切削过程传感检测的目的在于优化切削过程的生产率、制造成本或（金属）材料的切除率等。切削过程传感检测的目标有切削过程的切削力及其变化、切削过程颤震、刀具与工件的接触和切削时切屑的状态及切削过程辨识等，而最重要的传感参数有切削力、切削过程振动、切削过程声发射、切削过程电机的功率等。对于机床的运行来讲，主要的传感检测目标有驱动系统、轴承与回转系统、温度的监测与控制及安全性等，其传感参数有机床的故障停机时间、被加工件的表面粗糙度和加工精度、功率、机床状态与冷却润滑液的流量等。
1．切削过程技术
（1）切削力的探测 切削力是评价加工条件和切削过程最常用的技术参数，也是自适应控制系统常用的传感参数。根据切削力信号，可以间接判断加工载荷、切削过程颤震、切／磨过程刀具／砂轮的失效状况（破损或磨损）等。
切削力的探测是实时检测切削力随时间（或切削过程）的变化量。主要的传感器采用动态测力仪、应变片或多种力传感器，其主要特点是：动态测力仪虽然可靠而且很灵敏，但常常难于实用化而多用于实验系统中；应变片适于现场应用，但安装不够简便，虽然可以通过功率和扭矩的检测传感信号推算出切削力值，但这类方法有检测灵敏度低、延迟时间长的缺点。常用的切削力传感方法见表1。另外，有一种基于小型化的液体静力学元件（MIH-Cell）的力与力矩测量器件。它是由无气体存在的可压缩式密封金属容器组成的，其灵敏度高于半导体应变片，分辨率达到4.5～11.25V／N （20～50V／lb）。它可以装于机床主轴或丝杠部件内，亦可外装于工作台或专用刀架上。
表 1 切削力的传感方法

传感方法 示例
传感器 分辨率、范围 主要特征
动态测量法 · 应变片型
· 压电型
· 加速度计型 压电负荷单元，可组成3维分量 分辨率：0.01N
范围：Fx、Fy、Fz均为：±5N · 高灵敏度
· 价廉
· 易获得，但多数只适用于实验室
机床内的检测法 · 用变形传感器或载荷单元探测架变形
· 用变形片或传感器探测主轴变形 铣床用的激励线圈与扭矩探测线圈 分辨率：2N
范围：Fx、Fy为：0.5kN Fz为：1.0kN · 简便不复杂
· 工作精度取决于传感器的检测精度
· 现主要用于实验室
简化法 · 用电流表或瓦特表测量电动机功率
· 用压力传感器探测轴承承受的压力 电动机电流与切削力的对应关系 分辨率：100N
范围：Fx与Fy为：1.0kN Fz为：2.0kN · 便于使用，成本低
· 低灵敏度
· 可工业应用

（2）颤震探测传感 颤震现象与大多数切削与磨削过程的系统动力学不稳定性相关，经常可以由于刀具／砂轮与工件子系统的振动而引发。它的出现降低了被加工件已加工表面的质量，特别是使表面粗糙度增大，限制了机床的生产效率，并可能引发紧固环节的松动而酿成事故。此外，它还使刀具／砂轮的失效（磨损与破损）加快。
对它的传感方法可分为直接法和间接法两大类。直接法可以直接测定机床的振动，也可以从颤震时切削力的变化中获取；间接法是通过颤震伴随效应的传感检测来间接表征颤震的，见表2。振动传感器可以装于工作台或刀架上。动态测量仪则较早已用于铣床和车床加工中。由于颤震频率常常达到数百赫以上，故其响应频率为800Hz，常感不够。为此，开发了频率响应在2000Hz以上的新型动态测量仪。利用应变片传感振动信号时，常把应变片装入机床主轴部件内。80年代后期开发的热电动势颤震检测传感法是利用刀具与同机床（如车床）其他零部件绝缘的工件形成闭合电路，利用刀具与工件间的热电偶原理实现传感检测。当切削颤震出现时，刀具与工件间的接触区域和接触压力有较大的变化，引起热电动势的变化。经FFT分析后可获得热电动势的功率谱密度。试验证实，在10Hz对应的功率谱峰值出现时，表征颤震出现了。这种方法成本低，易于操作，但其切削参数和刀／工件材料间交互作用的研究仍需要进一步拓展。间接法常通过对振痕、裂纹或表面局部不规则性等信息的传感检测来间接地探测切削颤震的出现。因此，常用光学方法来传感，如利用激光扫描系统探测磨削表面振痕和局部不规则现象，但其实用性较差。此外，还开发了一种利用噪声振动（传声器）传感颤震的方法，并建立了噪声电平的峰值间隔模型，可预测颤震出现。但它还需进一步验证多种切削条件下的可靠性。
表 2 颤震传感法

