以壓電感測器量測車刀切削力之製程整合

Abstract

近年來工具機技術愈發成熟，在加工應用上也越來越廣泛。然而，由於一直以來沒有精確可靠的切削數學模型能夠預測刀具磨耗、表面質量等，尤其是近幾年高精度加工應用具有很大的需求，因此開發加工過程中的監控系統便顯得格外重要。過去大多數研究中常用動力計來測量切削力，但其價格昂貴且占工作空間，使加工受到諸多限制。為了解決這個問題，已有許多文獻提出了幾種基於壓電、壓阻材料和電容換能器的切削力感測器。然而，高速加工時切削力極小且上述大部分文獻提出的感測器都只是模型，很少提及感測器元件和電路前端之間的集成，這是決定感測信號完整性和信噪比的關鍵。因此，本研究旨在提出一種可行的解決方案，在不破壞刀具的結構下嵌入信號線並使用性能佳的壓電感測元件。使用聚偏二氟乙烯 (PVDF) 感測元件與其連接的調節電路集成在一起，以實現量測車刀即時切削力之目的。感測器的動態特性透過脈衝試驗進行評估，且同時也在不同的切削條件下進行了切削試驗。研究結果表顯示，所設計的感測器在不同切削條件下會量測到不同的切削力，因此是一可行且有效的方法，並可推展應用至其他切削加工。