八角环测力仪在石材铣削力测量系统中的应用

　　0引言

　　石材是一种特殊的硬脆材料，其铣削加工主要用于石材的雕刻，石材的铣削与金属的磨削相似，都是利用刀具的回转对材料进行切削，加工过程中的铣削力是影响刀具耐用度的关键因素a-zl，因此石材铣削力的测量将为进一步研究刀具耐用度提供基础。本文利用八角环的测力原理，将八角环测力仪在石材铣削力测量系统应用，实现了对石材铣削过程中铣削力的实时测量。

　　1测力仪原理

　　八角环结构简单，并且结构具有对称性，在测试中能消去不应有的误差，而广泛用作测力仪的弹性元件。八角环受力产生变形，使得紧贴在其上的应变片也随之变形，从而电阻值发生变化，当应变片受拉伸变形时，应变片变细，电阻增大;当应变片受压缩变形时，应变片变粗，电阻减小。

　　本实验所用的八角环测力仪是根据电阻式应变仪的工作原理定制的等全臂全桥的测量电路，如图1所示为八角环测力仪布片图，其中相互交错平行的八角环是弹性元件，在环的内壁与外壁上粘贴电阻应变片，共贴有16个应变片，并将这些电阻应变片连接成三个电桥以分别测量三个方向的分力。用于测量FX的电阻应变片有Rx1, Rx2, Rx3, Rx4，组成的测量电桥如图2(a)所示。在FX的作用下，Rx1， Rx3受拉，电阻增大；Rx2、Rx4受压，电阻减小，此时形成全桥电路，有较大输出。用于测量F_Y的电阻应变片有R_y1 , R_Y2、R_Y3、R_y4组成的测量电桥如图2 (b)。在进给力Fx的作用下，R_Y1 , R_Y3受拉，电阻增大(各为+0 R)，R}z, RY4受压，电阻减小(各为，R_Y2、R_Y4受压，电阻减小(各为。用于测量FZ的电阻应变片有Rz1 , Rz2,组成的测量电桥如图2(c)。在FZ的作用下，受拉，电阻增大(各为，受压，电阻减小(各为一△R)。

　　测力仪的布片与接桥时，尽可能的消除了三个分力间的相互干扰，即每一个电桥的输出电压仅与被测量的切削力有关，而与其它两个切削分力无关。如测量Fx时，电桥输出在Fz作用下，Rx1, Rx2, Rx3, Rx4同时拉伸，电阻增大，且增大的数值相等，因而不会导致测量Fx的电桥有电压输出。在外作用下，Rx1、 Rx2, Rx3, Rx4受拉(受压)，从而不会导致测量Fx的电桥有电压输出。

　　2测量系统构成

　　石材铣削力实验测量是在K5232C型数控立式升降台铣床上进行的，图3即为石材铣削加工时铣削力的测量系统示意图，测力装置即使用八角环铣削力测力仪，由于八角环受力变形引起的电阻应变片变化很小，电桥输出的电压变化也很小，需要信号放大，在实际的实验中是通过YJD-1型电阻应变仪进行的信号放大。