一種旋轉(zhuǎn)式切削力動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)式切削力動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，包括主軸接口、力感應(yīng)模塊、刀具接口、無(wú)線供電模塊和無(wú)線通訊模塊，主軸接口底端的平面和內(nèi)孔分別與力感應(yīng)模塊上蓋的上平面和凸臺(tái)貼合，并通過(guò)螺栓將主軸接口緊固于力感應(yīng)模塊上，力感應(yīng)模塊內(nèi)部的三向壓電式傳感器信號(hào)輸出線通過(guò)底座上的穿線孔引出，與無(wú)線通訊模塊的信號(hào)發(fā)射端相連，力感應(yīng)模塊的底端通過(guò)螺栓連接刀具接口。本發(fā)明的主軸接口裝在數(shù)控銑床的主軸前端，并隨著主軸一起做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械加工過(guò)程中的切削三向力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為開(kāi)展微細(xì)零件切削機(jī)理研究和工藝參數(shù)優(yōu)化提供硬件支持。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種旋轉(zhuǎn)式切削力動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)械加工與測(cè)試領(lǐng)域，特別是涉及一種精密加工過(guò)程中三向切削力的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在精密零件的機(jī)械加工過(guò)程中，切削力的精確測(cè)量不僅有利于研究切削機(jī)理、優(yōu)化工藝參數(shù)和選擇刀具幾何參數(shù)，更重要的是通過(guò)切削力的變化，可以監(jiān)控切削過(guò)程中刀具磨損狀態(tài)以及機(jī)床工作狀態(tài)等，以實(shí)現(xiàn)零件加工過(guò)程的監(jiān)控，為保證零件的加工質(zhì)量，提聞機(jī)床效率有著重要的意義。
[0003]目前,在國(guó)外,瑞士kislter公司研制有壓電式三向力傳感器,并可直接安裝在主軸的前端，進(jìn)行切削力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。但對(duì)國(guó)內(nèi)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，不僅購(gòu)置成本高，而且使用和維護(hù)成本也高。在國(guó)內(nèi)，用來(lái)測(cè)量切削力的傳感器多數(shù)是工作臺(tái)式的結(jié)構(gòu)，即工件通過(guò)夾具或直接用螺釘固定在臺(tái)式傳感器的上面，然后作為一個(gè)整體安放在機(jī)床的工作臺(tái)面上。這類(lèi)傳感器雖然安裝方便，但受到工作臺(tái)面限制，不適合大尺寸工件安裝，并且屬于間接式測(cè)力，測(cè)力精度不高，很難快速、真實(shí)的反映出機(jī)械加工過(guò)程中切削力的動(dòng)態(tài)變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種旋轉(zhuǎn)式切削力動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，不僅具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝便捷、實(shí)用可靠的特點(diǎn)，更是能直接嵌入到旋轉(zhuǎn)主軸中，在加工過(guò)程中直接實(shí)時(shí)對(duì)切削三向力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為開(kāi)展微細(xì)零件切削機(jī)理研究和工藝參數(shù)優(yōu)化提供硬件支持。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:提供一種旋轉(zhuǎn)式切削力動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，包括主軸接口、力感應(yīng)模塊、刀具接口、無(wú)線供電模塊和無(wú)線通訊模塊，所述主軸接口底端的平面和內(nèi)孔分別與力感應(yīng)模塊上蓋的上平面和凸臺(tái)貼合，并通過(guò)螺栓將主軸接口緊固于力感應(yīng)模塊上，所述力感應(yīng)模塊內(nèi)部的三向壓電式傳感器信號(hào)輸出線通過(guò)底座上的穿線孔引出，與無(wú)線通訊模塊的信號(hào)發(fā)射端相連，所述力感應(yīng)模塊的底端通過(guò)螺栓連接刀具接口，所述無(wú)線供電模塊的初級(jí)線圈通過(guò)初級(jí)線圈支架裝在機(jī)床主軸前端的靜止端蓋上，次級(jí)線圈通過(guò)繞線環(huán)裝在力感應(yīng)模塊的外圓周面上，并為無(wú)線通訊模塊提供電源。
