刀具嵌入式切削力测量用薄膜传感器关键技术研究

【摘要】精密、超精密加工技术的不断发展，要求切削力测量传感器及系统微小化、高精度、高分辨率、高响应、实时性等。研制高精度、能适应恶劣环境测量压力要求的薄膜电阻测力传感器具有广阔的应用前景和很好的社会效益。基于MEMS技术，在刀具内嵌入薄膜微传感器测量切削力，可以直接的反应刀具工作情况，具有准确、有效、可靠性高的特点。本文对嵌入刀具的薄膜传感器测量切削力的关键技术做了如下研究：1.分析研究了切削力测量仪及切削测量技术的现状及发展，特别是切削力测量用的薄膜应变传感器的应用与优势，介绍了薄膜制备的方法与工艺。2.在对薄膜传感器的测力原理进行分析的基础上设计了一种嵌入刀具的薄膜测力传感器，具体在以下几方面进行了设计：基片大小、薄膜传感器在刀具表面的位置、薄膜敏感栅的形状及阻值以及传感器的绝缘层与保护层材料的选择。本课题选定了Ni—Cr合金薄膜为传感器电阻栅的材料。3.将刀具—传感器系统简化为悬臂梁结构，对刀具受力、电阻栅应变、传感器输出电压三者之间关系进行了理论分析与公式推导，得到传感器的输出电压与受到外力大小的关系。4.对薄膜传感器制备过程中的关键工艺进行了研究，包括薄膜传感器基片的制备、多层薄膜的制备工艺以及电阻栅的光刻工艺，并进行了一些加工上的实验，为后续的研究工作奠定了必要的基础。在结论中总结了所做的研究工作，并对后续相关工作提出展望和探讨。这些研究对嵌入刀具的薄膜传感器测量切削力系统的发展具有一定的价值与意义。
【作者】李学瑞；
【导师】武文革；
【作者基本信息】中北大学，机械制造及其自动化，2014，硕士
【关键词】薄膜传感器；薄膜应变栅；刀具嵌入；离子溅射沉积；压阻系数；

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