线检测与控制技术研究
超精密车削切削力的在线检测与控制技术研究随着工业技术的不断进步，越来越多的机械制造工艺需要承受更高的精度和质量要求。
车削机床作为机械加工中的重要工具之一，其精度和质量的保障也变得越发重要。
然而，传统车削机床的检测手段往往只停留在对加工件的后检测，而对于机床切削过程的在线监测，缺乏有效手段。
因此，超精密车削切削力的在线检测与控制技术研究就显得尤为重要。
一、超精密车削切削力检测技术的发展超精密车削切削力的在线检测以及随之而来的控制技术的诞生，是在1990年代得以实现的。
早期的检测方式主要采用驱动电机的电流来间接检测切削力，但其检测精度不够高，而且易受到机床本身的振动等因素的影响。
随着机床控制系统的不断更新，目前主流的超精密车削切削力检测技术采用的是负载力传感器和故障诊断技术相结合的方式。
负载力传感器主要分为电阻式和电容式两种。
电容式负载力传感器利用机械结构的变形量或磁场的变化量来检测切削力的大小和方向。
其优点是精度高、响应速度快、抗干扰性强，但是价格较高、易受到环境条件的影响。
电阻式负载力传感器则是通过直接测量弹簧或弹性体的变形量来检测切削力的大小和方向，其优点是价格相对低廉、结构简单、稳定性好。
但相比于电容式传感器，其精度有所降低。
故障诊断技术主要是通过加入智能特征提取和故障诊断算法，帮助诊断刀具磨损、转子振动等情况，避免因设备故障导致生产线停滞的情况出现。
这项技术的问世，能在检查切削力时增强其准确性，并且为维护机床的长期稳定性提供了便利。
二、超精密车削切削力的在线监测与控制技术超精密车削切削力的在线监测与控制技术的主要目的是：一是保证车削质量，尽可能减少因为设备普通磨损或机床刚度的变化而导致的误差，二是提高生产效率，减少不必要的下线时间。
整个检测与控制系统由数据采集器、传感器、信号处理器、控制器、计算机等组成，具有快速响应、高灵敏度、智能化等特点。
在实际生产过程中，超精密车削切削力的在线监测与控制技术可以有效地进行数据记录和分析，通过对切削力与工件形变、工件表面质量以及加工温度等因素间关系的研究，找出影响加工质量的因素和最佳的加工参数，控制整个加工过程并随时进行快速反应，从而达到提高车削加工质量和效率的目的。
车削加工切削力测量实验报告书附指导书
实验系统由下列设备仪器组成
1.微型数控车床ＫC0628S
2.车床测力刀架系统(图１）,包括:
（1）车削测力刀架
(２)动态应变仪
(3）USＢ数据采集卡
（4）台式计算机
ﻬ3.三向切削力传感器结构与工作原理
三向切削力传感器是一种以电阻式应变片为敏感元件的力传感器。它具有八角扁环型结构（上下环)的弹性元件。八角扁环是用整体钢材加工成八角状结构，从而避免接触面间的摩擦和螺钉夹紧的影响。在八角状弹性元件的适当位置粘贴电阻应变片作为敏感元件。弹性元件受力变形后,导致电阻应变片变形，引起电阻应变片的电阻值变化，见图2。其电阻变化率△R/R与应变△L/Ｌ有如下的线性关系：
△R／R=K0*△L/L=K0＊ε
式中Ｋo为电阻应变片的应变灵敏系数,一般Ｋo=2.0~2.4;
ε—八角状弹性元件的应变。
由于应变片电阻的电阻变化率△R/Ｒ是很小的。故此需外接电阻应变仪，将电阻应变片的微小变化量放大，进而转变成电流（电压）的变化量，形成电信号输出。在电阻应变仪的输出端连接计算机数据处理仪，对此信号进行实时采样,A/Ｄ转换、形成数字数据流输出，存储，形成实验数据的实时记录文档。
车削加工切削力测量实验报告书（附指导书)
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ﻩ
车削加工切削力测量实验报告书
学号
姓名
小组
时间
成绩
上海大学生产工程实验中心
2014-11
一.实验概述
切削过程中,会产生一系列物理现象，如切削变形、切削力、切削热与切削温度、刀具磨损等。对切削加工过程中的切削力、切削温度进行实时测量,是研究切削机理的基本实验手段和主要研究方法。通过对实测的切削力、进行分析处理，可以推断切削过程中的切削变形、刀具磨损、工件表面质量的变化机理。在此基础上，可进一步为切削用量优化,提高零件加工精度等提供实验数据支持。
超精密车削时切屑形成及表面微观形貌形成机理的研究
