CN105436992B - 一种嵌入薄膜传感器的三向铣削力测量刀具系统 - Google Patents

一种嵌入薄膜传感器的三向铣削力测量刀具系统 Download PDF

Info

Publication number
CN105436992B
CN105436992B CN201511006130.7A CN201511006130A CN105436992B CN 105436992 B CN105436992 B CN 105436992B CN 201511006130 A CN201511006130 A CN 201511006130A CN 105436992 B CN105436992 B CN 105436992B
Authority
CN
China
Prior art keywords
milling
thin film
film sensor
head
module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201511006130.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105436992A (zh
Inventor
武文革
李学瑞
成云平
刘丽娟
杜晓军
冯霞
孟萌
张勇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
North University of China
Original Assignee
North University of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by North University of China filed Critical North University of China
Priority to CN201511006130.7A priority Critical patent/CN105436992B/zh
Publication of CN105436992A publication Critical patent/CN105436992A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105436992B publication Critical patent/CN105436992B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/09—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
    • B23Q17/0952—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool during machining
    • B23Q17/0966—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool during machining by measuring a force on parts of the machine other than a motor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C5/00—Milling-cutters

Abstract

本发明涉及铣削加工中的铣削力测量技术，具体是一种嵌入薄膜传感器的三向铣削力测量刀具系统。本发明解决了现有铣削力测量系统结构稳定性差、测量精度低、测量实时性差的问题。一种嵌入薄膜传感器的三向铣削力测量刀具系统，包括铣刀头、拉钉、铣刀柄、第一沉头螺钉、测力仪盖板、预紧螺栓、圆柱头螺钉、薄膜传感器模块、固定块、第二沉头螺钉、刀垫、第三沉头螺钉、铣削刀片、内置电路、大六角螺钉、导线；其中，铣刀柄通过拉钉固定于铣刀头的上端；测力仪盖板的表面中央开设有上下贯通的圆形装配孔。本发明适用于各种场合（例如实验室、生产现场等）下的铣削加工。

