CN103111642B - 一种基于声表面波传感系统的智能刀具 - Google Patents

一种基于声表面波传感系统的智能刀具 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于声表面波传感系统的智能刀具，本发明所述刀片的前端固定有金刚石刀头，所述金刚石刀头后侧的刀片上为刀片信号感知区域，所述声表面波传感系统固定在刀片上的刀片信号感知区域内。本发明打破了刀具以往只用于切削加工的单一执行器功能，实现了刀具智能化的自我实时监测的感知器转变。本发明解决了以往监测传感系统设备复杂，价格高，体积大，安装和结构尺寸受限，破坏超精密装备的性能，实用性不足以及无法满足超精密加工监测对测量精度和灵敏度的要求等问题。本发明的基于声表面波传感系统的智能刀具具有结构简单紧凑，集成化程度高，使用方便简单，实用性强，测量精度和灵敏度高，能实时监测刀具切削温度和切削力。

Description

一种基于声表面波传感系统的智能刀具
技术领域
本发明涉及一种基于声表面波传感系统的智能刀具，属于智能刀具技术领域。
背景技术
声表面波传感器是利用声表面波传播性能随着压电基片表面外界条件变化的特性制成的。利用声表面波传感器的特性来敏感外界物理量(如应力、温度、流量和加速度等)的扰动，外界物理量的变化会引起声表面波传播速度的变化，从而引起谐振频率和相位的变化，通过精确测量频率变化和相位变化来度量物理量的变化。声表面波传感器的高精度、高灵敏度、线性度好以及无线和无源化的特点，使它非常适合于精密检测量要求场合。其具有微型化、集成化、可阵列组合输出等特点和优势，非常适合于遥测信号的传感，用于复杂恶劣环境、旋转或移动部件以及微小空间场合。
为了更加深入理解和监测超精密加工过程的实时物理状态，需要更加灵敏、稳定、可靠的感知和监测方式。而基于现有的实时监测手段，由于检测设备复杂，成本高，体积大，使用不便，破坏精密加工设备的完备性，造成机床加工设备性能下降，受限于自身的动态特性和分辨率的参数大小，并且基于现有的检测手段只能反应整体刀具的切削加工状况，而很难检测刀具参与切削区域，刀尖和切削附近区域的情况，制约了对超精密加工中微小切削力，振动以及温度的变化的实时监测的能力，也制约着超精密加工的进步。将声表面波传感器引入到超精密切削加工中，用于实时无线监测切削状态参量，如切削力、温度、振动等，对深入理解和监测超精密加工过程以及超精密加工的发展都具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术存在的问题，即现有的实时监测手段，由于检测设备复杂，成本高，体积大，使用不便，破坏精密加工设备的完备性，造成机床加工设备性能下降，受限于自身的动态特性和分辨率的参数大小，并且基于现有的检测手段只能反应整体刀具的切削加工状况，而很难检测刀具参与切削区域，刀尖和切削附近区域的情况，制约了对超精密加工中微小切削力，振动以及温度的变化的实时监测的能力。进而提供一种基于声表面波传感系统的智能刀具。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于声表面波传感系统的智能刀具，包括刀片、金刚石刀头、信号处理发射单元、信号传输线和密封膜，所述刀片的前端固定有金刚石刀头，所述刀片的后侧上面设有容腔，所述信号处理发射单元固定在刀片上的容腔内，所述基于声表面波传感系统的智能刀具还包括声表面波传感系统，所述金刚石刀头后侧的刀片上为刀片信号感知区域，所述声表面波传感系统固定在刀片上的刀片信号感知区域内，信号传输线的一端与信号处理发射单元相连接，信号传输线的另一端与声表面波传感系统相连接，声表面波传感系统、信号处理发射单元和信号传输线上粘附有密封膜，所述声表面波传感系统为声表面波传感器组成的声表面波传感阵列。