[0006]所述主軸接口的上部設(shè)置有與機(jī)床主軸內(nèi)孔相適配的錐度，通過(guò)鍵槽和拉釘將整套裝置在機(jī)床主軸內(nèi)進(jìn)行快速定位與夾緊。
[0007]所述力感應(yīng)模塊包括上蓋、密封圈、三向壓電式傳感器、底座和空心螺釘，所述上蓋的底端帶有圓環(huán)形凸臺(tái)，底座的頂端帶有圓環(huán)形凹槽，凸臺(tái)與凹槽相配嵌合，并在凸臺(tái)與凹槽之間形成環(huán)形空腔，環(huán)形空腔內(nèi)沿圓周均布有若干三向壓電式傳感器，所述底座頂端的環(huán)形槽內(nèi)設(shè)置有密封圈，所述底座底端沿圓環(huán)形凹槽的圓周均布有若干螺紋孔，通過(guò)螺栓將上蓋和底座固定連接，并對(duì)三向壓電式傳感器進(jìn)行預(yù)緊。
[0008]所述三向壓電式傳感器的數(shù)量為4個(gè)。
[0009]所述無(wú)線通訊模塊包括接線盒、信號(hào)發(fā)射端和設(shè)置于外圍的信號(hào)接收端，所述接線盒為兩個(gè)上下拼接、帶有空腔的環(huán)形殼體，通過(guò)螺栓固定在力感應(yīng)模塊的上蓋和底座上，所述空腔上下兩端的內(nèi)壁上裝有信號(hào)發(fā)射端的電路板及電子元器件，所述信號(hào)發(fā)射端包括電荷放大電路、壓頻轉(zhuǎn)換器、調(diào)質(zhì)與功放電路和信號(hào)發(fā)射器，所述信號(hào)接收端包括信號(hào)接收器、解調(diào)電路和壓頻轉(zhuǎn)換器，并與計(jì)算機(jī)串口進(jìn)行連接。
[0010]所述無(wú)線供電模塊包括繞線環(huán)、次級(jí)線圈、固定架、初級(jí)線圈支架和初級(jí)線圈；所述次級(jí)線圈纏繞在繞線環(huán)上，繞線環(huán)通過(guò)固定架緊固于接線盒內(nèi)，所述初級(jí)線圈位于初級(jí)線圈支架的一端，初級(jí)線圈支架另一端通過(guò)螺栓固定在機(jī)床主軸前端的靜止端蓋上。
[0011]所述刀具接口包括刀座、彈簧夾頭和鎖緊螺母，所述刀座的頂部通過(guò)螺栓連接底座的底端，所述刀座底部的外圓周面上設(shè)置有外螺紋，所述鎖緊螺母的內(nèi)圓周面上設(shè)置有內(nèi)螺紋，所述鎖緊螺母通過(guò)彈簧夾頭預(yù)緊刀具，所述刀座通過(guò)旋動(dòng)螺紋將帶有刀具的鎖緊螺母固定連接。
[0012]有益效果
[0013]本發(fā)明具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
[0014]1、本發(fā)明設(shè)計(jì)了能夠快速安裝在機(jī)床主軸內(nèi)的切削力動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)了精密加工過(guò)程中三向力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，具有響應(yīng)速度快、靈敏度高、測(cè)量精度高等顯著優(yōu)點(diǎn)，為開(kāi)展微細(xì)零件切削機(jī)理研究和工藝參數(shù)優(yōu)化提供了重大技術(shù)支撐。
[0015]2、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了無(wú)線供電和通訊方式，很好的解決了加工過(guò)程中監(jiān)測(cè)裝置隨著主軸旋轉(zhuǎn)難以進(jìn)行有線通訊的問(wèn)題。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明的總體構(gòu)成；
[0017]圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3為本發(fā)明在機(jī)床上的安裝示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。
[0020]如圖1-3所示，一種旋轉(zhuǎn)式切削力動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，包括主軸接口 11、力感應(yīng)模塊、刀具接口、無(wú)線供電模塊和無(wú)線通訊模塊，所述主軸接口 11底端的平面a和內(nèi)孔b分別與力感應(yīng)模塊上蓋21的上平面a’和凸臺(tái)b’貼合，并通過(guò)螺栓將主軸接口 11緊固于力感應(yīng)模塊上，所述力感應(yīng)模塊內(nèi)部的三向壓電式傳感器23信號(hào)輸出線通過(guò)底座24上的穿線孔引出，與無(wú)線通訊模塊的信號(hào)發(fā)射端52相連，所述力感應(yīng)模塊的底端通過(guò)螺栓連接刀具接口，所述無(wú)線供電模塊的初級(jí)線圈45通過(guò)初級(jí)線圈支架44裝在機(jī)床主軸前端的靜止端蓋上，次級(jí)線圈42通過(guò)繞線環(huán)41裝在力感應(yīng)模塊的外圓周面上，并為無(wú)線通訊模塊提供電源。
