CN103878639A - 一种链式刀库链条静动态张力检测系统 - Google Patents

一种链式刀库链条静动态张力检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明是一种链式刀库链条静动态张力检测系统,属于数控机床功能部件性能检测领域。本检测系统集传感器技术、数据无线通信技术及计算机技术于一体,不仅可以检测链条静态张力,当刀库运行中还可实时监测链条动态张力,由PC机完成信号存储、处理与分析,并可生成链条张力曲线图形。通过特制拉力传感器,设计传感器安装环与链轮,并采用信号无线传输技术,有效地解决了链条动态张力检测难的技术问题。为专业生产厂提供了链条张力实时检测方案,可为设计人员提供可靠的技术参数,为促进我国链式刀库的发展提供了试验基础。

Description

一种链式刀库链条静动态张力检测系统
技术领域
本发明是一种链式刀库链条静动态张力检测系统,属于数控机床功能部件性能检测领域。
背景技术
刀库是数控加工中心的重要功能部件,用于实现刀具储备,可分为链式刀库、伞式刀库、斗笠式刀库及圆盘式刀库,其链式刀库适合于大、中型加工中心使用,具有容刀量大、结构简单、运行快速、维护方便等优点。目前,国产链式刀库在刀具重量、换刀时间及换刀可靠性等方面与国外先进水平仍有较大的差距,导致国内加工中心的中高档刀库主要依赖进口,大量采用日本、德国、韩国及台湾地区的产品。
链条的静态张力及动态张力,可综合反映出刀库安装、制造、调试的质量,从而为设计人员提供可靠的技术参数,用于确定链条型号、链条张紧程度,校核链轮、链轮轴、刀库本体等相关零件的强度,链条张力及配套电机功率是否得当,直接关系到产品成本、运行安全、经济效益等各个方面。因此,对链式刀库中链条静态、动态张力进行检测是十分必要的,为专业生产厂提供链条张力实时检测方法,为设计人员提供可靠的技术参数,为促进我国链式刀库的发展提供试验基础。
目前,针对链式刀库中链条静态、动态张力检测的相关资料并没有查到,而清华大学对于链条张力的检测进行过研究。清华大学于1994年申请了专利“链条张力测量仪”(申请号:CN942239393,公开日:1995年7月12日),该测量仪由传感器、数据采集处理器两部分组成,传感器外形与链片相似,其上贴有四枚电阻应变计,测量时串联在链条中。但是链条受力时链板会产生弯曲变形,而且安装时链轮可能不共面,也会使链板产生附加弯曲变形,这会对链板上的张力测量结果产生很大影响。
本发明可在不同工况(刀库不同负载,不同运转速度)下实时检测链条中的张力。鉴于链条的运动方式,传感器要顺利通过链轮,如何对链条张力进行实时、简单、方便、高精度的检测是本发明解决的关键问题。
发明内容
为了弥补链式刀库中链条张力检测系统的空缺,本发明以链式刀库为检测对象,集传感器技术、数据无线通信技术及计算机技术于一体,研制了链式刀库中链条静态、动态张力检测系统,为专业生产厂提供了链条张力检测方案。通过特制拉力传感器,设计传感器安装环与链轮,并采用信号无线传输技术,有效地解决了链条动态张力检测难的技术问题。采取的技术方案如下所述:
本检测系统包括:链式刀库、拉力传感器、传感器安装环Ⅰ、传感器安装环Ⅱ、采集发射模块、接收模块、数据采集卡、PC机。其链式刀库由本体、链条、主动链轮、从动链轮、链轮轴、刀具组成,链条由链板、刀套组成,刀具安装在刀套上;PC机上安装有上位机软件,用于读取、存储、显示输出数据,并能生成数据曲线,直观显示链条受力情况。
链条、本体、主动链轮、从动链轮、链轮轴、刀具构成链式刀库,刀具安装在链条中的刀套上,实现刀具储备,刀具在链条的带动下到达换刀位置,等待换刀。拉力传感器及采集发射模块串联在链条中,用拉力传感器代替一节链板。拆去链条中的一节链板,利用传感器安装环Ⅰ与传感器安装环Ⅱ把拉力传感器安装在被拆链板处的两相邻刀套之间,传感器安装环Ⅰ、传感器安装环Ⅱ设有圆环用于套入刀套外表面,两安装环分别用轴用弹性挡圈固定在刀套中间位置;传感器两安装环与拉力传感器之间均通过螺纹连接,其两对连接螺纹一对为右螺纹、一对为左螺纹,用于调节两刀套(安装传感器安装环)间距离,使其与链条节距一致。传感器安装环Ⅰ、传感器安装环Ⅱ与刀套之间为间隙配合,这样在拉力传感器通过主动链轮、从动链轮时,保证拉力传感器与刀套之间能够产生相对转动。主动链轮与从动链轮在齿廓外侧面(链轮与链条的接触表面)设有拉力传感器通过槽,拉力传感器两安装环厚度小于通过槽宽度,从而保证不与链轮发生干涉。
采集发射模块固定在刀具外端面上,与拉力传感器通过数据线相连,发射模块内装有电池。接收模块通过数据线与数据采集卡相连,数据采集卡与PC机相连。应用虚拟仪器语言LabVIEW开发测控软件,控制数据采集卡采集传感器信号,并用PC机实现实时监测、信号存储、处理与分析,通过曲线图形将链条张力检测结果显示出来,实现人机交互。本检测系统框图如图4所示。
本发明的有益效果是:
⑴.提供了链式刀库专用张力检测系统,可在多种工况下进行链条张力检测。本系统不仅可以检测链条静态张力,亦可在刀库工作过程中实时检测链条动态张力,为改进刀库设计、提高其性能提供了试验基础。
⑵.与前“链条张力测量仪”CN942239393相比,本检测系统检测方法简单可靠。CN942239393采用的传感器外形与链片相似,在上贴有四枚电阻应变计,其链板附加弯曲变形对张力测量结果会产生影响。本检测系统通过采用专用的张力传感器代替链板,提高了检测精度,专用性更强。
⑶.本检测系统由PC机完成数据存储、显示,操作简单方便。
可生成链条张力曲线图,清楚的显示链条传动中产生的启动冲击、松紧边张力变化、啮入冲击、多边形效应引起的动载荷、异常载荷变化情况、及各种载荷相应的频率和幅值
附图说明
图1——链式刀库及链条静动态张力检测系统示意图。
图1-1——图1中局部放大图Ⅰ。
图1-2——图1中A向视图。
图1-2-1——图A向中B-B剖视图,图中拆去刀具。
图2——主动链轮结构示意图。
图3——从动链轮结构示意图。
图4——检测系统硬件组成框图。
图中,1——本体,2——链条,3——刀套,4——刀具,5——从动链轮,6——链轮轴,7——电机,8——主动链轮,9——PC机,10——接收模块,11——数据采集卡,12——采集发射模块,13——传感器安装环Ⅰ,14——拉力传感器,15——传感器安装环Ⅱ,16——链板,17——轴用弹性挡圈,18——通过槽
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明:
如附图所示,该检测系统由链式刀库、拉力传感器(14)、采集发射模块(12)、接收模块(10)、数据采集卡(11)、PC机(9)组成。如图1所示,链式刀库由本体(1),链条(2),刀套(3),刀具(4),从动链轮(5),链轮轴(6),电机(7),主动链轮(8)组成。链条(2)由刀套(3)、链板(16)组成,刀具(4)安装在刀套(3)上,可见图1-1及图1-2。PC机(9)中安装有上位机软件,用于读取、存储、显示输出数据,并能生成数据曲线,直观显示链条受力情况。
拉力传感器(14)串联在链条(2)中,如图1-2、图1-2-1所示。安装拉力传感器(14)时拆去链条(2)中的一节链板(16),传感器安装环Ⅰ(13)、传感器安装环Ⅱ(15)分别套入被拆去一节链板(16)的两相邻刀套(3)外表面,该两安装环均由轴用弹性挡圈(17)进行轴向定位。拉力传感器(14)与传感器安装环Ⅰ(13)、传感器安装环Ⅱ(15)分别为左螺纹、右螺纹联接,用于调节两安装环间距,以保证拆去一节链板(16)的两相邻刀套(3)间距与链条(2)节距一致。
该检测系统能够检测链条动态张力,为保证拉力传感器(14)在刀库运行过程中不与链轮产生干涉,在主动链轮(8)、从动链轮(5)的齿廓外侧面(即与链条的接触面)上设计出拉力传感器(14)通过槽(18)(如图2、图3中左视图所示),该槽还可起到减重作用。对拉力传感器(14)、传感器安装环Ⅰ(13)、传感器安装环Ⅱ(15)外形尺寸进行校核验证,在保证结构强度的前提下且不与链轮干涉;传感器安装环Ⅰ(13)、传感器安装环Ⅱ(15)与刀套(3)之间为间隙配合,这样在拉力传感器(14)通过主动链轮(8)、从动链轮(5)时,保证拉力传感器(14)与刀套(3)之间能够产生相对转动。采集发射模块(12)固定在与拉力传感器(14)相邻的刀具(4)外端面上,与拉力传感器(14)通过数据线相连。

