随着信息化技术与工业的快速融合,极大地激发了工业自动化的发展潜力,工业自动化的发展离不开自动化设备的研发,自动化设备应包含有“思想”的智能化部件。在力矩测试领域,高精密加工一般对切削力的实时监测系统有很高的要求,传统上测力仪一般被放置于工作台上,这种监控方式由测力仪的结构和尺寸制约着实时监测系统的发展,而小体积但监测范围广的旋转式测力仪不仅可以有效地解决传统上线束多、乱、杂的问题,而且还具有操作简单,成本低的特点。压电力传感器因具有高刚度、高固有频率、高灵敏度等特点而受到力矩测试领域的广泛关注和应用。传统上采用的具有高输入阻抗的电荷放大器作为信号处理部分,但这些放大器体积较大不易直接放进小体积的旋转式测力仪中,故设计一种准静态电荷放大电路和微控制器控制的无线传输电路作为信号处理部分并能置于旋转式测力仪内部具有重要的意义。本文设计了一种具有小体积、多支撑点、高精度等特点的旋转压电式测力仪,能够实现切削力的实时监控。研究内容主要如下:1)根据晶片尺寸计算结果设计压电力传感器。通过对传感器多点布置方式分析比较,选择合适的布置方案并建立等效的数学模型,并分析轴向力F_Z、切向力F_t、径向力F_r及轴向转矩Mz,其中轴向转矩通过“力?力臂”的形式得到;2)结合分析方案,建立等效的压电测力仪三维结构模型,并检验设计尺寸的合理性,通过ANSYS仿真技术对三维模型进行静力学仿真分析,研究各种工况下可能出现的问题,并通过模态和谐响应分析,为动平衡提供良好的数据支撑;3)利用绝缘栅型场效应管构成前置差分放大电路,提高电路的输入阻抗。通过理论和仿真软件分析电荷放大级电路、二阶滤波电路、灵敏度调节电路、输出端功率放大电路。并基于STM32单片机搭建采集和传输模块电路,包含A/D转换电路和蓝牙无线发送与接收电路,从而实现A/D转换、LCD数据显示、SD Card存储等功能;4)对准静态电荷放大电路进行非线性误差、准确度和重复性对比实验,将集成电路置于测力仪中完成装配后,完成静态和动态标定实验。经解耦分析,本文设计的旋转压电式测力仪非线性误差不超2%,重复性不超3%,满足切削力的实时监控精度需要。