基于FBG的切削力测量装置设计与分析

2012-08-01刘明尧陶小亮周祖德谭跃刚

武汉理工大学学报(信息与管理工程版) 2012年2期

刘明尧，陶小亮，周祖德，谭跃刚

(武汉理工大学机电工程学院，湖北武汉 430070)

随着工业自动化和现代制造业的迅速发展，数控机床、加工中心已经成为现代制造技术的主流。为了保障这些高投资自动化加工设备的安全运行和加工质量，迫切需要新型、实用、可靠的监控系统，以监测加工系统的动态切削过程。切削力是表征切削过程的最重要的特征，检测切削力成为国内外主要采用的监测方法之一。YALDIZ[1－3]和 KARABAY[4－5]研制了基于应变片测量的测力仪。孙宝元[6]研制出压电刀杆式切削测力仪。ALBRECHT[7]和 KIM[8]使用位移传感器检测主轴受力位移变化，并搭建了铣削力检测系统。然而应变片在测量切削力时粘贴复杂且处理电路多，受加工环境的影响大;压电材料受温度及湿度影响大，测量信号易受电磁场等信号干扰，使用维护极不方便。刘兆妍[9]等提出利用FBG检测切削力，但使用光电转换器将FBG波长信号转换为电信号进行解调，测量系统复杂且偏离了FBG波长绝对量编码解调的优势区间，信号易受电磁干扰。FBG是一种新型的光测传感器，具有体积小、对电绝缘、抗电磁干扰、精度高、可靠性高的特点，环境适应性好，且可在单根光纤上布置多个针对不同参数的测量光栅形成分布式传感器。因此笔者提出了基于FBG传感测量原理的切削力测量方法，采用波长解调原理，设计测力仪结构，搭建测量系统，实现切削力的精确测量。