[發明專利]基于應變式壓力傳感器的機床主軸夾屑報警裝置及方法

有效

• 申請號: 201610190840.8
• 申請日: 2016-03-30
• 公開（公告）號: CN105619177B
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 李暉;李煥軍;王立博;黃明浩;白鶴康;項兆龍;李政澤;張銳璽
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: B23Q17/00
• 分類號: B23Q17/00;B23Q11/00
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙)21115
• 代理人: 宋鐵軍

技術領域

本發明屬于檢測技術領域，具體涉及一種基于非接觸式壓力傳感器的機床主軸夾屑報警裝置及方法。

背景技術

數控機床是制造業的工作母機，銑床是數控機床的第一要員。銑床可以加工平面、溝槽、分齒零件，特別是螺旋形表面及各種曲面都有其獨特優勢。對加工航空、航天、船舶、汽車和模具等制造業，都需要高檔數控機床作為其重要的生產工具。高效、精密、可靠、智能是數控銑床的主要發展趨勢，然而，數控銑床由于主軸夾屑造成的刀具不對中現象及控制一直是世界各國機床業面臨的不可忽視的難題之一。隨著對高精度零件的要求，加工精度已經由毫米級、微米級向亞微米級、甚至納米級發展，在高精度加工過程中，主軸夾屑造成的刀具不對中會嚴重影響零件加工質量。而主軸夾屑的位置主要是兩處：一是在刀柄上表面和主軸下表面之間的縫隙中（如圖3），二是在主軸和刀柄接觸的錐面上（如圖4）。實踐中可知：以上兩處夾屑位置產生夾屑故障都發生在銑床換刀過程中。故在刀柄預裝上主軸過程中控制和預警主軸夾屑故障，是避免主軸夾屑造成刀柄不對中對零件加工質量影響的重要途徑。

目前，機床設備傳統的檢測方法是接觸式測量法。接觸式測量技術雖然在工件定位和坐標設定、測量零件的幾何尺寸和三維形貌、刀具參數、刀具磨損檢測等方面有著一定的應用，但還存在受力不均，測量時間長，測量點空間分辨率不夠高、不能測量軟質物體等先天缺陷。同時，由于受離心力的影響，接觸式傳感器在機床主軸高速旋轉、切削加工等場合的應用也受到很大的限制。

對于數控機床，要實現基于非接觸壓力傳感器的主軸夾屑報警及控制，其技術難點在于：（1）無線壓力傳感器如何安裝到數控銑床上；（2）如何建立壓力傳感器測得值與主軸夾屑的關系；（3）檢測數據如何傳輸及傳輸路徑；（4）如何遠程監測與控制。

經實際操作經驗和研究表明：銑床在生產過程中的刀柄不對中的主要原因是換刀時主軸夾屑。本發明采用了預埋式方法把無線壓力傳感器組裝到刀體內部，通過刀柄上夾頭重量壓力的變化轉化為刀柄與主軸結合面夾屑大小的關系，并通過無線信號傳輸與接收的方式對銑床加工進行定時監測。

發明內容

發明目的：本發明的目的在于解決現有技術中存在的無線壓力傳感器難以安裝到數控銑床上；難以建立壓力傳感器測得值與主軸夾屑的關系；檢測數據不易傳輸及傳輸路徑易受影響；無法遠程監測與控制等問題。

技術方案：

一種基于應變式壓力傳感器的機床主軸夾屑報警裝置，其特征在于：包括夾頭；所述夾頭上端的沉頭孔座中安裝有拉釘連接體；所述拉釘連接體上有沉頭孔，各沉頭孔中安裝有壓力傳感器；所述拉釘連接體通過傳感器壓板與夾頭固定；拉釘穿過傳感器壓板與拉釘連接體的孔并用緊定螺釘固定。

所述的基于應變式壓力傳感器的機床主軸夾屑報警裝置，其特征在于：所述壓力傳感器配加了無線藍牙模塊；所述壓力傳感器外配加了定位外殼。

所述的基于應變式壓力傳感器的機床主軸夾屑報警裝置，其特征在于：所述夾頭上表面有根據傳感器壓板配做的圓周均布臺階孔；夾頭的下部開有信號傳輸孔。

所述的基于應變式壓力傳感器的機床主軸夾屑報警裝置，其特征在于：所述夾頭上安裝拉釘連接體的沉頭孔座的圓柱度在φ0.01mm內。

所述的基于應變式壓力傳感器的機床主軸夾屑報警裝置，其特征在于：所述拉釘連接體上的沉頭孔為圓周均布的沉頭孔，各孔軸向深度差不超過0.01mm，所述各沉頭孔側面有引線槽。

所述的基于應變式壓力傳感器的機床主軸夾屑報警裝置，其特征在于：所述夾頭上端面及锪孔面粗糙度達到Ra1.6以上，平面度不超過0.02mm。

所述的基于應變式壓力傳感器的機床主軸夾屑報警裝置，其特征在于：傳感器壓板在拉釘軸肩下表面與傳感器上表面間無軸向游隙，傳感器壓板內孔與拉釘有0.03-0.05mm的側隙。

上文所述的基于應變式壓力傳感器的機床主軸夾屑報警裝置的使用方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：連接好信號接收及處理的計算機，啟動傳感器，通過調整軸向位置，確定傳感器靈活受力，并使得各個傳感器讀數一致；

步驟2：將刀柄預裝到立式數控銑床上，設定超差閾值△g，在主軸處于靜止和運行兩種狀態時，任何同一時刻壓力傳感器數值都滿足Gmax－Gmin≤△g，完成對刀過程；

步驟3：后續加工過程中，每次換刀后的同一時刻壓力傳感器讀數，如果Gmax—Gmin＞△g，系統自動報警；如果Gmax—Gmin≤△g，則可以繼續進行加工。