薄膜传感器目前已广泛应用于机械制造行业,为了对整个加工过程进行分析和控制,可以运用薄膜应变传感器对整个加工过程中刀具受力情况进行监测。在切削过程中,薄膜应变传感器的弹性基底是将刀具所产生的应变传递到敏感层的关键。研究采用不同材料作为弹性基底来制备薄膜应变传感器,有助于制备灵敏度和测量精度更高的薄膜传感器。本文首先是根据金属材料的物理特性及传感器的应变原理选取合适的基底材料1060铝和H62黄铜,基于以上两种基底材料设计传感器膜层结构并提出制备流程方案,为了防止传感器应基底永久变形而失效,重新设计传感器的尺寸大小。基于设计好的尺寸进行有限元仿真分析检验1060铝基底和H62黄铜基底的应变性能。为了解决因基底材料与刀具体材料不同而造成的安装问题,提出了一种插嵌式切削力测量系统,之后通过理论计算了该结构的合理性,该结构较传统的测力系统其上传感器可感应的应变提高了38.25%。然后分析氧化铝薄膜与1060铝基底和H62黄铜基底粘结性能,然后在两种基底上制备氧化铝薄膜,通过共聚焦显微观测及XRD分析检测两种基底上制备的氧化铝薄膜的质量。首先对1060铝基底上的氧化铝薄膜的薄膜粗糙度较差的问题进行优化,提出了施加基底偏压的氧化铝薄膜制备工艺,对氧化铝薄膜制备过程中的溅射压强、氩气流量以及基底偏压进行工艺参数优化。最后确定了可得到氧化铝薄膜最优表面粗糙度的制备工艺参数:基底偏压-40V、氩气流量55sccm、溅射压强0.8Pa。然后通过原子力显微镜观测优化前后的氧化铝薄膜表面质量,采用优化后的工艺参数制备氧化铝薄膜的粗糙度较之前降低了11.36%。针对由于黄铜基底表面被氧化造其上制备的氧化铝薄膜存在大量表面缺陷的问题,提出了在基底和氧化铝薄膜间施加一层增加粘结性能的中间层薄膜。选用铝、铜、钛、铬和氧化铜这五种材料来制备黄铜基底薄膜传感器的中间层,通过薄膜热应力理论分析中间层薄膜和基底分别与氧化铝薄膜间粘结性能,分析各中间层薄膜的溅射速率、表面粗糙度、表面平整度及粘结性能,得出钛薄膜最适合作为中间层。分析不同厚度的钛中间层与基底的粘结性能以及其上氧化铝薄膜的粗糙度及平整度,通过SEM显微镜观测发现,钛中间层厚度越大,其上氧化铝薄膜的粗糙度及平整度越好,但钛中间层厚度越大,其与基底的粘结性能越差,最后通过综合分析得出钛中间层的溅射时间为200s。对两种薄膜传感器进行电阻栅阻值误差分析得出随着电阻栅阻值的设计值增大,阻值误差也会增大,黄铜基底上电阻栅实际阻值为设计阻值的1.29倍和1.33倍,铝基底上电阻栅实际阻值为设计阻值的1.84倍和1.87倍,黄铜基底上电阻栅阻值误差与铝基底上电阻栅阻值误差相比较小。通过静态标定分析得出铝基底薄膜传感器与黄铜基底薄膜传感器的线性度分别为1.93%和3.59%,此外铝基底薄膜传感器与黄铜基底相比应变性能较优,但是测量误差却较大。