[發明專利]一種硬旋銑加工切削力測量裝置及其測量方法

在審

• 申請號: 202111085983.X
• 申請日: 2021-09-16
• 公開（公告）號: CN113909994A
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發明（設計）人: 宋樹權;紀曉研;余亞鑫;管翔宇;許亮
• 申請（專利權）人: 鹽城工學院
• 主分類號: B23Q17/09
• 分類號: B23Q17/09;B23C9/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 馬嚴龍

本發明屬于切削加工領域，尤其是一種硬旋銑加工切削力測量裝置及其測量方法，包括信號采集系統和信號輸出系統；信號采集系統包括固定安裝在刀盤背面的空心方形鐵管，其上置有模擬采集模塊、無線傳輸模塊A、天線A與一組鋰電池；刀桿上開設安裝槽以便安裝測力儀；信號輸出系統包括依次線路連接的天線B、無線傳輸模塊B、USB通訊轉換器、計算機，天線A與天線B無線信號連通；刀片切削時測力儀產生電壓信號，模擬采集模塊采集信號由無線傳輸模塊傳送至接收端，測得硬旋銑時變切削力。本發明簡化了刀?件雙旋轉條件下大直徑工件切削力測量裝置的復雜性；同時避免了高速轉動時滑環信號傳輸的失真，可有效測量硬旋銑加工過程中時變切削力。

技術領域

本發明屬于切削加工領域，特別涉及一種硬旋銑加工過程中切削力測量方法及裝置。

背景技術

由于硬旋銑加工過程具有時變斷續切削特性，使得刀具切削力分布不均，而切削力是研究切削加工過程中材料去除機理的一個重要指標，是機床加工精度和刀具壽命的重要影響因素，對實際生產具有重要意義。因此對機床加工過程中切削力的監測顯得尤為重要，對于提高刀具壽命、優化工藝參數及刀具結構具有重要意義。

在硬旋銑加工過程中，刀盤和工件同時旋轉，常規方法難以進行切削力有效測量。測力儀是目前測量切削加工過程中切削力最常用的儀器，微型測力傳感器具有自身體積小，易安裝，響應頻率較高等優勢，可以安裝在普通機床上進行切削力的測量，但是，應用在硬旋銑機床上仍然存在問題亟需解決：（1）硬旋銑機床刀盤高速旋轉，將普通測力儀安裝在刀盤上，測力儀與輸出終端連線存在問題；（2）因為在旋風銑加工過程中，刀具和工件都在旋轉，傳統的測力方案是將測力傳感器的信號通過電滑環進行輸出，工件直徑較大時需要采用大直徑通孔電滑環，裝置結構復雜，成本高。

有的測量切削力的方法CN201210007955.0將三向壓電式力傳感器緊固在刀座、刀桿之間，通過一個多通道的過孔型滑環作為傳感器件與數據采集裝置的電氣接口，同步測量旋銑刀盤上每把刀具的瞬態切削力。現有的切削力測量裝置缺點在于安裝滑環需要對刀盤進行鉆孔改造，裝置結構復雜，且測力傳感器與數據采集裝置采用連線傳輸方式，當刀盤高速旋轉時，連線易被纏繞，存在安全隱患。

發明內容

本發明的技術方案是一種基于微型測力儀的硬旋銑機床新型無線切削力測量裝置，簡化了刀-件雙旋轉條件下大直徑工件切削力測量裝置的復雜性，降低了成本；同時避免了高速轉動時滑環信號傳輸的失真，可有效測量硬旋銑加工過程中時變切削力。

為了實現上述目的，本發明采用了如下技術方案：

一種硬旋銑加工切削力測量裝置，包括信號采集系統和信號輸出系統，信號采集系統安裝于刀盤上；

信號采集系統包括固定安裝在刀盤背面的空心方形鐵管，空心方形鐵管內固定設有鋁合金外殼A、鋁合金外殼B，鋁合金外殼A內置有模擬采集模塊和一組鋰電池，鋁合金外殼B內置有無線傳輸模塊A、天線A與一組鋰電池；刀盤的刀桿上開設有安裝槽，測力儀安裝于安裝槽中，測力儀、模擬采集模塊、無線傳輸模塊A、天線A依次線路連接；

信號輸出系統包括依次線路連接的天線B、無線傳輸模塊B、USB通訊轉換器、計算機，天線A與天線B無線信號連通。

作為更進一步的優選方案，空心方形鐵管內還固定設有鋁合金外殼C，鋁合金外殼C內置有圈繞的多余線路。

作為更進一步的優選方案，所述鋁合金外殼A、鋁合金外殼B、鋁合金外殼C均安裝于空心方形鐵管的內壁上。

作為更進一步的優選方案，所述信號輸出系統還包括電源。

作為更進一步的優選方案，空心方形鐵管的一端為開口，空心方形鐵管的開口端朝向刀盤背面安裝。

一種硬旋銑加工切削力測量裝置的測量方法，包括以下步驟：

步驟一：機床啟動，卡爪帶動工件低速轉動，刀盤高速轉動，空心方形鐵管隨刀盤轉動，刀盤與卡爪同向轉動，刀桿上刀片對工件進行切削；