本发明具有以下优点：本发明所述基于声表面波传感系统的智能刀具，融合声表面波传感系统和金刚石刀片为智能金刚石刀具，打破了刀具以往只用于切削加工的单一执行器功能，实现了刀具智能化的自我实时监测的感知器转变。
本发明解决了以往监测传感系统设备复杂，价格高，体积大，安装和结构尺寸受限，破坏超精密装备的性能，实用性不足以及无法满足超精密加工监测对测量精度和灵敏度的要求等问题。本发明的基于声表面波传感系统的智能刀具具有结构简单紧凑，集成化程度高，使用方便简单，实用性强，测量精度和灵敏度高，能实时监测刀具切削温度和切削力。
本发明能很好解决和满足超精密加工在大表面加工质量一致性要求，特殊光学器件的刀具恒定状态的切削(如恒力切削，表面残余应力控制切削)，加工表面质量控制和加工表面完整性要求等超精密智能加工的要求和突破目前实施超精密智能切削加工的瓶颈，推动超精密加工技术的发展。
附图说明
图1是基于声表面波传感系统的智能刀具的结构示意图；
图2是图1的剖视图；
图3是声表面波传感系统的阵列排布示意图；
图4是声表面波传感系统的通用阵列排布示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
如图1和图2所示，本实施例所涉及的一种基于声表面波传感系统的智能刀具，包括刀片1、金刚石刀头11和声表面波传感系统2，所述刀片1的前端固定有金刚石刀头11，所述金刚石刀头11后侧的刀片1上为刀片信号感知区域12，所述声表面波传感系统2固定在刀片1上的刀片信号感知区域12内。
进一步的，还包括信号处理发射单元3、信号传输线4和密封膜5，所述刀片1的后侧上面设有容腔13，所述信号处理发射单元3固定在刀片1上的容腔13内，信号传输线4的一端与信号处理发射单元3相连接，信号传输线4的另一端与声表面波传感系统2相连接，声表面波传感系统2、信号处理发射单元3和信号传输线4上粘附有密封膜5。信号处理发射单元3和信号传输线4实现感知信号实时无线传输。密封膜用于保护整个系统。
如图3和图4所示，所述声表面波传感系统2为声表面波传感器21组成的声表面波传感阵列。通过对各自感知区域的应力和温度场感知准确计算出切削加工的切削力和切削温度。
如图4所示，所述声表面波传感阵列由m×n的声表面波传感器21排列而成，其中行排列数m大于等于2，列排列数n大于等于1。
如图4所示，所述声表面波传感阵列的最佳排列为3×2的声表面波传感器21排列而成，即行排列数m等于3，列排列数n等于2为优选方案。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于声表面波传感系统的智能刀具，包括刀片(1)、金刚石刀头(11)、信号处理发射单元(3)、信号传输线(4)和密封膜(5)，所述刀片(1)的前端固定有金刚石刀头(11)，所述刀片(1)的后侧上面设有容腔(13)，所述信号处理发射单元(3)固定在刀片(1)上的容腔(13)内，其特征在于，所述基于声表面波传感系统的智能刀具还包括声表面波传感系统(2)，所述金刚石刀头(11)后侧的刀片(1)上为刀片信号感知区域(12)，所述声表面波传感系统(2)固定在刀片(1)上的刀片信号感知区域(12)内，信号传输线(4)的一端与信号处理发射单元(3)相连接，信号传输线(4)的另一端与声表面波传感系统(2)相连接，声表面波传感系统(2)、信号处理发射单元(3)和信号传输线(4)上粘附有密封膜(5)，所述声表面波传感系统(2)为声表面波传感器(21)组成的声表面波传感阵列。
2.根据权利要求1所述的基于声表面波传感系统的智能刀具，其特征在于，所述声表面波传感阵列由m×n的声表面波传感器(21)排列而成，其中行排列数m大于等于2，列排列数n大于等于1。
3.根据权利要求2所述的基于声表面波传感系统的智能刀具，其特征在于，所述声表面波传感阵列由3×2的声表面波传感器(21)排列而成，即行排列数m等于3，列排列数n等于2。
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