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龙图腾网获悉北京市机电研究院有限责任公司申请的专利一种立式数控机床多向切削力非耦合感知系统及方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN115781412B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-10-17发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202211566739.X，技术领域涉及：B23Q17/09；该发明授权一种立式数控机床多向切削力非耦合感知系统及方法是由王仪明;李铮;张赟;吴锐;武淑琴;柴承文;李燕;郭宁军;张磊设计研发完成，并于2022-12-07向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种立式数控机床多向切削力非耦合感知系统及方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种立式数控机床多向切削力非耦合感知系统及方法，感知系统呈四板三层结构，由12个单向压电式力传感器、电荷放大器、数据采集器、上位机、传力板与其他连接件组成，安装于立式数控机床工作台与工件之间，通过单向压电式力传感器与传力板配合传递工件受到的X、Y、Z向切削力，并通过数学模型计算得到工件受到的力矩。本发明应用多个单向压电式力传感器测量三向切削力和力矩，即有单向压电式力传感器精准的特点，又能规避多输入多输出传感器存在的解耦难题，可用于立式数控机床多向切削力的测量。

本发明授权一种立式数控机床多向切削力非耦合感知系统及方法在权利要求书中公布了：1.一种立式数控机床多向切削力非耦合感知方法，采用立式数控机床多向切削力非耦合感知系统实现，其特征在于： 所述立式数控机床多向切削力非耦合感知系统包括： 多向切削力感知系统机械本体，所述多向切削力包括三向切削力和力矩； 所述多向切削力感知系统机械本体呈四板三层结构，安装于工件与立式数控机床的工作台之间，包括固定基板、第一层传力板、第二层传力板、工件安装版、12个单向压电式力传感器、4个直线导轨或导向滑槽、4组滑块和若干连接件； 两层传力板的上表面分别固连两个直线导轨或导向滑槽，第二层传力板和工件安装板的下表面固连两组对应的滑块，所述固定基板通过T形槽用螺栓固定于机床工作台上，工件通过夹具或T形槽用螺栓固定于所述工件安装板上； 所述12个单向压电式力传感器每4个为一组分别测量工件受到的X、Y、Z三个方向的切削力，并根据三向切削分力和力矩数学模型计算得到工件受到的三向切削力和力矩； 4个测量Z向切削力的单向压电式力传感器一侧端面放置于固定基板上，呈U形的第一层传力板置于相应单向压电式力传感器的另一侧端面之上并通过螺栓固定，用于感知来自Z向切削力； 4个测量Y向切削力的单向压电式力传感器安装于第一层传力板两翼的通孔位置并通过螺栓固定，呈U形的第二层传力板与第一层传力板上的直线导轨或导向滑槽的滑块固定，并通过滑块向单向压电式力传感器传递来自Y向的切削力； 4个测量X向切削力的单向压电式力传感器安装于第二层传力板两翼的通孔位置并通过螺栓固定，工件安装板固定于第二层传力板的直线导轨或导向滑槽配合的滑块上并向传感器传递来自X方向的切削力； 所述方法包括： 工件安装板上的工件受到三个切削分力的作用，利用12个单向压电式力传感器配合传力板实现对数控机床三向切削力的测量，每个单向压电式力传感器独立输入、输出数据： 垂直于工作台的切削分力，简称为垂直切削分力或Z向切削分力； 平行于工作台、左右方向的切削力，简称为水平左右切削分力或X向切削分力； 平行于工作台、前后方向的切削力，简称为水平前后切削分力或Y向切削分力、进给分力； Z向切削分力由固定基板与第一层传力板之间的4个单向压电式力传感器感知并求解，固定基板中心安装一个中心定位销轴，用于第一层传力板的中心定位，第一层传力板中心孔与中心定位销轴构成圆柱副连接，固定基板上表面安装有以X轴为对称轴的直线导轨或导向滑槽，第一层传力板下表面的滑块在固定基板上表面直线导轨或导向滑槽上移动，第一层传力板可以沿垂直方向上下移动，第一层传力板与固定基板之间配置施加预紧力的4个单向压电式力传感器Sz1、Sz2、Sz3、Sz4，感知受到的Z向分力之和等于Z向切削分力Fz＝Fz1+Fz2+Fz3+Fz4； Y向切削分力由第一层传力板与第二传力板之间的4个单向压电式力传感器感知并求解，第一层传力板上表面固连直线导轨或导向滑槽，位置分布关于Y轴对称，第二层传力板下表面固连4个滑块，其与第一层传力板下表面的2个直线导轨或导向滑槽之间采用间隙配合，但间隙微小，Fy1、Fy2、Fy3和Fy4表示第二层传力板上配置的传感器Sy1、Sy2、Sy3、Sy4感知测点的Y向分力之和等于Y向切削分力Fy＝Fy1+Fy2+Fy3+Fy4； X向切削分力由第二层传力板与工件安装板的4个单向压电式力传感器感知并求解，工件安装板上传感器感知的X向分力、第二层传力板固连的2条直线导轨或导向滑槽对工件安装板下表面固连的4个滑块施加的反力，工件安装板下表面固连2个滑块，其位置分布关于X轴对称，工件安装板下表面的4个滑块与第二层传力板上表面的2条直线导轨或导向滑槽之间采用间隙配合，Fx1、Fx2、Fx3和Fx4表示工件安装板上配置的传感器Sx1、Sx2、Sx3、Sx4感知测点的X向分力之和等于X向切削分力Fx＝Fx1+Fx2+Fx3+Fx4； 工件受到的力矩由第一层传力板与第二传力板之间的4个单向压电式力传感器感知的Y向切削分力和第二层传力板与工件安装板的4个单向压电式力传感器感知的X向切削分力计算求解： Fy1、Fy2、Fy3和Fy4表示第二层传力板上配置的传感器Sy1、Sy2、Sy3、Sy4感知测点的Y向切削分力，Ny1、Ny2、Ny3和Ny4表示第一层传力板上表面的直线导轨或导向滑槽施加于第二层传力板下表面4个滑块的反力，单向压电式力传感器Sy1、Sy2、Sy3、Sy4的X向位置尺寸lxy1＝lxy2＝lxy3＝lxy4＝lxy，Y向位置尺寸 lyx1＝lyx2＝lyx3＝lyx4＝lyx，Y向切削分力作用于第二层传力板上单向压电式力传感器的压力产生绕Z轴的力矩为My＝Fy2lxy2-Fy1lxy1+Fy3lxy3-Fy4lxy4； Fx1、Fx2、Fx3和Fx4表示工件安装板上配置的压电式传感器Sx1、Sx2、Sx3、Sx4感知测点的X向力，Nx1、Nx2、Nx3和Nx4表示第二层传力板上表面的2条直线导轨或导向滑槽施加到工件安装板下表面固连的4个滑块的反力，传感器Sx1、Sx2、Sx3、Sx4的Y向位置尺寸lyx1＝lyx2＝lyx3＝lyx4＝lyx，X向位置尺寸lxy1＝lxy2＝lxy3＝lxy4＝lxy，X向分力作用于工件安装板上的压力产生绕Z轴的力矩为Mx＝Fx2lyx2-Fx1lyx1+Fx3lyx3-Fx4lyx4； 工件受到的总力矩为Mz＝Mx+My。

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