超精密车削时切屑形成及表面微观形貌形成机理的研究摘要：在亚微米级cnc 超精密车床上进行了单晶金刚石刀具切削试验，根据试验结果分析了切屑形成机理和最小切削厚度与表面粗糙度之间的关系，建立了加工表面微观形貌的几何模型。
研究结果表明：通过计算最小切削厚度值可预测金刚石车削加工可获得的表面粗糙度值。
1 引言随着超精密切削机床及其控制技术的迅速发展，切削加工范围已由金属等塑性材料逐渐延伸到玻璃、陶瓷等各种难加工材料。
由于金刚石刀具的物理化学性能以及极薄切削层特性等的影响，使超精密切削具有与普通切削不同的特殊规律。
早在几十年前，国外许多学者就对超精密加工表面形成机理进行了理论探讨和试验研究，但受当时条件的局限，对超光滑表面微观形貌形成机理的解释还具有一定的片面性。
本文通过用单晶金刚石刀具对铜合金和铝合金材料进行超精密微切削试验，在试验结果的基础上系统研究了最小切削厚度与表面粗糙度之间的关系，并从微切屑的形成、最小切削厚度、变形等方面研究了超光滑加工表面微观形貌的形成机理。
2 切屑的形成机理通过研究微切屑的形成与加工表面粗糙度之间的关系，可以揭示刀具几何形状和切削参数对加工表面粗糙度的影响。
为此，我们在哈尔滨工业大学自行研制的hcm-1 型亚微米级超精密车床上进行了一系列切削试验。
试验材料为铜合金；切削深度为1～10μm；进给量为3μm/r；主轴转速为1500r/min。
从局部放大的切屑sem照片上可以看出：切削铜合金时产生的切屑是由剪切滑移的层状薄片堆积形成，且卷曲成螺旋状。
试验表明：沿圆弧刀具切削刃的有效切削厚度是一个变量，在切削刃与待加工表面接触点处切削厚度达到最大值。
当切削厚度较大时，切屑的表面结构较紧密；切削厚度较小时，切屑的表面结构则较疏松；同时，随着切削深度的减小，切屑的卷曲半径增大。
观察加工表面微观形貌的afm 照片和切屑的sem照片可以发现：因刀具磨损造成的切削刃不完整性复映到加工表面上，从而产生平行于切削方向的刀具刮痕。
高速车削Inconel718时切削力研究
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精密机械加工中的切削力分析与刀具选择
精密机械加工中的切削力分析与刀具选择在精密机械加工领域，切削力分析与刀具选择是关键的技术问题。
准确的切削力分析可以帮助优化加工过程、提高加工精度和效率。
同时，选择合适的刀具也是保证加工品质的重要因素。
本文将对精密机械加工中的切削力进行分析，并探讨刀具的选择方法。
一、切削力分析精密机械加工中的切削力是指在切削过程中作用在刀具上的力。
切削力的大小与加工材料、切削条件、刀具性能等因素密切相关。
准确的切削力分析可以指导加工参数的优化和刀具的选择。
1. 切削力的计算方法切削力的计算方法主要有：经验公式法、力学模型法和数值模拟法。
（1）经验公式法：经验公式法是基于实际生产经验总结出来的计算方法。
通过测量切削力和各个加工参数的关系，建立经验公式进行计算。
这种方法简单易行，适用于部分常见加工情况，但精度较低，应用范围有限。
（2）力学模型法：力学模型法基于切削力的力学原理建立数学模型进行计算。
该方法需要考虑切削过程中的各种影响因素，如材料特性、刀具几何形状等。
力学模型法计算精度较高，适用于较为复杂的加工情况，但建模过程复杂，需要具备较高的专业知识。
（3）数值模拟法：数值模拟法利用计算机进行切削力分析，通过建立几何模型和物理模型，采用数值方法求解切削力的分布和大小。
这种方法可以考虑各种复杂加工情况和刀具形状，计算精度较高，但需要较高的计算资源和软件工具支持。
2. 切削力的影响因素切削力的大小受到多种因素的影响，主要包括：（1）材料硬度：材料硬度越高，切削力越大。
（2）切削速度：切削速度增加，切削力一般也会增加。
（3）进给速度：进给速度增加，切削力也会相应增加。
（4）切削深度：切削深度增加，切削力也会增加。
（5）切削角度：合理选择切削角度可以减小切削力。
3. 切削力的测量方法切削力的测量方法主要有：直接测力法、敏感元件法和间接法。
（1）直接测力法：直接测力法通过采用力传感器或测力仪器，直接测量切削过程中的切削力。
这种方法能够提供准确的切削力数据，适用于实际加工过程中的力学参数测量。
