專利名稱：一種航空薄壁件加工變形與動態(tài)響應(yīng)的測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種航空薄壁件加工變形與動態(tài)響應(yīng)的測量裝置，它用于測量薄壁件 在不同模擬切削力下的變形與動態(tài)響應(yīng)。該測量裝置可以用以調(diào)整激勵信號的大小和頻 率，模擬真實(shí)的加工切削力，通過設(shè)備的檢測可以獲得薄壁的響應(yīng)和變形量。本發(fā)明屬于高 精密加工研究與檢測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
航空制造業(yè)作為制造業(yè)的一個重要分支，近年來得到了迅速的發(fā)展?，F(xiàn)代飛機(jī)的 性能要求不斷提高，飛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)生了較大的變化。從零件結(jié)構(gòu)上來看，為了減輕重 量，整體薄壁結(jié)構(gòu)件在新機(jī)型中得到了盡可能多的應(yīng)用，如機(jī)翼、整體壁板、大梁、隔框等。 整體式薄壁結(jié)構(gòu)件不是由零件簡單組合，而是利用整體毛坯進(jìn)行高速數(shù)控加工的方法制 造，國內(nèi)對此類零件缺乏相應(yīng)的成熟制造技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)積累。在國內(nèi)某型號戰(zhàn)機(jī)的研制和生 產(chǎn)過程中，整體框、梁和接頭在數(shù)控加工后和加工過程中大都存在不同程度的變形，包括彎 曲、扭曲、彎扭組合變形，使零件難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，甚至成為廢品，嚴(yán)重影響著航空航天產(chǎn) 品生產(chǎn)進(jìn)度與生產(chǎn)成本的控制，并且航空的結(jié)構(gòu)件通常由薄壁、腹板、拐角等難加工結(jié)構(gòu)和 材料構(gòu)成，因此在實(shí)際的高速切削加工過程中，會遇到很多問題。銑削參數(shù)是加工表面質(zhì)量的重要因素之一，選擇的不合理，會使切削力過大，產(chǎn)生 了薄壁件的讓刀變形，造成了產(chǎn)品的超差，或引起薄壁件的振動，使得表面生成振紋，不僅 嚴(yán)重地影響了表面的加工質(zhì)量，而且需要第二次打磨，大大地降低了加工的效率。長期以 來，盡管人們在選擇加工的切削參數(shù)方面積累了較為豐富的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，但機(jī)床-刀具-工件 的組合的條件發(fā)生變化，許多經(jīng)驗(yàn)參數(shù)就不在適用，尤其在當(dāng)今國內(nèi)制造企業(yè)引進(jìn)了大量 先進(jìn)的數(shù)控設(shè)備，但由于缺乏切削參數(shù)選取的有效手段和工具，只能依靠國外機(jī)床和刀具 廠商提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行參考，不能充分發(fā)揮先進(jìn)設(shè)備應(yīng)有的效能，很大程度地制約了制造業(yè) 的發(fā)展。因此發(fā)明一種能夠?qū)Ρ”诩募庸ぷ冃魏蛣討B(tài)響應(yīng)的測量裝置就顯得尤為必要和 緊迫。針對加工中出現(xiàn)的薄壁件的變形和振動，因此提出了集靜態(tài)與動態(tài)一體的測量方 案，并依據(jù)此方案設(shè)計(jì)出薄壁變形與動態(tài)響應(yīng)的測試裝置，用以測量出加工過程中薄壁件 的變形和動態(tài)響應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
