人和动物的不同，在于是否能使用工具，经过了漫长的岁月，人类使用的工具从简单的树枝石头，逐渐进步到了金属制品，慢慢形成了如今复杂多样的工业体系。而在人类工业发展的长河中，铣削自诞生之日起，便成为了工业加工中不可或缺的一种重要的加工方式，在铣削不断发展的过程中，铣削测力系统的诞生和应用也对于铣削这种加工方式起到了强大的推动作用，铣削及其测力系统相互促进，达成了我们今天在铣削加工中的极高精度，稳定的加工质量和稳定安全的加工环境等等成就。而在科学技术突飞猛进的今天，铣削技术的进步并未停止，为了适应与日俱增的铣削加工，铣削测力系统同样要与时俱进，所以我想要利用这次毕业设计的机会，提出两种新型的铣削测力系统设计方案。70710

2 目前有关的一些钻削测力仪的研究成果

压电晶体其特性，即压电效应，早在1880年由居里兄弟（P·Curie与J·Curie）发现，而在一年之后，两人经过试验得出了逆压电效应的正确性，同时测得了正、逆压电的常数。本次设计中选用的压电式测力传感器，其原型早在1939年以前就已经诞生，但是作为新生技术，和其他不成熟的发明一样有着许多显著的缺点导致其无法有效地应用到工业切削系统中进行切削力的测量。

在1939-1945年间，在战争的促进下，许多工业生产技术都有了较大的进步，其中就包括了压电式测力仪的实用化，让这个多年前发明的测力系统真正开始被用作对工业生产的测力。1944年成立的瑞士机车和机器制造厂 (SLM) 为了确定燃烧时气缸中的压力曲线和峰值压力，年轻工程师Walter P. Kistler 和 Hans Conrad Sonderegger 开始研发一系列的测力系统，该公司即是在测力系统研发做出巨大贡献的Kistler公司的前身。论文网

虽然我国在上世纪70年代就开始自主研究我们自己的切削测力系统，并在接下来的数十年间不断发展，从一开始单一的单向测力系统，逐渐发展到今天复杂多样的单向测力、双向测力以及三向测力系统，相比以前获得了强所未有的巨大进步，但是不得不承认我国测力系统的研制相比国外先进水平还有较大差距，因为起步晚，和世界先进的研发团队缺乏交流，所以在今后为了追赶世界一流水平，让我国工业真正在质量上跻身世界一流的水平，测力系统这一方面依然需要我们付出艰辛的努力。

3 方案论证及确定

经过长时间的发展，测力系统中的传感器有了许多不同的类型，它们有着各自的特点以及不同的测力范围和适用场合。下文主要将介绍应用范围最广的三种测力传感器及其特点，从中选择出适用于我们本次设计的一种传感器。

（1） 压电式传感器

压电式传感器的主要原理是利用压电晶体本身的压电效应，实现自发电和机电转换。压电晶体受到外力作用后从表面产生一定的电荷，随后电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后，其电量输出能够直观的表示出压电晶体所受的外力大小。压电式传感器的优点是其灵敏度较高、信噪比高、结构相对简单、性能可靠和小巧轻便等，但缺点是许多压电晶体需要采取防潮措施，否则容易对电荷输出的稳定性造成负面影响。同时，压电式传感器输出的直流响应差，需要采用高输入阻抗电路，或者是利用电荷放大器来克服这一缺点。

图1.1  Kistler 9077c三分量力传感器

鉴于本次设计只考虑最佳的测量性能，不考虑成本和其他使用因素的情况下，压电式传感器无疑在三种传感器中拥有较高的测量精度，动态测量性能好，适合用于高速旋转的端铣切削过程测力，所以选用压电式传感器。