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钻削加工过程中，钻削力是金属切削过程中几个主要的物理现象之一，切削力直接决定着切削热的产生。工艺精度、刀具寿命和加工表面质量受钻削力的大小影响。而切削力同时也是设计机床、夹具等设备必须考虑的依据之一。因此，在机械加工中，钻削力是不可或缺的测试数据。
测量钻削力的方式有很多种，钻削测力仪是钻削加工中钻床加工中的重要测量仪器。其中，当下最先进的测力系统是压电式测量系统。传感元件是力敏感元件，能测量那些最终能变为力的物理量，例如：力、力矩和加速度等。压电式传感器响应快、灵敏度高、性能可靠等优点。在机械工程领域中占有重要的地位。
1.2 课题研究的背景
1.2.1 压电效应的概念
所谓的压电效应是指：当沿着一定方向的某些电介质在外力的作用下发生形变时，在一定的方向上两个表面会有异性电荷，外力消失以后，电介质会再度恢复成无电荷，这就是电介质正压电效应。反之，当电介质沿一定方向增添电场时，该介质会产生机械变性或机械力，去掉外电场后，则会失去电荷，这就是逆压电效应。
1.2.2 压电效应的历史应用
1880年皮埃尔•居里和雅克•居里兄弟发现电气石存在压电效应。1881年，居里兄弟验证了逆压电效应，并计算出了正逆压电常数。1984年，德国物理学家沃德马•沃伊特，提出具有压电效应的只有无对称中心的晶体。
1880年杰克斯在实验室发现压电性。一开始，皮尔主要研究焦电现象与晶体对称性关系，后来两人发现电性会在对某一晶体施加压力后产生。于是，便重点开始研究施加压力方向和电场强度之间存在的关系，并且预测某类晶体具有压电效应。实验后发现，闪锌矿、钠氯酸盐、电气石等存在压电性。这些晶体都有共同点，便是晶体结构都为各向异性结构。
1.2.3压电效应的原理
对压电晶体施加压力后，会有电位差产生，而相反施加电压后，会产生机械应力。假设压力为高频率震动，那产生的就是高频电流。在压电陶瓷上施加高频电信号后，会产生机械震动，这便是超声波信号。即，对压电陶瓷来说，机械能与电能间存在着转换与逆转换的功能。
压电材料之所以可以再机械工程中有着广泛的使用，是因为他具有一种固有的机电耦合效应，也就是说，压电材料因为机械变性而产生电场，反之，也能够因为所施加的电场而获得机械形变。
1.2.4钻削系统辅助装置的研究现状
1.2.5 测力仪的设计原理
1.2.5.1 轴向力测量原理
根据压电式测力原理，可由石英晶体的纵向压缩效应测得轴向力，也就是采用两组x0型晶片对装组成轴向力Fz的一组测量单元。根据压电效应看出，可以通过增加x0型晶片的数量来提高轴向力的灵敏度，但这样会影响传感器的阻抗和固有频率，尤其是对于配有单个传感器的测力仪，测力仪的高度也会随着晶片数量的增多而增加，因而会影响到其轴向稳定性，采用此法的话需要慎重。
1.2.5.2 扭矩测量原理
根据压电效应，钻削时的扭矩可以由Y0型晶片的横向剪切效应或者扭转效应测得，不但能保持测力仪的灵敏度不变，也能提高绝缘阻值和固有频率。由晶体的剪切效应，受扭矩作用时晶体同一表面只能产生一种电极信号，因此扭转效应测量扭矩比剪切效应测量时灵敏度更高。
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