超精密切削加工 论文
超精密切削加工摘要：超精密切削加工主要是用高精度的机床和单晶金刚石刀具进行的加工。
故一般称为金刚石刀具切削。
超精密切削实际上是刀具刀尖部分与工件的相互作用,分析了金刚石刀具刀尖几何形状和切削刃的锋利度对超精密切削加工质量的影响“认为正确地选择刀尖部分几何形状和修光刃钝圆半径是获得高质量加工表面的有力保证”。
本文介绍超精密切削的历史以及应用，金刚石刀具超精密切削，超精密加工机床的关键部件技术以及影响切削表面粗糙度的因素及发展趋势等方面。
关键词：超精密; 金刚石;切削; 刀具中图分类号：TG711 文献标识码：AThe Ultra Precision Cutting ProcessingChai Lu ,Chang Fujun ,Li Yan ,Chen Zhongyou(1.College of Mechanical Engineering , Dalian Jiaotong University, Dalian 116028, China; 2.School of Mechanical Engineering, Dalian Jiaotong University, Dalian 116028, China)Abstract: The ultra precision cutting with high precision machine tool is mainly single crystal of diamond tools and machining. So generally called diamond cutting. The ultra precision cutting tool tip is actually part of the mutual function, analyzed the diamond tool tip geometry shape and the cutting edge of the ultra precision machining sharpness the influence on the quality of "think correct choice of the tip of the geometric shape and light blade obtuse radius is get high quality processing surface is a powerful guarantee". This paper introduces the ultra precision cutting the history and applications of, the diamond tool super precision cutting, the ultra precision machine tools key components of the technology as well as the influence factors of cutting surface roughness and development trends etc.Key words: the ultra precision; diamond; cutting; tool0 引言超精密加工技术是适应现代高科技的需要而发展起来的先进制造技术, 是高科技尖端产品开发中不可或缺的关键技术, 是一个国家制造业水平重要标志, 是先进制造技术基础和关键, 是新技术的生长点, 也是装备现代化不可缺少的关键技术之一, 在军用和民用工业中有着十分广阔的应用前景。
精密车削Cr12模具钢的切削力研究
ｔ ｇ ｄ ｐ ｈ ｉ ｌｗ ， ｈ ａ ｉｌ ｏ ｃ ｓｌｒ ｅ ｈ ｎ ｔ ｅ ａ ｉ ｆ ｒ ｅ ｉ ｅ ｔ ｓ ｏ ｔ ｅ ｒ ｄ ａ ｒ ｅ ｉ ａ ｇ ｒｔ ａ ｈ ｓ ｏ ｃ ．Ｗ ｉ ｈ ｎ ｒ ｍｅ ｔｏ ｅ ｃ ｔ ｎ ｅ ｔ ， ｎ ｆ ｘ ｔ ｔ ｅ ｉ ｃ ｅ ｎ ｆｔ ｕ ｔ ｇ ｄ ｐ ｈ ｈ ｈ ｉ
