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压电钻削测力仪是研究钻削过程最基本的仪器和手段,也是现代自动化加工过程中实现状态监控、自适应控制和最优控制必不可少的环节。随着科学技术的发展,不但对压电测力仪的各种性能指标有了更高的要求,对压电测力仪的设计制造的方法也提出更新更高的要求。 本文在国家自然科学基金(50475152)的资助下,从工程实际出发,在运用了晶体物理学、电介质物理学、压电学、各向异性弹性理论、电磁学、有限元分析等交叉学科的理论成果的基础上,设计制造出测力范围为M_z=0～200N.m,F_z=5000N的无定心钻削测力仪。经过静态标定、动态标定、无定心测试以及温度效应标定,其各种指标都已达到设计要求,为下一步设计出以压电石英晶体扭转效应为原理的无定心钻削测力仪打下了良好的基础。同时,本文作者运用有限元优化软件ANSYS对根据经验设计出的无定心钻削测力仪进行结构优化,得到其结构参数。为以后结构设计的结构参数的确定提供了新的思路。 本论文还论述了压电效应产生机理,研究、分析了无定心钻削测力仪的数学模型,对模型间的接触分析,传感器的压电分析以及其后的优化分析进行了详细的阐述。无定心钻削测力仪的数学模型的建立,结构的参数优化,丰富了压电测力仪的理论体系,为压电测力仪的设计、制造和实验研究提供了理论依据和指导。 压电无定心钻削测力仪的突出优点是可以测量测力仪工作台面上任意点的扭矩,测时的相对误差也不超过±1%。而且结构简捷、调试方便、加工与装配工艺性好、成本较低,不但适于实验室,而且将适用于实际生产的测试与实时监控中。