Description

一种嵌入薄膜传感器的三向铣削力测量刀具系统
技术领域
本发明涉及铣削加工中的铣削力测量技术，具体是一种嵌入薄膜传感器的三向铣削力测量刀具系统。
背景技术
在金属铣削加工过程中，铣削力的大小直接影响铣削热、加工表面质量、刀具磨损及刀具耐用度等，同时铣削力又是设计和使用机床、刀具及夹具的重要依据。因此，对铣削力现象的深入剖析及如何测量和获取铣削力，对研究铣削机理和指导实际铣削加工具有十分重要的意义。现代铣削加工正在向高速、高效、强力铣削、精密及超精密加工方向发展，因此对铣削加工中的铣削力测量提出了高精度、高响应等要求。现有的铣削力测量系统均由分立元器件组成，导致其存在结构稳定性差、测量精度低、测量实时性差的问题，由此导致其难以满足现代铣削加工的要求。为此有必要发明一种全新的铣削力测量系统，以解决现有铣削力测量系统存在的上述问题。
发明内容
本发明为了解决现有铣削力测量系统结构稳定性差、测量精度低、测量实时性差的问题，提供了一种嵌入薄膜传感器的三向铣削力测量刀具系统。
本发明是采用如下技术方案实现的：一种嵌入薄膜传感器的三向铣削力测量刀具系统，包括铣刀头、拉钉、铣刀柄、第一沉头螺钉、测力仪盖板、预紧螺栓、圆柱头螺钉、薄膜传感器模块、固定块、第二沉头螺钉、刀垫、第三沉头螺钉、铣削刀片、内置电路、大六角螺钉、导线；其中，铣刀柄通过拉钉固定于铣刀头的上端；测力仪盖板的表面中央开设有上下贯通的圆形装配孔；圆形装配孔的孔壁上端设有圆环形凸起，且圆环形凸起通过第一沉头螺钉固定于铣刀柄的凸出轴肩上；圆形装配孔的孔壁中部开设有圆环形凹槽，且圆环形凹槽的下槽壁开设有上下贯通的穿线孔；薄膜传感器模块和固定块均通过预紧螺栓预紧固定于铣刀头的刀槽内；薄膜传感器模块的一侧紧靠铣刀头的刀槽内壁，另一侧紧靠固定块；固定块的上端通过圆柱头螺钉固定于铣刀头上；刀垫通过第二沉头螺钉固定于固定块上；铣削刀片通过第三沉头螺钉固定于刀垫上，且铣削刀片采用可转位铣削刀片；内置电路固定于测力仪盖板上的圆环形凹槽内；导线的首端与薄膜传感器模块的接线端连接，尾端穿过测力仪盖板上的穿线孔与内置电路的输入端连接；导线通过大六角螺钉与穿线孔固定。
工作时，将铣刀柄的上端与机床的主轴连接，将内置电路与信号无线接收模块（该信号无线接收模块与PC机连接）无线连接。具体工作过程如下：在进行铣削加工时，铣刀头、铣刀柄、测力仪盖板、薄膜传感器模块、固定块、刀垫、铣削刀片、内置电路均随着机床的主轴进行旋转。此时，铣削刀片受到三向铣削力（来自三个方向的铣削力），并在三向铣削力的作用下通过固定块挤压薄膜传感器模块，使得薄膜传感器模块两端的电压发生变化。该电压变化信号通过导线实时传输至内置电路，并经内置电路进行处理后无线传输至信号无线接收模块，信号无线接收模块再将电压变化信号传输至PC机，PC机即可根据电压变化信号实时获取铣削加工中的三向铣削力信息。在上述过程中，当需要更换铣削刀片时，仅需拆开刀垫即可对铣削刀片进行更换，而无需拆开其它零部件，由此可以保证每次更换铣削刀片后，薄膜传感器模块的初始预紧力保持不变，从而减少了每次测量的校准与调零过程及多次测量之间的误差。基于上述过程，与现有铣削力测量系统相比，本发明所述的一种嵌入薄膜传感器的三向铣削力测量刀具系统通过将测力传感器和刀头设计为一体，实现了集铣削力实时测量功能和刀具铣削功能于一体，由此具备了如下优点：其一，本发明通过采用一体式结构，克服了分立元器件结构稳定性差的缺点，由此大幅增强了结构稳定性。其二，本发明通过采用薄膜传感器进行三向铣削力测量，大幅提高了测量精度。其三，本发明在测量过程中通过采用无线传输方式进行信号传输，大幅增强了测量实时性。
本发明结构合理、设计巧妙，有效解决了现有铣削力测量系统结构稳定性差、测量精度低、测量实时性差的问题，由此实现了实时监测刀具状态、铣削力监控、刀具磨损控制等应用，适用于各种场合（例如实验室、生产现场等）下的铣削加工。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的铣刀头的仰视图。
图3是本发明的铣刀头和铣刀柄的结构示意图。
图4是本发明的拉钉的结构示意图。
图5是本发明的测力仪盖板的结构示意图。
图6是图5的仰视图。
图7是图5的俯视图。
图中：1-铣刀头，2-拉钉，3-铣刀柄，4-第一沉头螺钉，5-测力仪盖板，6-预紧螺栓，7-圆柱头螺钉，8-薄膜传感器模块，9-固定块，10-第二沉头螺钉，11-刀垫，12-第三沉头螺钉，13-铣削刀片，14-内置电路，15-大六角螺钉，16-导线，17-信号无线接收模块。
具体实施方式
一种嵌入薄膜传感器的三向铣削力测量刀具系统，包括铣刀头1、拉钉2、铣刀柄3、第一沉头螺钉4、测力仪盖板5、预紧螺栓6、圆柱头螺钉7、薄膜传感器模块8、固定块9、第二沉头螺钉10、刀垫11、第三沉头螺钉12、铣削刀片13、内置电路14、大六角螺钉15、导线16；其中，铣刀柄3通过拉钉2固定于铣刀头1的上端；测力仪盖板5的表面中央开设有上下贯通的圆形装配孔；圆形装配孔的孔壁上端设有圆环形凸起，且圆环形凸起通过第一沉头螺钉4固定于铣刀柄3的凸出轴肩上；圆形装配孔的孔壁中部开设有圆环形凹槽，且圆环形凹槽的下槽壁开设有上下贯通的穿线孔；薄膜传感器模块8和固定块9均通过预紧螺栓6预紧固定于铣刀头1的刀槽内；薄膜传感器模块8的一侧紧靠铣刀头1的刀槽内壁，另一侧紧靠固定块9；固定块9的上端通过圆柱头螺钉7固定于铣刀头1上；刀垫11通过第二沉头螺钉10固定于固定块9上；铣削刀片13通过第三沉头螺钉12固定于刀垫11上，且铣削刀片13采用可转位铣削刀片；内置电路14固定于测力仪盖板5上的圆环形凹槽内；导线16的首端与薄膜传感器模块8的接线端连接，尾端穿过测力仪盖板5上的穿线孔与内置电路14的输入端连接；导线16通过大六角螺钉15与穿线孔固定。
所述薄膜传感器模块8的数目为四个；四个薄膜传感器模块8围绕铣刀头1的轴线等距排列；每个薄膜传感器模块8的接线端数目均为三个；所述导线16的数目为十二根；十二根导线16的首端与四个薄膜传感器模块8的十二个接线端一一对应连接，尾端均穿过测力仪盖板5上的穿线孔与内置电路14的输入端连接。
所述内置电路14包括信号采集模块、滤波模块、信号放大模块、信号无线发射模块；信号采集模块的输入端作为内置电路14的输入端；信号采集模块的输出端与滤波模块的输入端连接；滤波模块的输出端与信号放大模块的输入端连接；信号放大模块的输出端与信号无线发射模块的输入端连接。工作时，信号采集模块负责接收来自薄膜传感器模块的电压变化信号。滤波模块负责对接收到的电压变化信号进行滤波。信号放大模块负责对滤波后的电压变化信号进行放大。信号无线发射模块负责将放大后的电压变化信号无线传输至信号无线接收模块。
具体实施时，第二沉头螺钉10、第三沉头螺钉12均采用十字沉头螺钉。

