CN103111643A - 一种无线感知切削状态的智能金刚石刀具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种无线感知切削状态的智能金刚石刀具，属于金刚石刀具技术领域。本发明包括：金刚石刀片、智能金刚石刀片、刀杆、传感器系统和感知信号处理系统，所述智能金刚石刀片固定在刀杆上的前部，智能金刚石刀片前部的上端固定有金刚石刀片，所述传感器系统设置在智能金刚石刀片内，感知信号处理系统设置在刀杆内。本发明所述无线自感知切削状态的智能金刚石刀具，融合传感器系统阵列和金刚石刀片为自感知智能金刚石刀片，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。本发明具有结构简单紧凑、集成化程度高、使用方便简单、成本低、实用性强、测量精度和灵敏度高的优点。

Description

一种无线感知切削状态的智能金刚石刀具
技术领域
本发明涉及一种无线感知切削状态的智能金刚石刀具，属于金刚石刀具技术领域。
背景技术
超精密切削加工作为制造领域最尖端的加工技术之一，决定了一个国家先进制造技术水平在世界范围内的地位。金刚石刀片在超精密加工过程中就起着至关重要的作用。在切削加工过程中金刚石刀具所处的状态，如刀具磨损和破损、切削力、切削温度等直接影响金刚石切削加工精度、表面质量、刀具的寿命和加工效率。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，也制约着超精密智能加工的发展。目前，由于缺乏加工情况下刀具状态情况的实时感知，无法在切削加工过程中考虑刀具的磨损、切削力及切削热等因素对加工的影响，实时动态调整加工工艺参数，因此直接影响了加工精度、加工效率以及加工过程的可靠性，更加无法满足大表面加工质量一致性要求，恒定状态的切削（如恒力切削，表面残余应力均一性控制切削）、加工表面质量控制和加工表面完整性要求等自适应加工和智能加工的要求。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术存在的问题，即为了克服金刚石刀具加工过程状态监测手段复杂，成本高，设备体积大，安装空间受限，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，进而提供一种无线感知切削状态的智能金刚石刀具。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种无线感知切削状态的智能金刚石刀具，包括：金刚石刀片、智能金刚石刀片、刀杆、传感器系统和感知信号处理系统，所述智能金刚石刀片固定在刀杆上的前部，智能金刚石刀片前部的上端固定有金刚石刀片，所述传感器系统设置在智能金刚石刀片内，感知信号处理系统设置在刀杆内。
本发明的有益效果是：本发明所述无线自感知切削状态的智能金刚石刀具，融合传感器系统阵列和金刚石刀片为自感知智能金刚石刀片，打破了刀具以往只用于切削加工的单一执行器功能，实现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。本发明具有结构简单紧凑、集成化程度高、使用方便简单、成本低、实用性强、测量精度和灵敏度高，能实时监测刀具切削温度、切削力和刀具振动，声发射等多种刀具切削过程中的信息，功能全面强大。
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，推动了超精密加工技术的发展。
 
附图说明
图1是本发明所述智能金刚石刀具的整体结构示意图；
图2是本发明所述智能金刚石刀具与机床数控系统数据无线交互示意图；
图3是本发明所述一种智能金刚石刀具的结构示意图；
图4是图3所述智能金刚石刀具的侧剖视图；
图5是本发明所述一种智能金刚石刀具的结构示意图；
图6是图5所述智能金刚石刀具的侧剖视图；
图7是图5所述智能金刚石刀具的仰视图。
 
