[發(fā)明專利]一種隨動集成式切削力智能監(jiān)測系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611230695.8
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN106736858A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 國凱;周長安;孫杰;宋戈;孫超;龔清洪
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: B23Q17/09
• 分類號: B23Q17/09
• 代理公司: 濟(jì)南金迪知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司37219
• 代理人: 王緒銀

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于金屬切削過程中對刀柄的切削力信號實時監(jiān)測的系統(tǒng)，屬于切削力測試技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

切削力是切削加工中的一種極為重要的物理現(xiàn)象，直接影響切削效率、切削過程安全、加工變形、加工表面質(zhì)量和刀具磨損等，切削力大小的變化能實時反映出刀具的磨損情況，并能為提高加工精度、金屬切削機(jī)理研究和加工工藝研究提供理論依據(jù)，因此切削力的精確、實時監(jiān)測對提高加工技術(shù)水平有著極為重要的意義。

目前應(yīng)為最為廣泛的動態(tài)切削力測量系統(tǒng)為臺式壓電式切削測力儀，其安裝在機(jī)床工作臺和被測工件之間，切削力信號通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)叫盘柗糯笃鳎?jīng)濾波和放大后被數(shù)據(jù)采集卡接收，然后經(jīng)數(shù)據(jù)線傳輸?shù)絇C終端進(jìn)行顯示和儲存。這種切削測力儀通常都對工件尺寸和安裝約束有限制，另外，由于機(jī)床工作臺的振動和工件材料去除量變化引起的慣性力也會造成測量的不確定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種隨動集成式切削力智能監(jiān)測系統(tǒng)，改變現(xiàn)有的切削力測量方案，將力傳感器集成到數(shù)控機(jī)床刀柄上，測試時與刀具一同旋轉(zhuǎn)，此時刀具受到的切削力會直接作用在力傳感器上，從而突破對工件尺寸、安裝約束等限制，實現(xiàn)對切削力的實時監(jiān)測，該系統(tǒng)具有靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單以及安裝拆卸方便、易于維護(hù)等優(yōu)點。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的隨動集成式切削力智能監(jiān)測系統(tǒng)，采用以下技術(shù)方案：

該系統(tǒng)，包括刀柄隨動模塊、無線供電發(fā)射模塊和數(shù)據(jù)接收模塊；所述刀柄隨動模塊包括刀柄、刀具連接體和刀柄隨動體，刀柄隨動體和刀具連接體均連接在刀柄的下端，刀柄隨動體套裝在刀具連接體的外部，刀柄底端設(shè)置有力傳感器，刀柄隨動體內(nèi)設(shè)置有前置調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、無線通信模塊和無線供電接收模塊，力傳感器、前置調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和無線通信模塊依次連接并均與無線供電接收模塊連接，刀柄隨動體上還設(shè)置有光電編碼器模塊；無線供電發(fā)射模塊與無線供電接收模塊連接無線，數(shù)據(jù)接收模塊與無線通信模塊無線連接。

所述力傳感器通過預(yù)緊螺栓固定在刀柄的底端，且處于刀柄的軸線上。

所述前置調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和無線通信模塊均安裝在模塊支架上。

所述光電編碼器模塊包括安裝在所述刀柄隨動體上的光柵讀頭和固定在機(jī)床主軸下端的環(huán)形光柵尺。

所述刀柄隨動體的上端面安裝有平衡環(huán)。

所述無線供電接收模塊包括第一鐵氧體片、接收線圈、第一保持架、第一中繼線圈和封板，接收線圈和第一中繼線圈分別卡裝在第一保持架的上下兩面，第一保持架與第一鐵氧體片和封板固定在一起。通過封板將無線供電接收模塊連接于刀柄隨動體內(nèi)

所述無線供電發(fā)射模塊包括第二鐵氧體片、第二中繼線圈、發(fā)射電路、第二保持架、發(fā)射線圈和外殼，第二鐵氧體片、第二中繼線圈、發(fā)射電路、第二保持架和發(fā)射線圈由上至下依次設(shè)置在外殼內(nèi)。

所述發(fā)射線圈、第二中繼線圈、接收線圈和第一中繼線圈均由3～5層線圈并聯(lián)繞制且每層線圈均為平面盤型漸開結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能夠增大空間磁場強(qiáng)度的幅值并降低等效電感的量值。

在切削過程中，力傳感器實時地監(jiān)測出刀具的切削力信號，原始切削力信號經(jīng)前置調(diào)理模塊濾波和放大后，由數(shù)據(jù)采集模塊接收并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和儲存。數(shù)據(jù)采集模塊同時接收光電編碼器模塊采集的刀具旋轉(zhuǎn)角度信號，然后將切削力信號和角度信號通過無線通信模塊發(fā)送出去，被數(shù)據(jù)接收模塊接收、處理并實時顯示。

本發(fā)明切削力測量精度高，能夠隨動實時監(jiān)控，保證了切削力信號強(qiáng)度。解決了現(xiàn)有切削力測量系統(tǒng)測量精度低，無法隨動實時監(jiān)控、切削力信號衰減嚴(yán)重等問題。相比于現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)的有益效果：

1.本發(fā)明將力傳感器直集成到刀柄上，突破了對工件尺寸、安裝約束等限制，實現(xiàn)對切削力的實時監(jiān)測，該系統(tǒng)具有靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單以及安裝拆卸方便、易于維護(hù)等優(yōu)點。

2.本發(fā)明采用電磁耦合諧共振原理實現(xiàn)電能的無線傳輸，為用電模塊提供了非接觸、連續(xù)的能量供給，克服了接觸式電能傳輸碳刷磨損快、發(fā)熱量大、刀具轉(zhuǎn)速過低等缺點，且相比于感應(yīng)式無線電能傳輸，電磁耦合諧共振無線電能傳輸?shù)哪芰績H能傳輸給具有相同共振頻率的接收線圈，能量損失小，可實現(xiàn)更高傳輸效率和更長的傳輸距離，同時對線圈位置的限制相對更少，有利于實現(xiàn)設(shè)備簡化和更加自由的設(shè)備布局，便于工程應(yīng)用。

3.采用WiFi無線信號傳輸技術(shù)實現(xiàn)了信號的傳輸，從而使信號接收端不用再使用數(shù)據(jù)線接收信號，突破了傳感器安裝方式的局限。

附圖說明