[發明專利]一種切削力測量裝置

有效

• 申請號: 202110757877.5
• 申請日: 2021-07-05
• 公開（公告）號: CN113369995B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 張忠華;谷一群;李哲;張海琪;陳松;蔣永華;吳鳴;曾平;程光明
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: B23Q17/09
• 分類號: B23Q17/09
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種切削力測量裝置，屬新能源與切削力監測技術域。由機殼、環架、環板、環蓋、激勵器、限位塊、傳感器、電路板及換能器構成，激勵器的滾動體為磁球或磁柱；換能器由耦合片和壓電片粘接而成；傳感器裝在鉆頭、夾具或主軸上，電路板裝在環蓋上；機殼裝在主軸上，環蓋裝在機殼的外環槽端部，環蓋的凸環置于外環槽內，凸環與外環槽底壁間依次壓接有換能器、環架、環板和換能器；環架的內環槽中安裝有激勵器，換能器的耦合片材料為鐵磁性材料；主軸轉動時換能器與激勵器相對轉動，激勵器迫使換能器產生往復的軸向彎曲變形并將機械能轉換成電能，電能經轉換電路處理后供給傳感器，傳感器實時地獲得相關切削力參數后再經發射單元發射出去。

技術領域

本發明屬于切削力監測與新能源技術領域，具體涉及一種切削力測量裝置，用于鉆頭等旋轉類金屬加工刀具切削力的在線狀態監測。

背景技術

鉆削加工是最常用的金屬切削加工工藝之一，該工藝通常是在半封閉條件下進行，具有散熱困難、不易排屑、易劃傷孔面、加工精度低、鉆頭磨損嚴重等諸多問題。鉆削加工時刀具的橫刃和主切削刃同時工作，分別產生軸向力和扭矩，它們直接影響著鉆削過程的穩定性、刀具的壽命及工件的加工效果。因此，為有效地提高鉆頭壽命、產品的表面質量和生產效率，國內外學者對鉆削加工中鉆削力的建模、控制方法及測量方法等方面都進行了大量的研究并取得了顯著的成績。然而，由于加工過程中鉆頭大都處于旋轉狀態，其監測系統的供電問題尚未得到較好的解決：導線供電不方便、不安全，電池供電需經常性更換，人們在研究中通常只能采用測量被加工工件的作用力反推鉆頭所受的切削力，這種測量誤差較大且不適于生產過程中的實時在線監測，嚴重地制約了鉆削加工切削力在線監測技術的推廣應用。因此，具有自供電功能的鉆削力在線監測裝置乃實際生產中所急需的。

發明內容

本發明提出一種切削力測量裝置，該裝置經螺釘安裝在鉆床的主軸上，主軸端部經夾具安裝有鉆頭，切削力測量裝置位于床身和夾具之間；所提出的切削力測量裝置主要由機殼、環架、環板、環蓋、激勵器、限位塊、傳感器、電路板及換能器構成，機殼、環架、環板及環蓋均為環形結構；激勵器為單個的滾動體，或由滾動體和慣性體構成，滾動體的材料為磁性材料；換能器由耦合片和壓電片粘接而成，耦合片為環形，壓電片為圓形；傳感器安裝在鉆頭、夾具或主軸上，電路板安裝在環蓋上，傳感器和換能器經不同的導線組與電路板相連。

機殼為帶有軸孔環形結構，機殼的左右兩側分別設有軸套和外環槽，軸套的內孔即為軸孔，外環槽為軸向環槽，即外環槽的開口方向為軸向，外環槽的底壁上設有外沉腔，外沉腔沿機殼的圓周方向均布。

環架為帶有軸孔的環形結構，環架的左右兩側分別設有內沉腔和內環槽，內環槽為軸向環槽，即內環槽的開口方向為軸向，內沉腔沿環架的圓周方向均布；環架上內沉腔的數量、半徑及其圓心回轉半徑等參數和機殼上外沉腔的數量、半徑及其圓心回轉半徑分別相等。

環板為帶有軸孔的環形結構，環板的一側設有內沉腔，內沉腔沿環板的圓周方向均布。

環蓋為帶有軸孔的環形結構，環蓋的凸環上設有外沉腔，外沉腔沿環蓋的圓周方向均布；環板上內沉腔的數量、半徑及其圓心回轉半徑和環蓋上外沉腔的數量、半徑及其圓心回轉半徑分別相等；內沉腔上兩條經過內沉腔回轉中心的切線間的夾角稱為內沉腔的圓心角。

換能器由耦合片和壓電片粘接而成，耦合片為環形，壓電片為圓形，壓電片沿耦合片的圓周方向均布，壓電片、內沉腔及外沉腔圓心的回轉半徑相等，即壓電片、內沉腔及外沉腔的圓心位于同一圓周上，壓電片的半徑與內沉腔的半徑之比為0.8；壓電片的材料為PZT類晶片或PVDF類薄膜，耦合片的材料為Fe、Ni、Co、Mn等鐵磁性材料或其合金。

機殼經軸孔套在主軸上，機殼的軸套經螺釘與主軸連接；環蓋經螺釘安裝在機殼的外環槽的端部，環蓋的凸環置于外環槽內，凸環與外環槽的底壁之間依次壓接有換能器、環架、環板和換能器，依次壓接在外環槽內的換能器、環架、環板和換能器的次序可由內到外或由外到內；環架的內環槽中安裝有激勵器。