1、目的本發(fā)明的目的就是為了提供一種航空薄壁件加工變形與動態(tài)響應(yīng)的測量 裝置，它克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，能準(zhǔn)確地測量和模擬出薄壁件在加工過程中的變形和動 態(tài)響應(yīng)。2、技術(shù)方案本發(fā)明一種航空薄壁件加工變形與動態(tài)響應(yīng)的測量裝置，它是由壓 力信號數(shù)顯表、功率放大器、激振器、函數(shù)信號發(fā)生器、電荷放大器、信號采集卡、待測定的 薄壁件、非接觸電渦流位移傳感器、千分表、動態(tài)壓電式力傳感器、靜態(tài)壓力傳感器、十字平口鉗組件、數(shù)據(jù)采集軟件及電腦系統(tǒng)、磁力座和實(shí)驗(yàn)平臺組成；它們之間的位置連接關(guān)系是動態(tài)壓電壓式力傳感器與待測薄壁件相接觸，數(shù)據(jù) 連線一端與電荷放大器相連，動態(tài)壓力傳感器的另一端與靜態(tài)壓力傳感器相連，靜態(tài)壓力 傳感器與激振器相連接，激振器與功率放大器相連接，功率放大器與函數(shù)信號發(fā)生器相連 接；靜態(tài)壓力傳感器一端與動態(tài)壓電壓力傳感器相連，另一端與壓力信號數(shù)顯表相連；待 測定的薄壁件通過十字平口鉗組件固定在實(shí)驗(yàn)平臺上；千分表與待測薄壁件相接觸，并通 過磁力表座固定在實(shí)驗(yàn)平臺上；非接觸電渦流位移傳感器也通過磁力表座固定在實(shí)驗(yàn)平臺 上，非接觸電渦流位移傳感器的數(shù)據(jù)輸出線與電荷放大器相連，電荷放大器與信號采集卡 相連接，而信號采集卡與終端電腦和軟件相連接。具體連接情況可參考

圖1所示。所述壓力信號數(shù)顯表是呈長方體形狀，長、寬、高分別是200*150*120，電源電壓 為9V，功率9W，主要功能用以顯示壓力測量值和校準(zhǔn)等功能；該壓力信號數(shù)顯表的型號為 JN12-2346750所述功率放大器呈長方體形狀，長、寬、高分別是600*450拉80，最大功率為 800W ；其工作的頻率范圍5 10000Hz，輸出阻抗0. 8 Ω，主要功能可以產(chǎn)生不同大小功率的 能量，以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動激振器產(chǎn)生振動；該功率放大器的型號為GF-800W。所述激振器是呈圓柱形狀，直徑為200，高為350，工作頻率10-5000ΗΖ，主要功能 電磁驅(qū)動產(chǎn)生激振力；該激振器的型號為JZ-50。所述函數(shù)信號發(fā)生器是呈長方體形狀，長、寬、高分別是220*170*100，工作頻率 為0. 3Hz 3MHz主要功能為產(chǎn)生各種所需要的激發(fā)電子信號，模擬加工的銑削力的信號； 該函數(shù)信號發(fā)生器的型號為8219A。所述電荷放大器是呈長方體形狀，長、寬、高分別是280*195*120，靈敏度調(diào)節(jié)為 10-100PC/U，低通濾波為10-20kHz，電荷增益為0. 001-10V/U，主要功能是將采集和輸出的 電信號進(jìn)行放大和調(diào)節(jié)，提高信號的可靠性和真實(shí)度；該電荷放大器的型號為DFL-3。所述信號采集卡的呈長方形，長、寬、高對5*120*90，主要功能用以對獲得的信號 進(jìn)行采集處理；該信號采集卡的型號為INV306U-5160。所述待測定的薄壁件是一字型，工字型，丁字型三種形狀中的任意一種薄壁結(jié)構(gòu) 件。所述非接觸電渦流位移傳感器是呈圓柱形狀，分辨率1 μ m,靈敏度4mV/um，工作 頻率0 4KHz，主要測量出薄壁件上產(chǎn)生的振動位移；該非接觸電渦流位移傳感器的型號 為 HZ-8500。所述千分表是呈圓盤狀，其型號為2119SB-10，分辨率為lym，測量范圍5mm，主要 用以測量薄壁件在受靜態(tài)載荷力時的變形值；所述動態(tài)壓電式力傳感器是呈小圓柱形，分辨率為0.025N，測量范圍為^(g，用以 測量動態(tài)激振力的大??；該動態(tài)壓電式力傳感器的型號為M144702。所述靜態(tài)壓力傳感器是呈S形狀，其靈敏度為1. 645mV/V,最大量程lOOKg，用以測 量靜態(tài)載荷力的大小。該靜態(tài)壓力傳感器的型號為CXL-102。所述十字平口鉗組件是呈交叉十字形狀，主要功能是用以調(diào)節(jié)薄壁件的X與Y方 向位置移動。所述數(shù)據(jù)采集軟件及電腦系統(tǒng)是Dasp 10. 