ｐ ｅ ｅ ｔｄ．Ｉ ｓｉ ｉａｅ ｈ ｔｔ ｅ ｔ ｏ ｏ ｅ ｃ ｎ ｉｆｕ ｎ ｅ ｔ ａ ｉｌｆ ｒ ｅ ａ ｘｓ ｆｒ ｅ Ｗｈ ｎ ｔｅ ｃ ｔ ｒቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ｎｅ ｔｉ ｎｄｃ ｔ ｄ ｔ ａ ｈ ｏ ｌｎ ｓ ａ ｎ ｌ ｅ ｃ ｈｅｒ ｄ ａ ｏ ｃ ｎｄ ａ ｉ ｏ ｃ ． ｅ ｈ ｕ ，
给量越 大 。 切削 力也越 大 ； 刀尖 圆弧对径 向切 削分 力和轴 向切 削分 力 的影 响 很大 。 小 切深 时 。 但 在 径 向切 削分力 大于轴 向切 削分 力 。 随着 切深 的增 加 ， 向分 力越来 越 小 。 向分 力越 来 越 大 ， 径 轴 当切 深 大 于圆弧 半径 时 。 向切 削力保持 不变 。 径
在切 削 过程 中 ， 削力 与 切 削变 形 、 削热 、 具 切 切 刀 磨损 以及加 工表 面完 整性等 各种 物理现 象存在 着密 切
的关系 ， 也是生产 中计算切削功率 、 设计 与使用机床 、 刀 具和夹具 的重要依据 引。 普通切削时 由于切削余 来水冲洗干净 ， 重新配加研磨剂和水使用。否则磨料 不干净 ， 磨削效率下降 ， 而且筒内温度过高 ， 加速内衬
维普资讯
Ｚ葛与检潮 Ｔ ０ｙ ｄ 劬ｎｇ ｎ １ ａ ０
精密车削 Ｃ １ ｒ２模具钢 的切削 力研究
吴 卫国 王贵成 沈春根 马利杰
超精密切削切屑形成过程的SPH方法模拟研究
超精密切削切屑形成过程的SPH 方法模拟研究王永刚宁波大学,宁波,315211摘要:采用光滑粒子流体动力学方法对单点金刚石刀具超精密切削A ISI-4340钢的切屑形成机理及影响因素进行了数值模拟。
数值模拟结果显示:当切削厚度较大(019L m 和016L m)时,超精密切削加工产生切屑的形成机制同普通切削一样属于剪切滑移破坏,切屑呈锯齿状,切削力呈波浪形振荡;当切削厚度较小(0130L m 和0115L m)时,切屑形成机制由剪切破坏转换为挤压破坏,形成了带状连续切屑,切削力在进入稳定切削阶段后基本保持恒定。
关键词:超精密切削;光滑粒子流体动力学;切屑形成机理;数值模拟中图分类号:T H 161 文章编号:1004)132X(2009)23)2861)04SPH Method Simulation of Chip Formation in Ultr a -pr ecision Cutting Pr or cessesWang YonggangNingbo U niversity,N ingbo,Zhejiang,315211Abstr act :In order to investigate the mechanism of chip formation and the influences of some cut 2ting parameters,a SPH method was used to study the ultra-precision cutting AISI-4340steel with diamond tool.T he simulation results show that the chip for mation mechanism in ultra-pr ecision cut 2ting process is the adiabatic shear band formation as the same to general cutting under the condition of the bigger cutting thicknesses (019L m and 016L m),the chip morphology is like a saw-tooth,and the cutting force is characterized by oscillatory profiles.With the decreases of the cutting thickness up to 0130L m and 0115L m,respectively,the shear localized chip formation mechanism is transformed to the extruded-like chip formation behavior,the chip