专利名称：一种航空薄壁件加工变形与动态响应的测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种航空薄壁件加工变形与动态响应的测量装置，它用于测量薄壁件 在不同模拟切削力下的变形与动态响应。该测量装置可以用以调整激励信号的大小和频 率，模拟真实的加工切削力，通过设备的检测可以获得薄壁的响应和变形量。本发明属于高 精密加工研究与检测技术领域。
背景技术：
航空制造业作为制造业的一个重要分支，近年来得到了迅速的发展。现代飞机的 性能要求不断提高，飞机的结构设计发生了较大的变化。从零件结构上来看，为了减轻重 量，整体薄壁结构件在新机型中得到了尽可能多的应用，如机翼、整体壁板、大梁、隔框等。 整体式薄壁结构件不是由零件简单组合，而是利用整体毛坯进行高速数控加工的方法制 造，国内对此类零件缺乏相应的成熟制造技术和经验积累。在国内某型号战机的研制和生 产过程中，整体框、梁和接头在数控加工后和加工过程中大都存在不同程度的变形，包括弯 曲、扭曲、弯扭组合变形，使零件难以达到设计要求，甚至成为废品，严重影响着航空航天产 品生产进度与生产成本的控制，并且航空的结构件通常由薄壁、腹板、拐角等难加工结构和 材料构成，因此在实际的高速切削加工过程中，会遇到很多问题。铣削参数是加工表面质量的重要因素之一，选择的不合理，会使切削力过大，产生 了薄壁件的让刀变形，造成了产品的超差，或引起薄壁件的振动，使得表面生成振纹，不仅 严重地影响了表面的加工质量，而且需要第二次打磨，大大地降低了加工的效率。长期以 来，尽管人们在选择加工的切削参数方面积累了较为丰富的经验数据，但机床-刀具-工件 的组合的条件发生变化，许多经验参数就不在适用，尤其在当今国内制造企业引进了大量 先进的数控设备，但由于缺乏切削参数选取的有效手段和工具，只能依靠国外机床和刀具 厂商提供的数据进行参考，不能充分发挥先进设备应有的效能，很大程度地制约了制造业 的发展。因此发明一种能够对薄壁件的加工变形和动态响应的测量装置就显得尤为必要和 紧迫。针对加工中出现的薄壁件的变形和振动，因此提出了集静态与动态一体的测量方 案，并依据此方案设计出薄壁变形与动态响应的测试装置，用以测量出加工过程中薄壁件 的变形和动态响应。

发明内容
1、目的本发明的目的就是为了提供一种航空薄壁件加工变形与动态响应的测量 装置，它克服了现有技术的不足，能准确地测量和模拟出薄壁件在加工过程中的变形和动 态响应。2、技术方案本发明一种航空薄壁件加工变形与动态响应的测量装置，它是由压 力信号数显表、功率放大器、激振器、函数信号发生器、电荷放大器、信号采集卡、待测定的 薄壁件、非接触电涡流位移传感器、千分表、动态压电式力传感器、静态压力传感器、十字平口钳组件、数据采集软件及电脑系统、磁力座和实验平台组成；它们之间的位置连接关系是动态压电压式力传感器与待测薄壁件相接触，数据 连线一端与电荷放大器相连，动态压力传感器的另一端与静态压力传感器相连，静态压力 传感器与激振器相连接，激振器与功率放大器相连接，功率放大器与函数信号发生器相连 接；静态压力传感器一端与动态压电压力传感器相连，另一端与压力信号数显表相连；待 测定的薄壁件通过十字平口钳组件固定在实验平台上；千分表与待测薄壁件相接触，并通 过磁力表座固定在实验平台上；非接触电涡流位移传感器也通过磁力表座固定在实验平台 上，非接触电涡流位移传感器的数据输出线与电荷放大器相连，电荷放大器与信号采集卡 相连接，而信号采集卡与终端电脑和软件相连接。具体连接情况可参考

