[發(fā)明專利]一種實(shí)時(shí)測(cè)量切削力、振動(dòng)和切削溫度的多傳感融合智能化刀柄監(jiān)測(cè)裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210164934.3
• 申請(qǐng)日: 2022-02-23
• 公開（公告）號(hào): CN114749994A
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹華軍;康信禛;張金;黃雪峰;渠達(dá)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號(hào): B23Q17/00
• 分類號(hào): B23Q17/00;B23Q17/09;B23Q17/12
• 代理公司: 重慶縉云專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 50237
• 代理人: 王翔

本發(fā)明公開了一種實(shí)時(shí)測(cè)量切削力、振動(dòng)和切削溫度的多傳感融合智能化刀柄監(jiān)測(cè)裝置，包括從上至下依次連接的刀柄頭部、上法蘭盤、力傳感器、下法蘭盤、刀柄尾部和刀具，信息采集系統(tǒng)位于外殼與刀柄頭部、上法蘭盤、力傳感器形成的密閉腔室內(nèi)，信息采集系統(tǒng)包括鋰電池、電路板、供電模塊、信號(hào)采集與處理模塊、信號(hào)無線傳輸模塊和振動(dòng)傳感器，刀具內(nèi)有熱電偶，外殼上有霍爾位置傳感器。本發(fā)明裝置采集的切削信號(hào)完整、集成化程度較高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)，同時(shí)測(cè)量四維切削力、三向振動(dòng)以及切削區(qū)域溫度，能夠監(jiān)測(cè)切削過程各刀齒所對(duì)應(yīng)切削信號(hào)情況，提高了切削加工過程的自動(dòng)化和智能化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)加工切削領(lǐng)域，具體涉及一種實(shí)時(shí)測(cè)量切削力、振動(dòng)和切削溫度的多傳感融合智能化刀柄監(jiān)測(cè)裝置。

背景技術(shù)

切削加工是一個(gè)十分復(fù)雜的動(dòng)態(tài)多物理場(chǎng)耦合過程，加工刀具在切削時(shí)同時(shí)承受力、熱、振動(dòng)等多種載荷的作用。因此，多種因素所作用的刀具和刀柄往往成為切削加工過程監(jiān)測(cè)的突破口，成為用來分析加工過程及狀態(tài)的主要載體。

智能化刀柄技術(shù)是有效監(jiān)測(cè)刀具切削狀態(tài)的關(guān)鍵技術(shù)之一，特別是針對(duì)高速干切航天航空裝備中高錳鋼、鈦合金等難加工材料，其硬度高，對(duì)刀具的損耗大，往往無法準(zhǔn)確及時(shí)的判斷刀具的切削狀態(tài)，如刀具磨損、刀具破裂以及顫振等情況，以至于影響刀具的利用率和加工零件的表面質(zhì)量。而通過切削力、振動(dòng)和溫度信號(hào)間接反映切削狀態(tài)的方式逐步成為切削狀態(tài)監(jiān)控的主流，但由于刀具監(jiān)控中存在切削條件多樣性、切削參數(shù)多變性、切削狀態(tài)隨機(jī)性等復(fù)雜因素，難以通過單一信號(hào)來反映刀具的切削狀態(tài)，為了有效提高刀具狀態(tài)監(jiān)控的可靠性和準(zhǔn)確性，多傳感器信息融合的方法成為實(shí)現(xiàn)刀具狀態(tài)監(jiān)測(cè)的有效手段。

在通常的研究中，往往是將各種傳感器分別布置在不同的位置，如應(yīng)變式力傳感器布置在工作臺(tái)上、振動(dòng)傳感器布置在工作臺(tái)上或主軸上、溫度傳感器布置在工件內(nèi)部。然而此種監(jiān)控平臺(tái)搭建耗時(shí)耗力，僅適用于工況簡(jiǎn)單、環(huán)境穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)研究中，在高速干切航天航空難加工材料的實(shí)際工作環(huán)境下難以應(yīng)用。故以刀柄系統(tǒng)為載體，將力傳感器、振動(dòng)傳感器和溫度傳感器進(jìn)行嵌入集成并建立感知系統(tǒng)的智能化刀柄成為實(shí)現(xiàn)實(shí)際切削加工監(jiān)控的有效手段。

目前現(xiàn)有的切削過程監(jiān)測(cè)刀柄大多數(shù)僅監(jiān)測(cè)單一信號(hào)，如三維切削力、扭矩、三向振動(dòng)，切削溫度等，無法全面的表征加工過程的完整信息，而且無法監(jiān)測(cè)切削過程刀具各刀齒的切削信息，不能準(zhǔn)確的識(shí)別刀具刀齒狀態(tài)異常位置。

因此研制一款集成度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)，且能準(zhǔn)確判斷切削過程中刀具刀齒異常狀態(tài)位置的實(shí)時(shí)測(cè)量切削力、振動(dòng)和切削溫度的多傳感融合智能化刀柄監(jiān)測(cè)裝置是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種實(shí)時(shí)測(cè)量切削力、振動(dòng)和切削溫度的多傳感融合智能化刀柄監(jiān)測(cè)裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，一種實(shí)時(shí)測(cè)量切削力、振動(dòng)和切削溫度的多傳感融合智能化刀柄監(jiān)測(cè)裝置，包括刀柄頭部、上法蘭盤、力傳感器、下法蘭盤、刀柄尾部、外殼和信息采集系統(tǒng)。

所述上法蘭盤固定在刀柄頭部的下端，力傳感器與上法蘭盤的下表面連接，下法蘭盤固定在力傳感器的下表面，刀柄尾部與下法蘭盤連接。

所述下法蘭盤的中央處開設(shè)有供母連接插頭上端旋入的螺紋通孔，刀柄尾部開設(shè)有貫穿其上下端的空腔S，空腔S的上端與下法蘭盤中央處的螺紋通孔對(duì)接。

刀具的上端通過卡簧和壓帽安裝到刀柄尾部的空腔S內(nèi)，刀具的下端具有刀刃且伸出刀柄尾部。

所述母連接插頭的上端設(shè)置有外螺紋，母連接插頭的上端旋入下法蘭盤中央處的螺紋通孔，下端位于空腔S內(nèi)。

公連接插頭的上端與所述母連接插頭的下端配合連接，公連接插頭的下端設(shè)置有外螺紋。