大面域多维测力仪轻量化设计与研制OA

针对大尺寸工件切削力监测中,大面域测力仪因测试面域扩大而导致质量增大、固有频率下降的技术问题,引入轻量化思想,研制了一种大面域压电多维测力仪,并开展了系统的理论分析与实验验证。通过结构功能分析明确了轻量化的设计约束与优化方向,运用拓扑优化获取初始结构,确定关键尺寸参数。采用试验设计结合响应面法建立参数与优化目标的代理模型。然后,结合多目标优化算法进行参数寻优,确定最终设计方案,完成测力仪样机制备。最后,通过静、动态标定以及实际铣削实验对轻量化测力仪的性能进行验证。实验结果表明,测力仪实测整体质量下降8.3%,一阶固有频率提升33.2%,各向线性度、重复性均小于0.5%,各向耦合误差小于3%,三向固有频率不低于1.9 kHz;铣削测力实验验证了其在工作面域内的测试稳定性,清晰揭示了其对不同工况的灵敏响应,证明了轻量化后的测力仪仍具有优异性能。该研究为后续测力仪结构设计和固有频率提升提供了理论指导,具有明确的工程应用价值。