0系統(tǒng)和工控機(jī)，主要功能用以檢測和分析采樣以后數(shù)據(jù)的結(jié)果。所述磁力座是呈圓柱狀，其功能是用以固定千分表和壓力傳感器等。所述實(shí)驗(yàn)平臺是呈長方形，長、寬、高分別是1800*1200*120，其上設(shè)置多道固定 用T形槽，主要功能將各個設(shè)備和結(jié)構(gòu)布置在試驗(yàn)臺。材質(zhì)為鑄鐵。其中，十字平口鉗組件的數(shù)量是二套，千分表的數(shù)量是三個，磁力座是四個；本測 量裝置的工作原理銑削加工過程中由于銑削力的作用，使得薄壁件產(chǎn)生不同的變形和振動，利用信 號發(fā)生器模擬出銑削力的大小和信號，薄壁在不同激勵(靜態(tài)與動態(tài))的作用下，會產(chǎn)生相 應(yīng)的反應(yīng)，然后利用各種傳感器的自身特點(diǎn)進(jìn)行采集獲得不同條件下的薄壁響應(yīng)從而實(shí)現(xiàn) 模擬銑削加工的狀態(tài)。非接觸電渦流傳感器由平面線圈和金屬片組成，它是基于電磁感應(yīng)原理制成的。 由電磁場理論可知，受到交變電磁場作用的任何導(dǎo)體，都會產(chǎn)生電渦流。成塊的金屬置于變 化的磁場中，或者在固定磁場中運(yùn)動時，金屬導(dǎo)體內(nèi)就要產(chǎn)生感應(yīng)渦流。非接觸電渦流位移 傳感器的作用原理見圖4(a)、(b)所示；把線圈與被測導(dǎo)體等效為相互耦合的兩個線圈，設(shè) R1為線圈的電阻^為線圈電感；R2為短路環(huán)的電阻；L2為短路環(huán)電感；M為線圈與短路環(huán) 間的互感，隨著二者之間距離X的減少而增大杣為激勵電壓。由等效電路可寫出兩個電壓平衡方程式
權(quán)利要求
1. 一種航空薄壁件加工變形與動態(tài)響應(yīng)的測量裝置，其特征在于它是由壓力信號數(shù) 顯表、功率放大器、激振器、函數(shù)信號發(fā)生器、電荷放大器、信號采集卡、待測定的薄壁件、非 接觸電渦流位移傳感器、千分表、動態(tài)壓電式力傳感器、靜態(tài)壓力傳感器、十字平口鉗組件、 數(shù)據(jù)采集軟件及電腦系統(tǒng)、磁力座和實(shí)驗(yàn)平臺組成；它們之間的位置連接關(guān)系是動態(tài)壓 電式力傳感器與待測薄壁件相接觸，數(shù)據(jù)連線一端與電荷放大器相連，動態(tài)壓力傳感器的 另一端與靜態(tài)壓力傳感器相連，靜態(tài)壓力傳感器與激振器相連接，激振器與功率放大器相 連接，功率放大器與函數(shù)信號發(fā)生器相連接；靜態(tài)壓力傳感器一端與動態(tài)壓電式力傳感器 相連，另一端與壓力信號數(shù)顯表相連；待測定的薄壁件通過十字平口鉗組件固定在實(shí)驗(yàn)平 臺上；千分表與待測薄壁件相接觸，并通過磁力表座固定在實(shí)驗(yàn)平臺上；非接觸電渦流位 移傳感器也通過磁力表座固定在實(shí)驗(yàn)平臺上，非接觸電渦流位移傳感器的數(shù)據(jù)輸出線與電 荷放大器相連，電荷放大器與信號采集卡相連接，而信號采集卡與數(shù)據(jù)采集軟件及電腦系 統(tǒng)相連接；所述壓力信號數(shù)顯表是呈長方體形狀，電源電壓為9V，功率9W，它用以顯示壓力測量 值和校準(zhǔn)等功能；所述功率放大器呈長方體形狀，最大功率為800W ；其工作的頻率范圍5 10000Hz，輸 出阻抗0. 8 Ω，它可以產(chǎn)生不同大小功率的能量，以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動激振器產(chǎn)生振動； 所述激振器是呈圓柱形狀，工作頻率10-5000ΗΖ，它是電磁驅(qū)動產(chǎn)生激振力； 所述函數(shù)信號發(fā)生器是呈長方體形狀，工作頻率為0. 3Hz 3MHz主要功能為產(chǎn)生各種 所需要的激發(fā)電子信號，模擬加工的銑削力的信號；所述電荷放大器是呈長方體形狀，靈敏度調(diào)節(jié)為10-100PC/U，低通濾波為10-20kHz， 電荷增益為0. 