图1所示。所述压力信号数显表是呈长方体形状，长、宽、高分别是200*150*120，电源电压 为9V，功率9W，主要功能用以显示压力测量值和校准等功能；该压力信号数显表的型号为 JN12-2346750所述功率放大器呈长方体形状，长、宽、高分别是600*450拉80，最大功率为 800W ；其工作的频率范围5 10000Hz，输出阻抗0. 8 Ω，主要功能可以产生不同大小功率的 能量，以实现驱动激振器产生振动；该功率放大器的型号为GF-800W。所述激振器是呈圆柱形状，直径为200，高为350，工作频率10-5000ΗΖ，主要功能 电磁驱动产生激振力；该激振器的型号为JZ-50。所述函数信号发生器是呈长方体形状，长、宽、高分别是220*170*100，工作频率 为0. 3Hz 3MHz主要功能为产生各种所需要的激发电子信号，模拟加工的铣削力的信号； 该函数信号发生器的型号为8219A。所述电荷放大器是呈长方体形状，长、宽、高分别是280*195*120，灵敏度调节为 10-100PC/U，低通滤波为10-20kHz，电荷增益为0. 001-10V/U，主要功能是将采集和输出的 电信号进行放大和调节，提高信号的可靠性和真实度；该电荷放大器的型号为DFL-3。所述信号采集卡的呈长方形，长、宽、高对5*120*90，主要功能用以对获得的信号 进行采集处理；该信号采集卡的型号为INV306U-5160。所述待测定的薄壁件是一字型，工字型，丁字型三种形状中的任意一种薄壁结构 件。所述非接触电涡流位移传感器是呈圆柱形状，分辨率1 μ m,灵敏度4mV/um，工作 频率0 4KHz，主要测量出薄壁件上产生的振动位移；该非接触电涡流位移传感器的型号 为 HZ-8500。所述千分表是呈圆盘状，其型号为2119SB-10，分辨率为lym，测量范围5mm，主要 用以测量薄壁件在受静态载荷力时的变形值；所述动态压电式力传感器是呈小圆柱形，分辨率为0.025N，测量范围为^(g，用以 测量动态激振力的大小；该动态压电式力传感器的型号为M144702。所述静态压力传感器是呈S形状，其灵敏度为1. 645mV/V,最大量程lOOKg，用以测 量静态载荷力的大小。该静态压力传感器的型号为CXL-102。所述十字平口钳组件是呈交叉十字形状，主要功能是用以调节薄壁件的X与Y方 向位置移动。所述数据采集软件及电脑系统是Dasp 10. 0系统和工控机，主要功能用以检测和分析采样以后数据的结果。所述磁力座是呈圆柱状，其功能是用以固定千分表和压力传感器等。所述实验平台是呈长方形，长、宽、高分别是1800*1200*120，其上设置多道固定 用T形槽，主要功能将各个设备和结构布置在试验台。材质为铸铁。其中，十字平口钳组件的数量是二套，千分表的数量是三个，磁力座是四个；本测 量装置的工作原理铣削加工过程中由于铣削力的作用，使得薄壁件产生不同的变形和振动，利用信 号发生器模拟出铣削力的大小和信号，薄壁在不同激励(静态与动态)的作用下，会产生相 应的反应，然后利用各种传感器的自身特点进行采集获得不同条件下的薄壁响应从而实现 模拟铣削加工的状态。非接触电涡流传感器由平面线圈和金属片组成，它是基于电磁感应原理制成的。 由电磁场理论可知，受到交变电磁场作用的任何导体，都会产生电涡流。成块的金属置于变 化的磁场中，或者在固定磁场中运动时，金属导体内就要产生感应涡流。非接触电涡流位移 传感器的作用原理见图4(a)、(b)所示；把线圈与被测导体等效为相互耦合的两个线圈，设 R1为线圈的电阻^为线圈电感；R2为短路环的电阻；L2为短路环电感；M为线圈与短路环 间的互感，随着二者之间距离X的减少而增大杣为激励电压。由等效电路可写出两个电压平衡方程式
权利要求
1. 一种航空薄壁件加工变形与动态响应的测量装置，其特征在于它是由压力信号数 显表、功率放大器、激振器、函数信号发生器、电荷放大器、信号采集卡、待测定的薄壁件、非 接触电涡流位移传感器、千分表、动态压电式力传感器、静态压力传感器、十字平口钳组件、 数据采集软件及电脑系统、磁力座和实验平台组成；它们之间的位置连接关系是动态压 电式力传感器与待测薄壁件相接触，数据连线一端与电荷放大器相连，动态压力传感器的 另一端与静态压力传感器相连，静态压力传感器与激振器相连接，激振器与功率放大器相 连接，功率放大器与函数信号发生器相连接；静态压力传感器一端与动态压电式力传感器 相连，另一端与压力信号数显表相连；待测定的薄壁件通过十字平口钳组件固定在实验平 台上；千分表与待测薄壁件相接触，并通过磁力表座固定在实验平台上；非接触电涡流位 移传感器也通过磁力表座固定在实验平台上，非接触电涡流位移传感器的数据输出线与电 荷放大器相连，电荷放大器与信号采集卡相连接，而信号采集卡与数据采集软件及电脑系 统相连接；所述压力信号数显表是呈长方体形状，电源电压为9V，功率9W，它用以显示压力测量 值和校准等功能；所述功率放大器呈长方体形状，最大功率为800W ；其工作的频率范围5 10000Hz，输 出阻抗0. 