图2。1   测力仪晶组的电极及极化电荷分布图

对于要利用石英晶片的扭转效应测量扭矩的单元晶组，在准确判断晶轴的前提下，要使扭转晶组按干扰最小的方式来组合，测扭矩的晶片为Y0°切型，利用分割电极法，即两半电极以电轴z轴为分界线分别贴在晶片表面，两片Y0°切型的晶片进行对装来提取正负电荷。由于Y0°单元晶组同时具有剪切效应，所以采用剪切效应d 转换的Y0°切型的单元晶组，同时，可测径向力的大小。由此可采用同一组Y0°单元晶组，既测扭矩又测径向力，最后进行电荷分离。

如图2-1（b）所示，当径向力Fx单独作用于测力仪上时，电极1、2上输出的电荷均为QF，（QF为在力F作用下产生的电荷），如图2-1（c）所示；当M 单独作用于测力仪上时，电极1、2上输出的电荷分别为QM（QM为在M 作用下产生的电荷）和-QM，所以当Fx和M 同时作用于测力仪上时，电极1的输出电荷为QF＋QM，而电极2上的输出电荷则为QF－QM，因此把电极1、2的输出结果相加即为2QF，即可求得径向力的大小；而将电极1的输出与电极2的输出相减则为2 QM，即可求得作用扭矩的大小。

2。1 新型高灵敏度压电式钻削测力仪

   压电式钻削测力仪为动态型测力仪，它能测取钻削过程中两个主要动态切削力：轴向力Fz和扭矩Mz，能够真实描述钻削过程的物理本质，在钻削过程中，通过在线检测Fz和Mz的大小与变化，能够随时得知钻头磨损状况、钻头是否拆断、机床是否过载以及功率消耗的大小，还可及时了解到加工质量的优劣(尤其表面粗糙度的高低)等，所以它是实现钻削过程自动监控，达到钻削过程自动化不可缺少的手段，另一方面为了开发新型钻头，以及新型的孔加工刀具，研究其切削机理和优化其切削过程，也必须测取Fz、Mz的大小，加以分析、比较与鉴别。为此， 现已研制成功的高灵敏度、高刚性、高频响的SDZ—B型双向晶体钻削测力仪(如图2-1)就能够全面地满足上述要求。

图2－2　SDZ—B型双向晶体钻削测力仪

2。2 新型压电三向钻削测力仪

  以往的钻削测力仪对于扭矩的测量多是采用”力×力臂”法，在固定的力臂下，测得力与扭矩的线性关系。由于扭矩是通过密布在同一圆周上且有切向效应的石英晶片测得，这些晶片多达12组24片(最多可达72片)，同时夹在两个平板之间，为了使各片受力均匀，晶片Y-0°的等高性、平行度、平面度以及粗糙度等要求极严，装配工艺也很高，且调试也较麻烦。为了克服以往钻削测力仪的以上缺点，本文在压电石英扭转效应研究的基础上，直接利用扭转效应进行扭矩测量，设计并制作了压电三向钻削测力仪，采用两片石英晶片利用分割电极的方法同时测量扭矩和径向力，两片X-0°石英晶片测轴向力，就能同时测出钻削过程中产生的扭矩、径向力、轴向力。

图2-3 新型压电三向钻削测力仪

2。3 无定心钻削测力仪

  它是利用压电晶体扭转效应和力偶矩可以在平面上任意移动原理制成的测扭转力矩装置。与一般钻削测力仪不同的是，其结构简化，加工范围扩大，钻头无需与测力仪轴心对中，可以在测力仪支撑的试件上任意处钻孔。

大连理工大学机械工程学院完成的YDX－I I 01W压电无定心钻削测力仪近日通过了教育部科技成果鉴定。YDX－I I 01W压电无定心钻削测力仪可实现无定心钻削测力，为国内外首创。

YDX－I I 01W压电无定心钻削测力仪可实现无定心钻削测力，孔的位置变化所带来的最大测力误差≤2%；该测力仪具有结构简单、工艺性好、调整方便、所用压电力传感器数量少、成本低等特点，并已在长春第一汽车厂工艺研究所得到成功应用。