mor phology is like a strap,and cutting force main 2tains approximately a constant value.Key words :ultra-prescision cutting;SPH (smoothed par ticle hydro-dynamics);chip formation mechanism;numer ical simulation收稿日期:2009)02)17基金项目:国家自然科学基金资助项目(10876014);宁波大学人才基金资助项目0 引言超精密切削加工技术是现代制造技术的前沿方向,在航空航天、国防工业及微机电系统等方面都有非常广阔的应用前景,因此研究超精密切削加工的切削机理及切削参数变化对加工表面质量的影响已日益受到人们的重视。
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3航天支撑技术基金资助项目(项目编号:0223HIT 07)黑龙江省自然科学基金资助项目(项目编号:E01220)收稿日期:2002年9月超精密车削切削力的试验研究3王洪祥1 孙 涛1 张龙江1 张 昊2 1哈尔滨工业大学 2黑龙江省科技评估中心摘 要:通过超精密车削试验,分析了微薄切削时进给量和背吃刀量对切削力的影响规律,指出吃刀抗力F t的特殊变化将直接影响加工表面粗糙度,为保证超精密加工表面质量,应在合理范围内选取刀具进给量。
关键词:超精密车削, 切削力, 进给量, 背吃刀量Experimental R esearch on Cutting Force in U ltra 2precise TurningWang H ongxiang Sun T ao Zhang Longjiang et alAbstract :Based on the ultra 2precise turning experiments ,the in fluences of feeds and back cutting depth on the cutting force in micro 2thin cutting are analyzed.I t is pointed out that the machined sur face roughness will be affected by the special change of cutting resisting force Ft ,the feeds of cutter should be selected in a rational range to ensure the ultra 2precise sur face quality.K eyw ords :ultra 2precise turning , cutting force , feed , back cutting depth 1 引言经过近二十年的不断发展,超精密机床的加工性能已达到相当高的水平。
由于超精密切削加工选用的背吃刀量极小(几微米甚至小于1微米),因此切削力对加工精度的影响不容忽视。
在超精密切削中,由于金刚石刀具的切削刃具有钝圆半径,因此前刀面被分为平面和圆柱面两部分(圆柱面部分均为负前角)。
当选用不同的背吃刀量时,刀具前刀面的两个部分在切削过程中所起作用和所占比重也各不相同。
以前刀面圆弧部分为主要工作部分时,其单位切削面积所受切削力比以平面部分为主要工作部分时大得多,切削层越薄,单位面积所受切削力越大。
切削力对被加工工件的尺寸和形状精度、加工表面粗糙度、加工变质层和刀具耐用度等均具有直接或间接影响。
在以往的研究中,对于切削用量、刀具几何参数、工件材质等因素对表面粗糙度的影响较为重视,而往往忽视了切削力对表面粗糙度的二次影响。
因此,减小切削力对表面粗糙度的影响已成为超精密切削领域一个亟待解决的重要课题。
本文通过超精密车削试验,研究了各切削参数对切削力的影响规律。
2 超精密车削试验条件(1)超精密机床切削试验所用机床为哈尔滨工业大学自行研制的HC M 2Ⅰ型亚微米级超精密车床。
机床工作台由直流伺服电机驱动,进给分辨率0101μm ;采用空气静压主轴(回转精度±011μm );导轨部件采用可抗温度干扰的花岗岩材料,空气导轨直线度误差0113μm/100mm ;采用空气弹簧作为减振、隔振系统;机床固有频率:水平方向≤1112H z ,垂直方向≤2H z [1]。
(2)工件材料切削试件材料为铝合金LY 12,其化学成分及物理性能指标分别见表1和表2[2]。
表1 LY12的化学组分(%)组成元素Cu Mn M g Al G B3190标准值3180～41900130～01901120～1180-测试值41501511142-表2 LY12的物理性能弹性模量E (×103MPa )7412切变模量G (×103MPa )2713剪切强度τ(MPa )252H BS 硬度(G Pa )1140强化系数n0132(3)金刚石刀具天然单晶金刚石具有极高的硬度、耐磨性和弹性模量,制成的刀具工作寿命长,尺寸耐用度高,切削刃极为锋利,可实现超薄切削,切削刃形可复映在已加工表面上,加工出超光滑表面;金刚石刀具与工件材料间抗粘结性好、摩擦系数低、加工表面完整性好[3]。
本切削试验所用刀具为英国C ontour Fine T ooling 公司生产的圆弧刃金刚石车刀,刀具前角γ0=0°,后角α0=7°,刀尖圆弧半径r ε=115mm ,切削刃01工具技术钝圆半径r n ≈190nm 。
(4)切削力测量系统为获得超光滑加工表面,除了采用超精密加工机床、金刚石刀具以及对加工环境进行严格控制外,还需利用测量仪器对加工过程进行实时监控、分析与优化。
超精密车削选用的进给量和背吃刀量通常比普通车削小三个数量级,因此加工中产生的切削力也非常小(一般不超过1N ),为此,需要采用高精度、高灵敏度、高可靠性的切削力测量系统。
本切削试验采用的切削力测量系统如图1所示。
该测量系统由安装在机床刀架上的K istler 9256A1型高灵敏度压电式三向测力仪、5019B 型多通道电荷放大器、DynoWare System 数据采集系统软件、5261型A/D 转换卡、主机及显示系统等组成,附带的驱动软件可通过RS 2232C 接口对电荷放大器进行遥控,利用系统的多种图形显示功能可方便地对测量数据进行分析和研究。
图1 切削力测量系统示意图 3 进给量对切削力的影响进给量是影响切削力的重要因素之一。
通过切削试验,得到当背吃刀量a p =10μm 时进给量f 与主切削力F c 、吃刀抗力F t 的对应关系曲线如图2所示。
图2 进给量f 与切削力F c 、F t 的对应关系曲线由图可见,进给量f 对切削力的影响比较显著,F c 和F t 随着进给量的增大而增大。
当进给量f 大于一定值时,F c 和F t 的变化趋势与普通切削相同,即始终保持F c >F t ;当进给量f 小于一定值时,F c 和F t 则具有特殊变化规律,即出现F c >F t 的现象。
当背吃刀量a p =10μm ,进给量分别为f =5μm/r 、f =12μm/r 时,测力仪实际测得的切削力曲线分别如图3a 、3b所示。
(a )f =5μm/r(b )f =12μm/r图3 切削力测量曲线 4 背吃刀量对切削力的影响通过切削试验,得到当进给量f =10μm/r 时背吃刀量a p 与主切削力F c 、吃刀抗力F t 的对应关系曲线如图4所示。
图4 背吃刀量a p 与切削力F c 、F t 的对应关系曲线由图可见,当背吃刀量a p 小于一定值时,也会出现F t >F c 的现象;当背吃刀量a p 大于一定值时,则始终保持F c >F t 。
随着背吃刀量的增大,F c 、F t 值逐渐增大,且F c 的增幅大于F t 的增幅。
5 分析与讨论在超精密微薄切削时,出现F t >F c 现象的主要原因分析如下:作用于前刀面上的切削力主要与进给量f 和背吃刀量a p 有关,而作用于切削刃刃口和后刀面上的切削力除与f 和a p 有关外,还与切削刃钝圆半径r n 有关[4,5]。
当选用的进给量和背吃刀量与切削刃钝圆半径相比较大时,作用于切削刃刃112003年第37卷№5口和后刀面上的正压力比作用于前刀面上的正压力小很多,刀—工接触区以弹性变形为主,塑性变形较小。
由于刀具与工件只在刀尖附近很小区域内接触,其接触面积远小于刀—屑接触面积,因此刀—工之间的摩擦力也远小于刀—屑之间的摩擦力,此时容易出现F c >F t 的现象。
