嵌入合金薄膜传感器的刀具结构优化与测力灵敏度分析

赵永娟，武文革，李学瑞，成云平

（1.中北大学军民融合协同创新研究院，山西 太原 030051；2.中北大学机械工程学院，山西 太原 030051）

1 引言

合金薄膜测力传感器主要由基底、绝缘层、合金薄膜电阻栅层以及保护层组成，通过溅射沉积、光刻等方法在基底表面制备得到各层薄膜后形成传感器。将金属或合金基底表面制备的镍铬薄膜的传感器安装嵌入刀具内部或者表面，可实现切削力的实时监测和诊断，及时发现异常切削数据，进而调整加工参数，避免造成更大的损失[1-2]。刀柄作为嵌入合金薄膜传感器的刀具切削力测量系统的弹性元件，其结构直接决定承载切削力的大小，还影响着传感器测量结果的灵敏度。文献[3]研究了刀柄结构对压电传感器测量铣削力灵敏度的影响，并运用有限元分析的方法优化设计了铣刀刀柄结构。文献[4-5]将Ti6Al4V 基底表面制备的Ni80Cr20合金薄膜传感器粘接在车刀刀柄表面用以测量切削力，发现受限于刀柄结构，传感器的测量外力灵敏度系数较低。文献[6]将压电传感器嵌入车刀刀柄内部腔体，用来实时监控切削过程中的切削力，实验结果表明，合理的设计刀柄结构与布置传感器有助于消除传感器的横向压电效应以及减小三向切削力测量信号的交叉干扰。因此合理设计与优化在安装或布置合金薄膜应变传感器位置处的刀柄结构尤其重要[7-9]。

以实现切削力的测量并提高测量结果的灵敏度为目的，提出一种嵌入合金薄膜传感器的刀具切削力测量系统的模型，该系统以刀柄作为弹性元件。……