Claims (1)

1.一种嵌入薄膜传感器的三向铣削力测量刀具系统，其特征在于：包括铣刀头（1）、拉钉（2）、铣刀柄（3）、第一沉头螺钉（4）、测力仪盖板（5）、预紧螺栓（6）、圆柱头螺钉（7）、薄膜传感器模块（8）、固定块（9）、第二沉头螺钉（10）、刀垫（11）、第三沉头螺钉（12）、铣削刀片（13）、内置电路（14）、大六角螺钉（15）、导线（16）；其中，铣刀柄（3）通过拉钉（2）固定于铣刀头（1）的上端；测力仪盖板（5）的表面中央开设有上下贯通的圆形装配孔；圆形装配孔的孔壁上端设有圆环形凸起，且圆环形凸起通过第一沉头螺钉（4）固定于铣刀柄（3）的凸出轴肩上；圆形装配孔的孔壁中部开设有圆环形凹槽，且圆环形凹槽的下槽壁开设有上下贯通的穿线孔；薄膜传感器模块（8）和固定块（9）均通过预紧螺栓（6）预紧固定于铣刀头（1）的刀槽内；薄膜传感器模块（8）的一侧紧靠铣刀头（1）的刀槽内壁，另一侧紧靠固定块（9）；固定块（9）的上端通过圆柱头螺钉（7）固定于铣刀头（1）上；刀垫（11）通过第二沉头螺钉（10）固定于固定块（9）上；铣削刀片（13）通过第三沉头螺钉（12）固定于刀垫（11）上，且铣削刀片（13）采用可转位铣削刀片；内置电路（14）固定于测力仪盖板（5）上的圆环形凹槽内；导线（16）的首端与薄膜传感器模块（8）的接线端连接，尾端穿过测力仪盖板（5）上的穿线孔与内置电路（14）的输入端连接；导线（16）通过大六角螺钉（15）与穿线孔固定；
所述薄膜传感器模块（8）的数目为四个；四个薄膜传感器模块（8）围绕铣刀头（1）的轴线等距排列；每个薄膜传感器模块（8）的接线端数目均为三个；所述导线（16）的数目为十二根；十二根导线（16）的首端与四个薄膜传感器模块（8）的十二个接线端一一对应连接，尾端均穿过测力仪盖板（5）上的穿线孔与内置电路（14）的输入端连接；
所述内置电路（14）包括信号采集模块、滤波模块、信号放大模块、信号无线发射模块；信号采集模块的输入端作为内置电路（14）的输入端；信号采集模块的输出端与滤波模块的输入端连接；滤波模块的输出端与信号放大模块的输入端连接；信号放大模块的输出端与信号无线发射模块的输入端连接。
CN201511006130.7A 2015-12-29 2015-12-29 一种嵌入薄膜传感器的三向铣削力测量刀具系统 Expired - Fee Related CN105436992B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201511006130.7A CN105436992B (zh) 2015-12-29 2015-12-29 一种嵌入薄膜传感器的三向铣削力测量刀具系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201511006130.7A CN105436992B (zh) 2015-12-29 2015-12-29 一种嵌入薄膜传感器的三向铣削力测量刀具系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105436992A CN105436992A (zh) 2016-03-30
CN105436992B true CN105436992B (zh) 2017-08-25

