减小测力仪交叉干扰的算法研究

    1　引言

    对切削力进行测试和研究,可为汽车用新材料、新刀具和新工艺的开发与应用制定合理的加工规范;可为自动化生产中监控切削过程和刀具工作状态、提高产品的加工精度、节资降耗等奠定理论基础。传统的切削力测试方法是通过微应变、当量值换算来获得切削力数据,其测量结果的准确度、测试的自动化程度和效率都不能满足当今生产的需要。随着计算机辅助测试技术的不断发展,集切削力数据采集和处理为一体的、具有智能化功能、便于现场使用的切削力测试系统已成为必然的发展趋势。

    2　切削力测试系统结构框图

    切削力测试系统的结构框图见图1.

    3　算法

    切削力测量是一种典型的空间动态力测量。本系统采用的三向应变式测力仪是通过巧妙设计的受力弹性元件和在弹性元件上粘贴多个应变片,组成三个独立电桥,分别测量作用力的三个相互垂直的分量。

    一个理想的三向测力系统,要求在互相垂直的三个方向中的任何一个方向受到力作用时,其余两方向上不应有输出,而实际上常常有微小输出,这种现象称为交叉干扰。本系统采用数理统计方法对标定数据进行回归分析,得出三向应变式测力仪的各向灵敏度和交叉干扰度,进而根据线性时不变系统符合叠加原理的性质推导出应变式测力系统的干扰方程,并采用分段线性化与线性插值方法组成切削力数据处理算法程序,减小了交叉干扰的影响。下面介绍算法原理。

    3·1　测力仪各向灵敏度和交叉干扰度的获取

    被测力的大小是与预先标定的结果作比较而确定的,标定是否精确直接影响测量结果的精确度。静态标定的目的是确定标定曲线、各方向灵敏度和交叉干扰度。为此采用螺旋机构来施加标准力,标准力的量值用ES—06标准测力计来度量。所测+X、-X方向数据见表1。

    由测力仪各方向加载测得的5组电压数据可绘出5张交叉干扰曲线图,其中两张如图2所示。从图中可见X方向受力时, Y、Z方向受干扰的程度及+X方向和-X方向的曲线存在明显差别。

    处理后即可得出反映应变式测力仪+X方向加载时, x、y、z输出通道的回归直线方程为

    由方程可得测力仪+X方向的灵敏度和交叉干扰度,为建立干扰方程打下了基础。

   3·2　由测力仪输出电压值推算对应的力值

    按切削力测试系统结构框图连接测力仪等仪器后,在测力仪X方向加载,则x、y、z三个输出通道均有电信号输出,用公式可表示为

    式(1)、(2)、(3)中,ε_XX为测力仪X方向灵敏度,ε_YX、ε_ZX为测力仪X方向加载对Y方向和Z方向的交叉干扰度,U_XX为测力仪x通道输出电压信号,F_X为加载力值,以下相应符号可类推。