Claims (4)

1.一种链式刀库链条静动态张力检测系统,其特征在于:包括链式刀库、拉力传感器(14)、采集发射模块(12)、接收模块(10)、数据采集卡(11)、PC机(9);链式刀库包括本体(1),链条(2),刀套(3),刀具(4),从动链轮(5),链轮轴(6),电机(7),主动链轮(8);链条(2)由刀套(3)、链板(16)组成,刀具(4)安装在刀套(3)上;拉力传感器(14)串联在链条(2)中,安装拉力传感器(14)时拆去链条(2)中的一节链板(16),传感器安装环Ⅰ(13)、传感器安装环Ⅱ(15)与拉力传感器(14)螺纹联接,两安装环分别套入被拆去一节链板(16)的两相邻刀套(3)外表面,该两安装环均由轴用弹性挡圈(17)进行轴向定位;采集发射模块(12)固定在与拉力传感器(14)相邻的刀具(4)外端面上,与拉力传感器(14)通过数据线相连。
2.根据权利要求1所述的一种链式刀库链条静动态张力检测系统,其特征在于:拉力传感器(14)与传感器安装环Ⅰ(13)、传感器安装环Ⅱ(15)分别为左螺纹、右螺纹联接,用以调节两安装环间距,以保证拆去一节链板(16)的两相邻刀套(3)间距与链条(2)节距一致。
3.根据权利要求1所述的一种链式刀库链条静动态张力检测系统,其特征在于:传感器安装环Ⅰ(13)、传感器安装环Ⅱ(15)与刀套(3)之间为间隙配合,这样在拉力传感器(14)通过主动链轮(8)、从动链轮(5)时,保证拉力传感器(14)与刀套(3)之间能够产生相对转动。
4.根据权利要求1所述的一种链式刀库链条静动态张力检测系统,其特征在于:该检测系统能够检测链条动态张力,为保证拉力传感器(14)在刀库运行过程中不与链轮产生干涉,在主动链轮(8)、从动链轮(5)的齿廓外侧面即与链条的接触面上设计出拉力传感器(14)通过槽(18)。
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