如图 2-7 光学式传感器

以上介绍了各类测振传感器的工作原理、优缺点以及常见的应用领域。在本试验中我 们是为了研究车削过程中刀具的振动情况，可供选择的种类很多，分别有加速度传感器、 位移传感器、速度传感器等。根据试验需求，我们选择压电式加速度传感器进行测振分析。

2。3。3 测振系统的搭建

本试验中的测振系统的基本组成：压电式加速度传感器、振动信号采集仪、振动信号 采集软件和计算机等。下面将具体介绍每个设备的型号、功能和特点：

（1）压电式加速度传感器。本试验选择的是北京波谱世纪科技发展有限公司研发的

型号为 YD-21 的压电式三向加速度传感器，将该传感器安装在刀具下表面以获取车削振动 信号。该传感器的功能和特点：16bit 的分辩率；A/D 转换的最高频率为 500KHz；频率的 测量范围为 0。2-4000Hz；带有程控放大器便于测量弱信号；可连续采集大量数据等。本试 验中采集振动信号的频率设置为 1000Hz，该频率不仅在三向加速度传感器的测频范围内， 而且满足试验测振要求。图 2-8(a)为三向加速度传感器，图 2-8(b)三向加速度传感器的安装。

（2）振动信号采集仪。本试验选择的是配套的型号为 WS-2402 振动信号采集仪对振 动信号进行采集，然后将三向加速度传感器所转换后的电信号传送到计算机内并进行存 储。图 2-8（c）为振动信号采集仪。

（3）计算机。在计算机上安装 WS-DAQ 采集程序软件，对车刀的 X、Y、Z 三向振 动信号进行采集。

（a）三向加速度传感器 （c）振动信号采集仪

（b）三向加速度传感器的安装位置 图 2-8 测振系统设备图

3 车削温度理论与测试基础

3。1 切削热和车削温度的概述

3。1。1 切削热的产生原因

切削热是由于工件在加工过程中，被加工材料层发生弹性和塑性变形，以及不断分离 的切屑、加工表面和刀具间的相互摩擦而产生的热量。金属切削热来自三个发热区域：剪 切面、切屑与前刀面接触区以及后刀面与过渡表面接触区，如图 3-1 所示。

3。1。2 切削热与车削温度

刀具切削示意图

切削热是产生车削温度的根本原因，而切削温度直接影响切削过程，其定义如表 3-1

所示。如果切削热越多、散出的越慢，则切削温度就越高。

表 3-1 车削温度的定义

车削温度 定义

刀具前刀面与切屑的接触面上的稳定温度，即平均温狭义度。

（1）剪切面上的平均温度及温度分布。

广义 （2）刀具与切屑接触面上的平均温度及温度分布。

（3）刀具后刀面与被切削材料的接触面上的平均温度 及温度分布。

车削温度的分布特性如图 3-2：（1）在剪切区域内沿剪切面方向等温分布，垂直于剪 切面方向上温度逐渐递增——剪切滑移变形强烈；（2）前刀面和后刀面上的最高温度点均 远离切削刃一定距离——摩擦热逐渐累加；（3）前刀面附近的底层切削温度梯度变化明显， 摩擦热主要集中在切屑底部。

3。2  车削温度测量系统

3。2。1 红外线测温原理简介

图 3-2 切削温度场

温度测量一般可以归为两种形式：接触式和非接触式。接触式测温系统一般由热电偶、 RTD 和温度计组成，是最为普遍的温度测量方法，它的设备成本低但是响应速度较慢。而 非接触式测温系统可以在常规传感器无法使用时进行准确测温，它响应速度快，可以测量 移动的对象，但是成本较高。