测力仪直接测量切削力方法优化

直接测量就是直接使用测力仪测得切削力。测力仪按测量原理可分为机械、液压、电气（电阻、电感、电容、压电、电磁）测力仪器，常用的为电阻式测力仪器和压电式测力仪，它们分别是利用切削力作用在测力仪的弹性元件上所产生的弹性变形和作用在压电晶体上所产生的电荷经过转换后，得出F_x、F_y、F_z值的。

从测力仪的发展进程来看，大致可分为三个阶段。第一阶段是将力转换成其他物理量的探索阶段，如将力转换成指针偏转或电信号等方法的试验研究，此间先后出现了机械式、电阻应变式、电容式、电感式以及液压式等测力仪，多在实验室使用；第二阶段是静态分力测试研究阶段，在各种实际加工条件下正确测出静态切削三个分力，作为这个时期代表的电阻应变式测力仪进一步完善并获得了较为普遍的应用；第三阶段是动态力的测试与研究阶段，这是最近十几年由于国防工程和机械加工动态测试的需要，同时也因近代测试技术的发展提供了可能性而发展起来的，作为这个阶段的代表就是压电式切削测力仪。进入20世纪80年代，许多学者利用比较成熟的压电切削测力仪进行试验和研究工作，压电切削测力仪的使用量日趋扩大。

1.应变片法及应变片式测力仪

此类测力装置是利用具有电阻应变效应的材料变形来测量切削力的大小。具有电阻应变效应的材料变形时其电阻值会产生变化。应变片测量工作原理是利用金属的电阻应变效应将由切削力引起的变形转换成电量输出。与电阻应变式传感器配套使用的处理仪器常见的有静态应变仪和动态应变仪。目前，这些仪器大部分已标准化。

基于上述原理设计的八角环形电阻测力仪是现在常用的测力仪器。它是一种电阻应变式测力仪，其工作原理是测力仪的八角环是弹性元件，在环的内外壁上粘贴应变片并连接成电桥，以测量F_x、F_y、F_z三个分力。进给抗力F_x使八角环受到切向推力，切深抗力F_y使八角状环受到压缩，主切削力F_z使八角环上面受拉伸下面受压缩。对这种不同的受力情况，在八角环上适当地布置应变片就可在相互极小干扰的情况下分别测出各个切削分力。在实际的切削加工过程中，八角环的变形使紧贴在其上的电阻应变片也发生了变形，电阻值R也发生了变化R±ΔR，根据电阻的输出电信号就可以得出切削力的大小。

2.压电传感器测量

压电传感器的输出电荷经过一定的电路处理放大得到较理想的电信号。电信号与所施加的力有一定的对应关系，通过测量电信号的大小来得到所受力的大小。目前最常用的材料是压电陶瓷和石英晶体。压电传感器适用于冲击、振动等动态力的测量。压电传感器广泛用于机床切削力的监控及刀具磨损情况的监控。(www.xing528.com)

利用测力仪直接测力方法具有力信号比较容易采集、响应快、灵敏度高、便于在线实时测量等优点。但也有如下明显的缺陷：

1）安装测力仪或力传感器时机床本身结构遭到破坏，机床刚度发生变化，从而采集不到准确的力信号。

2）测力仪和力传感器的安装、调试技术复杂。

3）测试设备花费较高。

4）测力仪和力传感器测试系统可靠性低。

因此，测力仪直接测量法一般只用于试验研究，直接用于实际生产的很少。