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所示，本实施例所涉及的一种无线感知切削状态的智能金刚石刀具，包括：金刚石刀片1、智能金刚石刀片2、刀杆3、传感器系统4和感知信号处理系统5，所述智能金刚石刀片2固定在刀杆3上的前部，智能金刚石刀片2前部的上端固定有金刚石刀片1，所述传感器系统4设置在智能金刚石刀片2内，感知信号处理系统5设置在刀杆3内。
如图1所示，所述感知信号处理系统5包括数据接口51、信号放大处理器52、信号采集处理器53、信号分析处理器54、电源55和信号传输天线56，所述数据接口51与信号放大处理器52的信号输入端相连接，信号放大处理器52的信号输出端与信号采集处理器53的信号输入端相连接，信号采集处理器53的信号输出端与信号分析处理器54的信号输入端相连接，信号分析处理器54的信号输出端与信号传输天线56相连接，电源55为系统提供电能。
如图3~图7所示，所述智能金刚石刀片2具有前端的切削刀尖和刀片的后突出部，所述后突出部的上表面具有上凹腔21，所述上凹腔21内设有一个传感器系统4，所述后突出部后侧面具有传感器信号接口23。
如图3~图7所示，所述智能金刚石刀片2具有前端的切削刀尖和刀片的后突出部，所述后突出部的下表面具有下凹腔22，所述下凹腔22内设有另一个传感器系统4。
所述传感器系统4是温度传感器、力传感器、振动传感器和声波传感器组成的阵列。
所述温度传感器为薄膜热电偶、薄膜热电阻或声表面波传感器；所述力传感器为电阻应变片、压阻薄膜、压电薄膜、电容测微仪或声表面波传感器；所述振动传感器为MEMS加速度传感器；所述声波传感器为声发射传感器。
所述信号传输天线56为感知信号输出和/或接收天线。
如图2所示，本发明实现了智能金刚石刀具与机床数控系统6感知信号数据连接无线传输与交互。实现过程为：智能刀具通过对智能金刚石刀片感知的相应信号的放大、采集和处理分析，将刀具切削实时状态感知信号通过输出/接受天线或者数据线缆传递给机床数控系统6，机床数控系统6通过对当前切削参数和切削状态信息综合判断和解析智能控制切削加工过程的参数来实现智能加工。
本发明的智能金刚石刀片不仅局限于金刚石刀片，其它刀具切削刀具均可应用，如PCD和CBN刀片，金刚石涂层刀具，工具钢、高速钢、硬质合金或涂层的硬质合金及其超硬材料。
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 (7)

1.一种无线感知切削状态的智能金刚石刀具，其特征在于，包括：金刚石刀片（1）、智能金刚石刀片（2）、刀杆（3）、传感器系统（4）和感知信号处理系统（5），所述智能金刚石刀片（2）固定在刀杆（3）上的前部，智能金刚石刀片（2）前部的上端固定有金刚石刀片（1），所述传感器系统（4）设置在智能金刚石刀片（2）内，感知信号处理系统（5）设置在刀杆（3）内。
2.根据权利要求1所述的无线感知切削状态的智能金刚石刀具，其特征在于，所述感知信号处理系统（5）包括数据接口（51）、信号放大处理器（52）、信号采集处理器（53）、信号分析处理器（54）、电源（55）和信号传输天线（56），所述数据接口（51）与信号放大处理器（52）的信号输入端相连接，信号放大处理器（52）的信号输出端与信号采集处理器（53）的信号输入端相连接，信号采集处理器（53）的信号输出端与信号分析处理器（54）的信号输入端相连接，信号分析处理器（54）的信号输出端与信号传输天线（56）相连接，电源（55）为系统提供电能。
3.根据权利要求2所述的无线感知切削状态的智能金刚石刀具，其特征在于，所述智能金刚石刀片（2）具有前端的切削刀尖和刀片的后突出部，所述后突出部的上表面具有上凹腔（21），所述上凹腔（21）内设有一个传感器系统（4），所述后突出部后侧面设有传感器信号接口（23）。
4.根据权利要求3所述的无线感知切削状态的智能金刚石刀具，其特征在于，所述后突出部的下表面具有下凹腔（22），所述下凹腔（22）内设有另一个传感器系统（4）。
5.根据权利要求4所述的无线感知切削状态的智能金刚石刀具，其特征在于，所述传感器系统（4）是温度传感器、力传感器、振动传感器和声波传感器组成的阵列。
6.根据权利要求5所述的无线感知切削状态的智能金刚石刀具，其特征在于，所述温度传感器为薄膜热电偶、薄膜热电阻或声表面波传感器；所述力传感器为电阻应变片、压阻薄膜、压电薄膜、电容测微仪或声表面波传感器；所述振动传感器为MEMS加速度传感器；所述声波传感器为声发射传感器。
7.根据权利要求2或6所述的无线感知切削状态的智能金刚石刀具，其特征在于，所述信号传输天线（56）为感知信号输出和/或接收天线。
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