[0021]所述主軸接口 11的上部設(shè)置有與機(jī)床主軸內(nèi)孔相適配的錐度，通過(guò)鍵槽和拉釘將整套監(jiān)測(cè)裝置在機(jī)床主軸內(nèi)進(jìn)行快速定位與夾緊。[0022]所述力感應(yīng)模塊包括上蓋21、密封圈22、三向壓電式傳感器23、底座24和空心螺釘25,所述上蓋21的底端帶有圓環(huán)形凸臺(tái)，底座(24)的頂端帶有圓環(huán)形凹槽，凸臺(tái)與凹槽相配嵌合，并在凸臺(tái)與凹槽之間形成環(huán)形空腔，環(huán)形空腔內(nèi)沿圓周均布有若干三向壓電式傳感器23，所述底座24頂端的環(huán)形槽內(nèi)設(shè)置有密封圈22，所述底座24底端沿圓環(huán)形凹槽的圓周均布有若干螺紋孔，通過(guò)螺栓將上蓋21和底座24固定連接，并對(duì)三向壓電式傳感器23進(jìn)行預(yù)緊。
[0023]所述三向壓電式傳感器23的數(shù)量為4個(gè)。
[0024]所述無(wú)線通訊模塊包括接線盒51、信號(hào)發(fā)射端52和設(shè)置于外圍的信號(hào)接收端53，所述接線盒51為兩個(gè)上下拼接、帶有空腔的環(huán)形殼體，通過(guò)螺栓固定在力感應(yīng)模塊的上蓋21和底座24上，所述空腔上下兩端的內(nèi)壁上裝有信號(hào)發(fā)射端52的電路板及電子元器件，所述信號(hào)發(fā)射端52包括電荷放大電路、壓頻轉(zhuǎn)換器、調(diào)質(zhì)與功放電路和信號(hào)發(fā)射器，所述信號(hào)接收端53包括信號(hào)接收器、解調(diào)電路和壓頻轉(zhuǎn)換器，并與計(jì)算機(jī)串口進(jìn)行連接。
[0025]所述無(wú)線供電模塊包括繞線環(huán)41、次級(jí)線圈42、固定架43、初級(jí)線圈支架44和初級(jí)線圈45 ;所述次級(jí)線圈42纏繞在繞線環(huán)41上,繞線環(huán)41通過(guò)固定架43緊固于接線盒51內(nèi)，所述初級(jí)線圈45位于初級(jí)線圈支架44的一端,初級(jí)線圈支架44另一端通過(guò)螺栓固定在機(jī)床主軸前端的靜止端蓋上。
[0026]所述刀具接口包括刀座31、彈簧夾頭32和鎖緊螺母33，所述刀座31的頂部通過(guò)螺栓連接底座24的底端，所述刀座31底部的外圓周面上設(shè)置有外螺紋，所述鎖緊螺母33的內(nèi)圓周面上設(shè)置有內(nèi)螺紋，所述鎖緊螺母33通過(guò)彈簧夾頭32預(yù)緊刀具34，所述刀座31通過(guò)旋動(dòng)螺紋將帶有刀具34的鎖緊螺母33固定連接。
[0027]實(shí)施例1
[0028]在機(jī)械加工過(guò)程中，旋轉(zhuǎn)式動(dòng)態(tài)切削力監(jiān)測(cè)裝置隨著主軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)；固定在機(jī)床主軸前端靜止端蓋上的初級(jí)線圈，與固定在接線盒上的次級(jí)線圈之間有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)并有切割磁力線效應(yīng)，進(jìn)而形成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，為無(wú)線通訊模塊提供激勵(lì)電壓。
[0029]當(dāng)?shù)毒甙惭b接口中的刀具受到切削力時(shí)，將力傳遞給力感應(yīng)模塊，于是，三向壓電式傳感器將輸出一定量的電荷，并送到無(wú)線通訊模塊中的信號(hào)發(fā)送端進(jìn)行放大處理，并經(jīng)過(guò)信號(hào)接收端將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綄?zhuān)用的數(shù)據(jù)采集與處理軟件中，最后通過(guò)處理運(yùn)算后輸出切削力的大小。
[0030]值得一提的是，本發(fā)明能夠快速安裝在機(jī)床主軸內(nèi)的切削力動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)了精密加工過(guò)程中三向力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，具有響應(yīng)速度快、靈敏度高、測(cè)量精度高等顯著優(yōu)點(diǎn)，為開(kāi)展微細(xì)零件切削機(jī)理研究和工藝參數(shù)優(yōu)化提供了重大技術(shù)支撐；實(shí)現(xiàn)了無(wú)線供電和通訊方式，很好的解決了加工過(guò)程中監(jiān)測(cè)裝置隨著主軸旋轉(zhuǎn)難以進(jìn)行有線通訊的問(wèn)題。
【權(quán)利要求】
