[發明專利]一種用于四維切削力檢測的電容式智能刀柄系統

有效

• 申請號: 201410344491.1
• 申請日: 2014-07-18
• 公開（公告）號: CN104139322A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發明（設計）人: 路勇;解正友;廖志榮;姚英學
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B23Q17/09
• 分類號: B23Q17/09
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

1.一種用于四維切削力檢測的電容式智能刀柄系統，其特征在于所述電容式智能刀柄系統由標準刀柄、電容式位移傳感器、鋰電池、電容傳感器檢測電路、信號預處理及采集單元、信號無線發射模塊、外封裝環、密封蓋、固定塊組成，其中：電容式位移傳感器由軸向電容式位移傳感器和扭轉電容式位移傳感器構成，標準刀柄下端的圓柱體部分沿圓周方向均布四個切槽，每個切槽內設置一個軸向電容式位移傳感器，軸向電容式位移傳感器的可動極板固連在切槽的下表面上，固定極板固連在固定塊上，固定塊膠粘在切槽的上側面；相對的兩個切槽內分別設置一個扭轉電容式位移傳感器，扭轉電容式位移傳感器的可動極板固連在切槽的側表面上，固定極板固連在固定塊上；外封裝環固定在標準刀柄上并將切槽擋住，外封裝環與標準刀柄之間的空腔用于安放鋰電池、電容傳感器檢測電路、信號預處理及采集單元和信號無線發射模塊，沿信號傳遞方向軸向電容式位移傳感器的兩極板和扭轉電容式位移傳感器的兩極板、電容傳感器檢測電路、信號預處理及采集單元以及信號無線發射模塊通過導線依次連接，鋰電池與軸向電容傳感器、扭轉電容傳感器、電容傳感器檢測電路、信號預處理及采集單元、信號無線發射模塊均通過導線連接，外封裝環下端用密封蓋固定。

2.根據權利要求1所述的用于四維切削力檢測的電容式智能刀柄系統，其特征在于所述外封裝環通過緊定螺釘固定在標準刀柄上。

3.根據權利要求1或2所述的用于四維切削力檢測的電容式智能刀柄系統，其特征在于所述外封裝環下端用密封蓋通過螺釘固定。

4.根據權利要求3所述的用于四維切削力檢測的電容式智能刀柄系統，其特征在于所述密封蓋與標準刀柄之間的間隙用密封圈密封。

5.根據權利要求1所述的用于四維切削力檢測的電容式智能刀柄系統，其特征在于所述標準刀柄下端沿圓周方向均布有第一切槽、第二切槽、第三切槽和第四切槽，軸向電容式位移傳感器由軸向電容傳感器C1、軸向電容傳感器C2、軸向電容傳感器C3、軸向電容傳感器C4組成，扭轉電容式位移傳感器由扭轉電容傳感器C5、扭轉電容傳感器C6組成；軸向電容傳感器C1的可動極板固連在第一切槽的下表面上，固定極板固連在固定塊上，固定塊膠粘在第一切槽的上表面；軸向電容傳感器C2的可動極板固連在第二切槽的下表面上，固定極板固連在固定塊上，固定塊膠粘在第二切槽的上表面；軸向電容傳感器C3的可動極板固連在第三切槽的下表面上，固定極板固連在固定塊上，固定塊膠粘在第三切槽的上表面；軸向電容傳感器C4的可動極板固連在第四切槽的下表面上，固定極板固連在固定塊上，固定塊膠粘在第四切槽的上表面；扭轉電容傳感器C5的可動極板固連在第一切槽的側表面上，固定極板固連在固定塊上；扭轉電容傳感器C6的可動極板固連在第三切槽的側表面上，固定極板固連在固定塊上。

6.根據權利要求5所述的用于四維切削力檢測的電容式智能刀柄系統，其特征在于以軸向電容傳感器C1、軸向電容傳感器C2、軸向電容傳感器C3、軸向電容傳感器C4測得的變形量來計算Z向軸向力，以軸向電容傳感器C1、軸向電容傳感器C3測得的變形量來計算X向徑向力，以軸向電容傳感器C2、軸向電容傳感器C4測得的變形量來計算Y向徑向力，以扭轉電容傳感器C5、扭轉電容傳感器C6測得的變形量來計算繞Z軸扭矩，其中Z軸是回轉軸，利用6處變形量求解切削力公式如下：

Fz=k1Δd1+Δd2+Δd3+Δd44Fx=k2Δd1-Δd32Fy=k3Δd4-Δd22T=k4Δd5-Δd62]]>

式中，Δd₁～Δd₆分別是C1、C2、C3、C4、C5、C6的電容傳感器測得的變形筋變形量，k₁～k₄是與標準刀柄剛度有關的系數。