[發明專利]具有微小三向切削力測量系統的智能刀具

有效

• 申請號: 201210389040.0
• 申請日: 2012-10-15
• 公開（公告）號: CN102873353A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 肖才偉;程凱;丁輝;陳時錦
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B23B27/00
• 分類號: B23B27/00;B23Q17/09
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于超精密切削加工及其切削力測量和實時監測領域，具體涉及為具有三向切削力測量系統的智能刀具。

背景技術

切削力作為加工過程中最穩定和最可靠的信息來源，其大小和動態變化反應了切削過程中刀具與工件的相互作用的狀況和工件表面形成過程。大量研究結果表明，切削狀態的每個微小變化都能通過切削力的變化反應出來，檢測切削力是目前國內外研究與應用最多的監控加工過程方法之一。通過監測加工過程切削力的實時變化，經過時序分析或其相關的數據信號處理，就可以用來進行切削過程相關科學問題的研究，如切削機理研究、工藝參數分析、材料切削性能研究等；優化加工過程工藝參數，提高加工質量；進行新型刀具設計和刀具涂層開發以及刀具切削性能評價；進行切削過程實時監測、刀具磨損和破壞的評估和預警以及實現自適應加工。

目前，在超精密切削加工的機理分析、工藝參數分析、精密刀具設計和研發、切削過程實時監測、大表面質量一致性加工控制、恒力切削以及自適應加工等研究中，微小的切削力測量最可靠而實用的辦法依然是利用現有測力儀進行測量，但是由于現有設備復雜，價格昂貴，系統設備體積較大，不利于安裝，在使用時需要或多或少地要改變機床的原有部件，影響機床的整體特性，特別是對超精密數控機床剛度和精度產生的負面影響更大，并且在精密切削加工中，并受限于自身的動態特性和靈敏度大小，已經很難滿足準確的測量精密加工中微小切削力的要求，制約了超精密加工領域的相關科學研究和切削過程的實時監測以及自適應智能加工發展和產業化。

發明內容

本發明的目的是提供具有微小三向切削力測量系統的智能刀具，以解決在超精密加工過程中針對微小切削力的測量設備和儀器存在成本高，體積大，安裝空間受限，工業化實用性不足以及無法滿足超精密加工應用對測量精度和靈敏度的要求，制約了切削過程實時監測和自適應智能加工等問題。

本發明的智能刀具通過集成在智能刀具刀桿中的微小三向切削力測量系統，融合微小三向切削力測量系統和刀具于一體，實現精密切削過程中微小三向切削力的自主實時監測。微小三向切削力測量系統通過四組相同應變感知單元對在三向切削力作用下產生的相應應變或位移等物理量進行感知，獲取相對應的感知信號，并通過對感知的信號進行標定解偶，實現微小三向切削力的準確求解。本發明可滿足超精密加工過程切削過程實時監測、大表面質量一致性加工控制、恒力切削、自適應智能加工以及超精密切削機理分析、工藝參數分析、精密刀具設計和研究的需要。

實現上述目的，本發明的具體技術方案：

具有微小三向切削力測量系統的智能刀具，所述的智能刀具包括刀桿及切削刀片，所述的智能刀具還包括微小三向切削力測量系統、密封蓋以及信號接口端；刀桿由刀頭、刀桿主體以及連接刀頭和刀桿主體的過渡段三部分組成；切削刀片固定裝在刀頭上，切削刀片的上表面與刀桿主體中心面重合設置，切削刀片的刀尖位于刀桿主體的中心線上；刀桿主體的前端設有感知測量段，感知測量段設有測力凹腔；微小三向切削力測量系統固接安裝于感知測量段的測力凹腔中，微小三向切削力測量系統通過與感知測量段固接的密封蓋密封于測力凹腔內；刀桿主體的后端沿軸向設有長孔，感知測量段設有與長孔連通的導線孔；信號接口端位于刀桿主體的長孔后端部。

所述的感知測量段由兩個封裝段和位于兩個封裝段之間的四棱柱結構段組成，從而形成刀桿周側面上的測力凹腔，四棱柱結構段及兩個封裝段的中心線均與刀桿主體的中心線重合，兩個封裝段位于相同側的外側面與密封蓋固接，四棱柱結構段的四個外側面各設有一個與長孔連通的導線孔。

所述的微小三向切削力測量系統包括四個感知單元，兩個封裝段位于同一外側面的中心處橫跨配對固定一個感知單元，感知單元與四棱柱結構段間形成中空間隔腔。?

所述的感知單元為單個傳感器或至少兩個傳感器組成的傳感陣列。

所述的封裝段的四個外側面中心處分別加工有一個感知單元安裝凹槽，每個感知單元匹配安裝在兩個封裝段位于同一側面的兩個感知單元安裝凹槽內。