嵌入合金薄膜传感器的刀具结构优化与测力灵敏度分析

提出一种嵌入刀具的合金薄膜传应变感器切削力测量系统的模型,以提高系统的测量灵敏度为目的,将弹性元件刀柄作为研究对象,结合薄膜传感器受力变形与刀具强度理论,通过在刀柄合适位置加工凹槽、多层台阶槽与钻孔方式设计了多种刀柄结构。构建了含有矩形、三角形以及半椭圆形凹槽的刀柄截面的惯性矩、强度与刀具测力灵敏度之间的关系,并运用MATLAB软件得到了在刀具强度安全域内,使测力系统灵敏度达到最大的刀柄截面形状的相关参数。对比分析六种含有矩形、半圆形复合凹槽的刀柄结构的横截面积、惯性矩、以及相应测力系统的灵敏度等,结果表明:与优化前的刀柄相比较,化后的刀柄结构可以使得测力系统的测力灵敏度提高倍数在(0.46~4.07)范围,而刀柄截面面积降至(0.09~0.84)范围;其中含有台阶层凹槽结构的刀柄优化结果较好,测力灵敏度提高了1.5倍,刀柄截面面积降至0.64倍。