1  绪论

1.1 课题研究意义

在工艺水平依然飞速发展的今天，我们的生活离不开工具，而工具的生产又离不开加工工艺。铣削加工，是机械成型加工最常见的手段之一，在各个领域的工件制造上都发挥着无可替代的作用。铣削作为现代机械加工自动化生产的重要一环，对其铣削力的测量意义尤为重要，如果在此方向能有好的研究成果，可以全方位地检测刀具运行状态，能够更高效地监控出刀具损坏等问题，尽可能地避免设备的损耗。同时，对切削力数值这一加工工艺中基本数值的测量，也有助于我们对机床的一系列设备的使用和设计。因此，如何精确地测得切削力的数值，是一项非常具有研究意义的课题。

在技术要求日渐苛刻的今天，对铣床的研究多将重心集中于铣削结构上，所以传统的铣削测力装置也需要跟上铣削装置的发展，需要在现有成果的基础上，从测力仪灵敏度和成本等多角度来研究，以提升其性能，来应对更高技术要求的铣削测力。只有铣削设备和铣削测力装置齐头并进的发展，才能让我们在加工过程中，有着更高的加工精度，有着更稳定的加工质量，有着更安全的加工环境。所以，在本文中，将会对新型铣削测力系统及辅助装置进行研究设计。

1.2 课题研究背景

1.2.1 切削力分析

在工业加工中，不论是刀具、夹具还是机床整体结构，或者是功损、切削量、最大载荷力等多方面的研究，都需要切削机理的运用，所以必须要对切削力进行研究。本文研究的，是在机床铣削中，使刀具能够切入工件并使其发生形变，进而形成完整的切削过程，所需要的力。

在机床的切削过程中，只要是存在弹性及塑性变形，工件都会相应地有一定的抗力，而切削进给过程中，刀具与家具之间也会产生摩擦力，为了克服这三个来源的力，刀具需要具备的力，即为切削力。

以上三个来源的力，可以合成为一个合力Fr。而在实际加工应用的过程里，通常将其分解为两两垂直的，来自三个方向的力，一般分别用Fx、Fy和Fz来表示，这样能方便进行研究。

Fx力是轴向力，通常处于基面，与坐标轴轴线相平行。由于其反向于走刀方向，所以也称之为进给抗力，对走刀进给相关参数的设计等具有指导意义。Fy是径向力，通常处于基面，方向与工业坐标轴轴线相垂直，也称之为切深抗力，对工件加工精度及刀具强度等参数的相关设计具有指导意义。Fz是切向力，通常垂直于基面，并且与过渡表面是相切关系，也称之为主切削力，对机床功率及零件等多方面的设计都具有重要的指导意义。对切削力的分析可以让我们更清晰地分析铣削测力的基本构架和原理。

1.2.2 切削力测试方法

常见的压电式测力仪工作原理并不复杂。在加工中其弹性元件感应到应力后会形变，其中的压电晶体会感应到并产引发电荷的转换，从而在输出设备上显示出所需要测的三个分力的数值。测力不仅对设计具有指导意义，在实际的自动化生产加工中，也可以使用测力仪，从而对整个切削过程进行监控，增加了安全系数，也方便对其进行优化。当下的测力仪被使用较多的有机械、电气和液压这几类。以石英压电式电气测力仪的使用效果为佳。

测力仪的设计制造，通常需要满足这些要求：需要具备一定基础的灵敏度，最好在五至六个微应变敏感度之间；能够用测量动态的切削力；可以在高温、液体等极端的工作环境下保持测量的稳定性；操作手续不宜太繁琐，便于使用者快速上手使用。

如图1.2.2所示，是铣床切削力测量系统的基本组成部分除了基础的测力仪，辅助装置还有数据采集系统和负责处理输出的计算机部分。这些部分在工作中，测力仪主要负责检测并读取切削力的力信号，并将其转换为电信号。数据采集部分负责采集与整理，将测力仪传递的电信号转换为数字信号。计算机部分通过各种相关软件，将数字信号直观显示出，并处理分析接受到的数据。