001-10V/U，它是將采集和輸出的電信號進(jìn)行放大和調(diào)節(jié)，提高信號的可靠性 和真實(shí)度；所述信號采集卡呈長方形，它用以對獲得的信號進(jìn)行采集處理；所述待測定的薄壁件是指一字型，工字型，丁字型三種形狀中的任意一種薄壁結(jié)構(gòu)件；所述非接觸電渦流位移傳感器是呈圓柱形狀，分辨率ι μ m,靈敏度4mV/um，工作頻率 0 4KHz，它測量出薄壁件上產(chǎn)生的振動位移；所述千分表是呈圓盤狀，分辨率為1 μ m，測量范圍5mm，它測量薄壁件在受靜態(tài)載荷力 時的變形值；所述動態(tài)壓電式力傳感器是呈小圓柱形，分辨率為0. 025N,測量范圍為^(g，它用以測 量動態(tài)激振力的大??；所述靜態(tài)壓力傳感器是呈S形狀，其靈敏度為1. 645mV/V,最大量程lOOKg，它用以測量 靜態(tài)載荷力的大小，其型號為CXL-102 ；所述十字平口鉗組件是呈交叉十字形狀，它用以調(diào)節(jié)薄壁件的X與Y方向位置移動； 所述數(shù)據(jù)采集軟件及電腦系統(tǒng)是DASP 10. 0系統(tǒng)和工控機(jī)，它用以檢測和分析采樣以 后數(shù)據(jù)的結(jié)果；所述磁力表座是帶磁性的表座，呈圓柱狀，它用以固定千分表和壓力傳感器； 所述實(shí)驗(yàn)平臺是呈長方形，長、寬、高分別是=1800*1200*120，其上設(shè)置有固定用T形 槽，它將各個設(shè)備和結(jié)構(gòu)布置和固定在試驗(yàn)臺上。
2.一種航空薄壁件加工變形與動態(tài)響應(yīng)的測量裝置，其特征在于該十字平口鉗組件 的數(shù)量是二套，千分表的數(shù)量是三個，磁力座的數(shù)量是四個。
3.一種航空薄壁件加工變形與動態(tài)響應(yīng)的測量裝置，其特征在于該壓力信號數(shù)顯表 的型號為 JN12-2;34675。
4.一種航空薄壁件加工變形與動態(tài)響應(yīng)的測量裝置，其特征在于該功率放大器的型 號為 GF-800W。
5.一種航空薄壁件加工變形與動態(tài)響應(yīng)的測量裝置，其特征在于該激振器的型號為 JZ-50。
6.一種航空薄壁件加工變形與動態(tài)響應(yīng)的測量裝置，其特征在于該函數(shù)信號發(fā)生器 的型號為8219A。
7.一種航空薄壁件加工變形與動態(tài)響應(yīng)的測量裝置，其特征在于該電荷放大器的型 號為DFL-3。
8.一種航空薄壁件加工變形與動態(tài)響應(yīng)的測量裝置，其特征在于該信號采集卡的型 號為 INV306U-5160。
9.一種航空薄壁件加工變形與動態(tài)響應(yīng)的測量裝置，其特征在于該非接觸電渦流位 移傳感器的型號為HZ-8500。
10.一種航空薄壁件加工變形與動態(tài)響應(yīng)的測量裝置，其特征在于該動態(tài)壓電式力 傳感器的型號為M144702。
全文摘要
一種航空薄壁件加工變形與動態(tài)響應(yīng)的測量裝置，它是由壓力信號數(shù)顯表、功率放大器、激振器、函數(shù)信號發(fā)生器、電荷放大器、信號采集卡、待測定的薄壁件、非接觸電渦流位移傳感器、千分表、動態(tài)壓電式力傳感器、靜態(tài)壓力傳感器、十字平口鉗組件、數(shù)據(jù)采集軟件及電腦系統(tǒng)、磁力座和實(shí)驗(yàn)平臺組成。該測量裝置由十字平口鉗與激振器產(chǎn)生靜態(tài)與動態(tài)的載荷力，由千分表和動態(tài)壓電式力傳感器測量結(jié)構(gòu)的變形與動態(tài)響應(yīng)，通過函數(shù)信號發(fā)生器和功率放大器可以獲得所需要的頻率激振力模擬切削力的大小，它為薄壁件加工過程參數(shù)選擇與優(yōu)化提供模擬環(huán)境和實(shí)驗(yàn)平臺。本發(fā)明在高精密銑削加工研究與檢測技術(shù)領(lǐng)域里具有較好的實(shí)用價值和廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號G01N3/58GK102072842SQ20101053277
公開日2011年5月25日 申請日期2010年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月1日
發(fā)明者吳瓊, 張以都, 趙曉慈, 黎定仕 申請人:北京航空航天大學(xué)