实验力学是力学研究中理论、计算和实验的三大支柱之一。实验力学与工程实际联系较为紧密，主要是用实验方法分析受力构件的应变和应力等力学参量[1]。本科高等教育阶段，学生可通过对实验力学的学习，将理论知识与工程实践结合起来，培养工程意识；通过实验力学的实验方法，掌握现代实验技术和先进实验手段，提高解决力学问题的能力[2]。在工程力学专业本科阶段，各高校都会开设“实验力学”课程，其中应变电测法作为技术成熟和应用普及的一种测试手段，是该课程重点讲授的内容之一。应变电测法是实验力学的基本功，应变片测量占力学测量电测工作的80%以上，因此正确、熟练掌握和应用应变电测技术十分重要[3]。本文通过介绍利用电测法进行切削力测量的实验技术，探讨将其作为“实验力学”课程教学中电测法实际应用的一项内容的做法及教学效果。

1 切削力测量基本情况

“切削力测量”不仅是机械类专业基础课“机械制造技术基础”的重要实验，也是研究新型材料切削加工性的重要方式。为了验证切削过程中切削力随切削用量变化的规律，各高校基本都开设了切削力测量实验[4]。“切削力测量”实验作为“机械制造技术基础”课程的一个传统的必做实验，对于学生知识理解和能力培养都具有重要意义[5]。

1.1 切削力测量技术现状

切削力测量系统一般由3部分组成：测力仪、数据采集系统和PC机。测力仪（测力传感器）通常安装在刀架（车削）或机床工作台上（铣削），负责拾取切削力信号，并将力信号转换为弱电信号[6]。测量切削力不仅需要使用标准的测力仪，还常需要根据具体条件设计专用测力仪，因此测力仪设计也是切削力测量的重要内容。随着金属切削技术的不断发展及相关研究工作的进一步深化，动态切削力测量技术也成为一项重要实验技术。

电阻应变片测力传感器在测力仪中使用广泛，车、钻、铣、磨测力仪均有使用。这种传感器用于切削力测量优点颇多，如灵敏度高、可测力的瞬时值、应用电补偿原理易于消除各分力的相互干扰等。电阻应变测力仪价格相对便宜，使用维护方便，易于制造特殊用途的专用测力仪，适用于多种用途的切削力测量。

1.2 常用应变式切削传感器

1.2.1 八角环三向车削测力仪

切削测力仪的弹性元件是由整体钢材加工成八角状结构，如图1所示。车削时进给抗力Fx使八角环受到切向推力，切深抗力Fy使八角环受到压缩，主切削力Fz使八角环上面受拉伸下面受压缩。针对不同的受力情况，在八角环上适当地布置应变片，就可在极小相互干扰的情况下分别测出各个切削分力。哈尔滨工业大学的八角环三向车削测力仪成品如图2所示。

图1 八角环三向车削测力仪原理图

图2 哈尔滨工业大学的八角环三向车切削测力仪

1.2.2 薄壁圆筒式钻削测力仪

薄壁圆筒式钻削测力仪的原理与八角环三向测力仪相似，通过将应变片贴在测力仪的薄壁圆筒上,采用纯拉压与纯剪切相结合的方式,测出Fx、Fy（2个互相垂直的横向力）、Fz（轴向力）3个方向的力和1个扭矩Mz（钻削力矩）。图3为哈尔滨工业大学的薄壁圆筒式钻削测力仪。

图3 哈尔滨工业大学的薄壁圆筒式钻削测力仪

1.2.3 目前常用的切削力测力仪

通过在实用性和操作性方面进行优化，目前常用的切削力测量产品如图4所示。

图4 目前常用的切削力测力仪

1.3 切削力测量教学途径

由于实际切削加工过程非常复杂，很难有较为准确的切削力计算理论公式，只能通过实验测量方法建立用于计算切削力的经验公式[7-10]。理论教学与实验教学的相互配合可以帮助学生理解并掌握有关切削力的教学内容，并为切削力测量实验的一体化教学创造条件。

在相关专业课的教学过程中，切削力测量实验一直都是学生必做的传统实验。通过动手实验，学生可以更深刻地认识切削用量、刀具角度等参数对切削力的影响，更直观地理解所学知识的实用性。但随着学生获取知识的途径越来越多样化，传统的切削力实验由于知识点单一、实验方法落后，已无法满足培养当代高校学生综合分析能力、创新能力的需要。借助计算机辅助分析技术，改进目前测量切削力的实验手段，逐渐成为新的发展方向[11-12]。

文章来源：《实验力学》 网址: http://www.sylxzz.cn/qikandaodu/2020/1103/343.html