Family

ID=55547868

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201511006130.7A Expired - Fee Related CN105436992B (zh) 2015-12-29 2015-12-29 一种嵌入薄膜传感器的三向铣削力测量刀具系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105436992B (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106112694A (zh) * 2016-07-08 2016-11-16 燕山大学 一种用于二维铣削力监测的应变式智能刀柄系统
CN109175419A (zh) * 2018-10-17 2019-01-11 中北大学 一种嵌入薄膜传感器的一体式车削力测量刀具系统
CN109175418A (zh) * 2018-10-17 2019-01-11 中北大学 一种嵌入薄膜传感器的组合式车削力测量刀具系统
CN109623027B (zh) * 2019-01-10 2020-02-18 杭州电子科技大学 一种拉削力检测装置及其检测方法
CN109676435B (zh) * 2019-02-15 2021-11-26 山东大学 一种铣削温度测试装置、系统及方法
CN112387996B (zh) * 2020-11-12 2021-08-27 中北大学 一种具有套筒式敏感结构的车削力测量刀具系统
CN113732822A (zh) * 2021-09-03 2021-12-03 清华大学 安装在主轴上的切削力检测装置
CN114833638B (zh) * 2022-07-06 2022-09-13 中北大学 一种具有内部插嵌式敏感结构的铣削力测量刀具系统
CN115945966B (zh) * 2023-03-10 2023-05-12 中北大学 一种具有插嵌式弹性梁结构的铣削力测量刀具系统
CN115921967B (zh) * 2023-03-15 2023-05-12 中北大学 一种具有嵌套压紧式敏感结构的铣削力测量刀具系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003334729A (ja) * 2002-05-14 2003-11-25 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 工作機械の主軸装置、該装置に用いる荷重検出器とその測定方法及び予圧調整方法
CN101612712A (zh) * 2009-07-10 2009-12-30 同济大学 旋转式动态铣削扭矩测量仪
CN102554702A (zh) * 2012-01-12 2012-07-11 南京理工大学 刀杆式旋铣刀片切削力及温度测量装置
CN102785127A (zh) * 2012-08-16 2012-11-21 北京理工大学 微小型机械加工切削力实时无线检测及控制系统
CN104139322A (zh) * 2014-07-18 2014-11-12 哈尔滨工业大学 一种用于四维切削力检测的电容式智能刀柄系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003334729A (ja) * 2002-05-14 2003-11-25 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 工作機械の主軸装置、該装置に用いる荷重検出器とその測定方法及び予圧調整方法
CN101612712A (zh) * 2009-07-10 2009-12-30 同济大学 旋转式动态铣削扭矩测量仪
CN102554702A (zh) * 2012-01-12 2012-07-11 南京理工大学 刀杆式旋铣刀片切削力及温度测量装置
CN102785127A (zh) * 2012-08-16 2012-11-21 北京理工大学 微小型机械加工切削力实时无线检测及控制系统
CN104139322A (zh) * 2014-07-18 2014-11-12 哈尔滨工业大学 一种用于四维切削力检测的电容式智能刀柄系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN105436992A (zh) 2016-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105436992B (zh) 一种嵌入薄膜传感器的三向铣削力测量刀具系统
CN105619177B (zh) 基于应变式压力传感器的机床主轴夹屑报警装置及方法
CN102847961A (zh) 一种集成微小三向切削力测量系统的智能刀具
CN103419090B (zh) 一种机床的振动传感监测装置及方法
CN105500113B (zh) 基于非接触位移传感器的机床主轴夹屑报警装置及方法
CN102785127A (zh) 微小型机械加工切削力实时无线检测及控制系统
CN104568424A (zh) 载荷力方向自平衡的加载装置及力方向自控的数控刀架静刚度测试平台
CN103231279A (zh) 一种数控机床切削状态下的机床主轴动态测试装置
CN102889843A (zh) 一种带刻度深度规
CN106168497A (zh) 一种硬态车削机床稳定性综合检测系统
CN104607677A (zh) 一种带有微调单元的镗刀系统
CN202024938U (zh) 一种可替换的盘式刹车片剪断强度测试治具
CN202180380U (zh) 一种用于扶栏杆制作用的下料切割机
CN206780057U (zh) 适应高速铣削加工实时监控的电荷应变测力仪
CN202885737U (zh) 一种带刻度深度规
CN114749994A (zh) 一种实时测量切削力、振动和切削温度的多传感融合智能化刀柄监测装置
CN214720876U (zh) 一种可跟随刀-屑接触磨损的瞬态铣削温度测试装置
CN201872003U (zh) 一种加工中心拉刀力检测装置
CN103056680A (zh) 联轴节端面齿切齿用工装、齿厚量具及加工方法
CN202021353U (zh) 星形套沟道定位数控车削夹具
CN103267500A (zh) 汽轮机转子枞树型轮槽承力面至基准面尺寸公差测量量具及其测量方法
CN113043072A (zh) 一种刀具工作状态监测装置
CN102706497B (zh) 一种快速铣削力测量、辨识与仿真计算系统
CN104819676B (zh) 一种钻孔位置测量夹具
CN201497469U (zh) 一种定珠圈定位孔的孔距检具

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20170825

Termination date: 20201229

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee