压电磨削测力仪是研究磨削过程测试最基本的仪器和手段,它能快速的识别故障并隔离其根源,提高加工过程的可靠性和生产效率,也是现代自动化切削加工中实现状态监控、自适应控制和最优控制必不可少的环节。因此,研制开发性能优良的磨削测力仪具有非常重要的意义。 本文是国家计委(计军)78-264号文件下达的“研制压电车削测力仪”科研任务的延续,同时也是国家自然科学基金(6864025)(59175233)的资助下开辟的新课题。 整体式压电磨削测力平台结构优化设计的核心是弹性环与传感器三向刚度相互匹配的问题。本文从优化设计核心出发,在力学分析基础上,对三向力传感器结构中的关键尺寸进行了等刚度分析计算,准确得出弹性环结构的优化边界条件。同时,采用有限元法建立测力平台的三维实体参数化模型,应用ANSYS有限元优化模块完成测力平台结构优化,得到最优结构参数。经过静、动态标定和切削试验验证,该测力平台的技术指标全面达到CIRP-STCC规定的动态型测力仪标准,为压电磨削测力仪的设计、制造和实验研究提供了理论依据和指导。 优化后的磨削测力平台与原有测力平台相比的突出优点是:实现了等刚度设计,Y向刚度提高39%;最大等效应力降低16.16%;传感器的灵敏度更高,尤其是主切削力方向可达到5.42pC/N;标定结果表明该传感器具有良好的线性静态特性,线性度和重复度均小于0.2%;固有频率也由原来的3.51kHz提高到6.2kHz。优化效果显著,测力平台的相关尺寸更加合理,不但适用于实验室使用,而且适用于实际生产的测试与实时监控中。