马晶 张志聪 兰国威 周洪君 潘贤宇

哈尔滨理工大学机械动力工程学院，中国·黑龙江 哈尔滨 150080

1 引言

金属切削过程中，切削状态的实时监测在控制切削过程、调整切削参数、检测刀具磨损等方面发挥着重要的作用。通过切削力对切削状态进行监测是最直接、最有效的方式之一，目前切削力监测多集中在车削和铣削中，镗削力方面的研究较少。主要的切削力测量刀具包括：应变式切削力测量刀具、压电式切削力测量刀具、电容式切削力测量刀具和基于声表面波原理的切削力测量刀具。但这些刀具大多都是在实验开发阶段，没有实际应用，一些商用化推出的测力刀柄、压电式测力仪等价格昂贵，一般生产企业很难承受。因此提出一种适用于企业生产、价格经济、操作简单的切削力智能感知刀具需求强烈。

2 技术路线

2.1 应变式感知单元结构设计及优化

进行感知单元结构设计，着重对弹性体结构进行设计（如图1所示），减小传感器传递误差，简化后续电路设计等问题，设计完成后对感知单元进行受力分析，并分析数据，多次进行模拟实验优化感知单元结构，最终得出最优结构。

图1 应变式感知单元结构设计

2.2 惠斯通电桥分析

传感器的工作过程是基于电阻应变效应来实现传感器的测量[1,2]。金属箔式应变片相对于其他应变片具有可以制成多种形状复杂和尺寸准确的敏感栅，并且具有允许通过电流大、柔性好、耐疲劳寿命高、承受大变形能力强、横向效应小以及蠕变特性好等优点，所以论文选用的传感器采用金属箔式应变片作为敏感元件。……