1.一種旋轉(zhuǎn)式切削力動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，包括主軸接口(11)、力感應(yīng)模塊、刀具接口、無(wú)線供電模塊和無(wú)線通訊模塊，其特征是:所述主軸接口(11)底端的平面(a)和內(nèi)孔(b)分別與力感應(yīng)模塊上蓋(21)的上平面(a’)和凸臺(tái)(b’)貼合，并通過(guò)螺栓將主軸接口(11)緊固于力感應(yīng)模塊上，所述力感應(yīng)模塊內(nèi)部的三向壓電式傳感器(23)信號(hào)輸出線通過(guò)底座(24)上的穿線孔引出，與無(wú)線通訊模塊的信號(hào)發(fā)射端(52)相連，所述力感應(yīng)模塊的底端通過(guò)螺栓連接刀具接口，所述無(wú)線供電模塊的初級(jí)線圈(45)通過(guò)初級(jí)線圈支架(44)裝在機(jī)床主軸前端的靜止端蓋上，次級(jí)線圈(42)通過(guò)繞線環(huán)(41)裝在力感應(yīng)模塊的外圓周面上，并為無(wú)線通訊模塊提供電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的旋轉(zhuǎn)式切削力動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，其特征是:所述主軸接口(11)的上部設(shè)置有與機(jī)床主軸內(nèi)孔相適配的錐度，通過(guò)鍵槽和拉釘將整套監(jiān)測(cè)裝置在機(jī)床主軸內(nèi)進(jìn)行快速定位與夾緊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)式切削力動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，其特征是:所述力感應(yīng)模塊包括上蓋(21)、密封圈(22)、三向壓電式傳感器(23)、底座(24)和空心螺釘(25)，所述上蓋(21)的底端帶有圓環(huán)形凸臺(tái)，底座(24)的頂端帶有圓環(huán)形凹槽，凸臺(tái)與凹槽相配嵌合，并在凸臺(tái)與凹槽之間形成環(huán)形空腔，環(huán)形空腔內(nèi)沿圓周均布有若干三向壓電式傳感器(23)，所述底座(24)頂端的環(huán)形槽內(nèi)設(shè)置有密封圈(22)，所述底座(24)底端沿圓環(huán)形凹槽的圓周均布有若干螺紋孔，通過(guò)螺栓將上蓋(21)和底座(24)固定連接，并對(duì)三向壓電式傳感器(23)進(jìn)行預(yù)緊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的旋轉(zhuǎn)式切削力動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，其特征是:所述三向壓電式傳感器(23)的數(shù)量為4個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)式切削力動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，其特征是:所述無(wú)線通訊模塊包括接線盒(51)、信號(hào)發(fā)射端(52)和設(shè)置于外圍的信號(hào)接收端(53)，所述接線盒(51)為兩個(gè)上下拼接、帶有空腔的環(huán)形殼體，通過(guò)螺栓固定在力感應(yīng)模塊的上蓋(21)和底座(24)上，所述空腔上下兩端的內(nèi)壁上裝有信號(hào)發(fā)射端(52)的電路板及電子元器件，所述信號(hào)發(fā)射端(52)包括電荷放大電路、壓頻轉(zhuǎn)換器、調(diào)質(zhì)與功放電路和信號(hào)發(fā)射器，所述信號(hào)接收端(53)包括信號(hào)接收器、解調(diào)電路和壓頻轉(zhuǎn)換器，并與計(jì)算機(jī)串口進(jìn)行連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)式切削力動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，其特征是:所述無(wú)線供電模塊包括繞線環(huán)(41)、次級(jí)線圈(42)、固定架(43)、初級(jí)線圈支架(44)和初級(jí)線圈(45);所述次級(jí)線圈(42)纏繞在繞線環(huán)(41)上，繞線環(huán)(41)通過(guò)固定架(43)緊固于接線盒(51)內(nèi)，所述初級(jí)線圈(45)位于初級(jí)線圈支架(44)的一端,初級(jí)線圈支架(44)另一端通過(guò)螺栓固定在機(jī)床主軸前端的靜止端蓋上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的旋轉(zhuǎn)式切削力動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，其特征是:所述刀具接口包括刀座(31)、彈簧夾頭(32)和鎖緊螺母(33)，所述刀座(31)的頂部通過(guò)螺栓連接底座(24)的底端，所述刀座(31)底部的外圓周面上設(shè)置有外螺紋，所述鎖緊螺母(33)的內(nèi)圓周面上設(shè)置有內(nèi)螺紋，所述鎖緊螺母(33)通過(guò)彈簧夾頭(32)預(yù)緊刀具(34)，所述刀座(31)通過(guò)旋動(dòng)螺紋將帶有刀具(34)的鎖緊螺母(33)固定連接。
【文檔編號(hào)】B23Q17/09GK103506892SQ201310520830
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月29日
【發(fā)明者】王慶霞, 李蓓智, 楊建國(guó), 陸駿, 麥允杰, 徐天天 申請(qǐng)人:東華大學(xué)