8 Ω，它可以产生不同大小功率的能量，以实现驱动激振器产生振动； 所述激振器是呈圆柱形状，工作频率10-5000ΗΖ，它是电磁驱动产生激振力； 所述函数信号发生器是呈长方体形状，工作频率为0. 3Hz 3MHz主要功能为产生各种 所需要的激发电子信号，模拟加工的铣削力的信号；所述电荷放大器是呈长方体形状，灵敏度调节为10-100PC/U，低通滤波为10-20kHz， 电荷增益为0. 001-10V/U，它是将采集和输出的电信号进行放大和调节，提高信号的可靠性 和真实度；所述信号采集卡呈长方形，它用以对获得的信号进行采集处理；所述待测定的薄壁件是指一字型，工字型，丁字型三种形状中的任意一种薄壁结构件；所述非接触电涡流位移传感器是呈圆柱形状，分辨率ι μ m,灵敏度4mV/um，工作频率 0 4KHz，它测量出薄壁件上产生的振动位移；所述千分表是呈圆盘状，分辨率为1 μ m，测量范围5mm，它测量薄壁件在受静态载荷力 时的变形值；所述动态压电式力传感器是呈小圆柱形，分辨率为0. 025N,测量范围为^(g，它用以测 量动态激振力的大小；所述静态压力传感器是呈S形状，其灵敏度为1. 645mV/V,最大量程lOOKg，它用以测量 静态载荷力的大小，其型号为CXL-102 ；所述十字平口钳组件是呈交叉十字形状，它用以调节薄壁件的X与Y方向位置移动； 所述数据采集软件及电脑系统是DASP 10. 0系统和工控机，它用以检测和分析采样以 后数据的结果；所述磁力表座是带磁性的表座，呈圆柱状，它用以固定千分表和压力传感器； 所述实验平台是呈长方形，长、宽、高分别是=1800*1200*120，其上设置有固定用T形 槽，它将各个设备和结构布置和固定在试验台上。
2.一种航空薄壁件加工变形与动态响应的测量装置，其特征在于该十字平口钳组件 的数量是二套，千分表的数量是三个，磁力座的数量是四个。
3.一种航空薄壁件加工变形与动态响应的测量装置，其特征在于该压力信号数显表 的型号为 JN12-2;34675。
4.一种航空薄壁件加工变形与动态响应的测量装置，其特征在于该功率放大器的型 号为 GF-800W。
5.一种航空薄壁件加工变形与动态响应的测量装置，其特征在于该激振器的型号为 JZ-50。
6.一种航空薄壁件加工变形与动态响应的测量装置，其特征在于该函数信号发生器 的型号为8219A。
7.一种航空薄壁件加工变形与动态响应的测量装置，其特征在于该电荷放大器的型 号为DFL-3。
8.一种航空薄壁件加工变形与动态响应的测量装置，其特征在于该信号采集卡的型 号为 INV306U-5160。
9.一种航空薄壁件加工变形与动态响应的测量装置，其特征在于该非接触电涡流位 移传感器的型号为HZ-8500。
10.一种航空薄壁件加工变形与动态响应的测量装置，其特征在于该动态压电式力 传感器的型号为M144702。
全文摘要
一种航空薄壁件加工变形与动态响应的测量装置，它是由压力信号数显表、功率放大器、激振器、函数信号发生器、电荷放大器、信号采集卡、待测定的薄壁件、非接触电涡流位移传感器、千分表、动态压电式力传感器、静态压力传感器、十字平口钳组件、数据采集软件及电脑系统、磁力座和实验平台组成。该测量装置由十字平口钳与激振器产生静态与动态的载荷力，由千分表和动态压电式力传感器测量结构的变形与动态响应，通过函数信号发生器和功率放大器可以获得所需要的频率激振力模拟切削力的大小，它为薄壁件加工过程参数选择与优化提供模拟环境和实验平台。本发明在高精密铣削加工研究与检测技术领域里具有较好的实用价值和广阔的应用前景。
文档编号G01N3/58GK102072842SQ20101053277
公开日2011年5月25日 申请日期2010年11月1日 优先权日2010年11月1日
发明者吴琼, 张以都, 赵晓慈, 黎定仕 申请人:北京航空航天大学