但当选用的进给量和背吃刀量与切削刃钝圆半径之比小到一定程度时,切削力的变化规律将发生变化。
随着进给量和背吃刀量的逐渐减小,与刀—屑接触面积相比,刀—工接触面积逐渐增大,刀—工接触区以塑性变形为主,刀具与工件之间的挤压和摩擦在切屑形成过程中起着关键作用。
此时,作用于切削刃刃口和后刀面上的切削力在总切削力中所占比例较大,而作用于前刀面上的切削力在总切削力中所占比例相对较小,因此就会出现F t >F c 的现象。
由于F t 的这种特殊变化将对已加工表面粗糙度产生直接影响,因此在超精密微薄切削时,应视具体情况合理选择进给量范围,以保证加工获得的表面粗糙度值较小。
6 结论本文通过对铝合金的超精密车削试验,分析了微薄切削时进给量和背吃刀量对切削力的影响及其变化规律,提出了微薄切削时F t 的特殊变化将对加工表面粗糙度产生直接影响的观点。
在超精密切削时,并非选用进给量越小则获得的加工表面粗糙度值越小,因此应考虑切削力变化的影响,在合理范围内选取进给量,以保证超精密加工的表面质量。
参考文献1 赵 奕.脆性材料超精密车削脆塑转变及影响表面质量因素的研究.哈尔滨工业大学博士学位论文,1999,66～672 郑修麟.材料的力学性能.西安:西北工业大学出版社,20003 袁哲俊,王先逵.精密和超精密加工技术.北京:机械工业出版社,19994 J D Drescher.T ool force ,tool edge and sur face finish relation 2ships in diam ond turning.Ph.D.Dissertation ,1992,26～355 Christopher Arcona.T ool force ,chip formation and sur face fin 2ish in diam ond turning.Ph.D.Dissertation ,1996,48～55第一作者:王洪祥,副教授,工学博士,哈尔滨工业大学机电学院机械设计教研室,150001哈尔滨市收稿日期:2002年9月Ni 基变形高温合金小孔攻丝扭矩的试验研究韩荣第哈尔滨工业大学摘 要:采用修正齿丝锥和标准丝锥对Ni 基变形高温合金G H4169难加工材料进行了小孔螺纹攻丝对比试验。
试验结果表明,与标准丝锥相比,采用修正齿丝锥可显著减小攻丝扭矩,且切削锥角较大的修正齿丝锥加工效果较好。
关键词:高温合金, 攻丝, 扭矩, 修正齿丝锥, 切削锥角Experimental I nvestigation on Small 2hole T apping Torqueof Deformable Ni 2base H igh 2temperature AlloyHan R ongdiAbstract :A small 2hole tapping contrast experiment is carried out on G H4169,a kind of deformable nickel 2base high 2tem 2perature alloy ,with a standard tap and a m odified 2tooth tap.The results show that the tapping torque with a m odified 2tooth tap can be greatly reduced com pared to that with a standard tap ,and the better machining effect can be achieved by using a m odified 2tooth tap with a bigger cutting cone angle.K eyw ords :high 2tem perature alloy , tapping , torque , m odified 2tooth tap , cutting cone angle 1 引言高温合金(又称为耐热合金或热强合金)是多组元成分的复杂合金,具有优良的热强性能、热稳定性能及热疲劳性能,可在600～1000℃的高温氧化气氛及燃气腐蚀条件下工作。