传感方法 示 例
频率响应 主要特性
直接法 振动传感器
动态测量仪
应变片
热电动势 超低频或2～40kHz(加速度计)
800～2000Hz
约300Hz
约100Hz 灵敏度较高、可靠、易获得、可实用化
高灵敏度、可靠、实验室用为主、高频响应
高灵敏度、可靠、实验室用
使用简单、灵敏度稍低、实验室研究用
间接法 光学法
声学法 500Hz
700Hz 非接触、灵敏度低、可靠性差、实验用
非接触、灵敏度低、可靠性差、易获得

（3）切屑状况探测传感 在高速、超高速加工和自动化制造中，切屑状况的监测是极为重要的事。因为它直接影响过程的进行、安全性和已加工表面的质量，所以已成为很活跃的研究开发领域，主要提出两种传感检测方法：
1）用辐射高温计传感刀具的切屑状态，利用测定平均切削温度来识别切屑的状态。但由于它比较贵，尚限于实验研究领域中采用。
2）利用声发射传感器、刀具动态测量仪或刀具／工件热电偶传感法的谱分析技术探测切屑状态的变化。这类方法成功的关键是传感的灵敏度与可靠性及对信号的处理、特征提取与识别规律的掌握。虽然在实验研究中已可以识别带状屑、卷屑和积屑瘤的出现，但还要再努力才可能成为工业应用技术。

（4）刀具-工件碰撞传感 对于先进制造技术来讲，为提高机床加工效率，常常要求提高进给率，特别是在空刀时应尽量加快进给。因此，刀具与工件的碰撞成为重要的监视内容。对刀具-工件碰撞的传感常分为两类，即碰撞后探测法和碰撞前探测法，见表3碰撞后探测法是利用装在机床主轴上的应变片组成的扭矩传感器来传感碰撞后的信号，以便在发生严重的碰撞故障前发现刀具／工件间的轻微碰撞，因而这种探测法一定要灵敏且可靠。现有的研究表明，声发射接触传感器是灵敏而可靠的，且是实时性强的传感检测法，已进入工业应用阶段而广泛地用于磨削加工中。碰撞前探测法是在刀具与工件趋近到物理接触前进行探测传感。其中最佳的传感方法是气隙-磁力传感器。把激励线圈、接收线圈分别装于主轴箱体与刀具两方，当刀具-工件间距离改变而引起磁力线的变化时，对应间隙值的磁感应强度变强，从而按预先设定的阈值发出改变进给率的控制信号。这种磁传感器受工件材料的影响。
表 3 刀具-工件碰撞传感

传感方法 传感器主要特性
传感器 主要特征
碰撞后 刀具与工件接触 应变片扭矩仪 · 要求响应能力的应变片，主要用于实验室
· 要求严格控制刀具停止速度
声发射接触仪 · 灵敏，接触分辨率≤1μm，响应时间为0.25ms(已实用化)
碰撞前 刀具与工件不接触 投影仪
气隙-磁力传感器 · 随机选择间隙
· 要求高分辨率的间隙传感（≤几个微米）
· 实验室用

（5）切削过程识别的传感 切削过程识别是一个有丰富内含的概念。现代制造技术要求识别切削过程，以便为切削过程的本质、建模和模拟仿真的研究提供可靠的实时信息；对切削过程和刀具几何参数的控制、刀具失效和工件状态等提供信息，以便使磨削与切削过程优化。当今，以声发射传感和动态测量仪及光视法为主，亦配合电流／功率、力／力矩和切削温度等传感法。虽然众多的研究证明，AE法是首选的，但由于切削过程识别的复杂性和多目标性，常常采用多传感器单一目标融合传感法和多传感器多目标传感法，它们已经成为传感技术和监控技术最热门的领域，但这方面的深入研究工作既多又广。它将在制造科学的发展中、在虚拟制造（VM）和虚拟现实制造（VRM）的开发及过程监视与控制的研究开发中快速发展。
2．机床运行过程技术
机床的工作精度对其加工精度和加工质量有重要的影响。力效应、热效应和机床运动系统的动态误差等对机床的精度和动态特性有显著的影响。所以，要求监视和控制机床的运行及其过程。为此，经常要求