45、切削力测量与非接触式材料分布测量技术

切削力测量与非接触式材料分布测量技术

1 切削力测量传感器设计

1.1 PCB 板设计

在测量切削力的工具夹传感器设计中，印刷电路板（PCB）是最佳解决方案。经过不同阶段的多次测试后，设计并制作了 PCB。最终布局在同一块板上包含两个放大器通道，可选择 ¼ 桥配置和 ½ 桥配置。使用其中一块板，可将四个应变片以 ½ 桥配置连接，或两个单独的应变片以 ¼ 桥配置连接。

1.2 传感器校准

传感器校准方法是在工具夹的切向和进给方向施加已知重量，然后获取传感器的信号响应。采用 ½ 惠斯通电桥配置读取两个方向力的信号变化，有助于检查交叉灵敏度对测量的影响。

1.2.1 数据分析

对每个重量进行五次测量并取平均值，以获得传感器信号与施加力之间关系的点。同时，计算并评估数据中的噪声和偏移。通过读取不同重量（最大 250 N，可变步长）下的信号变化来绘制校准曲线。对于切向方向，需要将悬挂在工具夹头部的重量所施加的力转换为工具夹尖端的力值，使用插值法获得工具夹尖端所施加力的相应值，并定义进给和切向方向上信号电压变化与施加力之间的关系。

1.3 切削测试

校准完成后，进行切削测试以评估传感器性能。传感器的应用是在固定循环期间进行优化，因此使用 G71 代码进行测试以减小工件直径。测试中使用不同条件，主要变量是切削深度，因为它对切削力影响较大。使用的机床是通泰的 TB - 20YBC，工件材料为 6061 铝合金，无冷却液切削。

参数	测试 1	测试 2