CN105965046A - 一种组合式切削力测量刀柄 - Google Patents

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王永国
王佳伟
杨兴科
刘昊
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B29/00—Holders for non-rotary cutting tools; Boring bars or boring heads; Accessories for tool holders
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes

Abstract

本发明公开了一种组合式切削力测量刀柄，包括母刀柄、套筒、应变环、压帽、子刀柄、应变片，所述应变环位于套筒中间，且应变环上贴有应变片，所述套筒通过螺纹与母刀柄相连接，所述子刀柄和套筒通过锥面相配合，所述压帽将子刀柄紧压于套筒中。本发明采用子母刀柄的结构，测力装置位于子刀柄和母刀柄之间，测量装置靠近刀具，测量结果更加准确，且一个母刀柄可以与内孔尺寸不同的多种子刀柄配合，便于夹装各种类型和尺寸的钻头或铣刀，也有利于组件的更换。

Description

一种组合式切削力测量刀柄
技术领域
本发明涉及一种组合式切削力测量刀柄，属于切削力测量装置领域。
背景技术
切削力是机械加工领域的切削加工中的一个重要参数，在连续切削中，切削力的变化能够准确反映出切削状态的变化，刀具的磨损情况通过切削力来反映最为准确。通过测量切削力的变化，对得到的数据信号进行相关处理，就能够得到切削状态的变化和刀具的磨损情况。通过测得的数据，可以进行相关的切削过程研究，对切削加工过程提出工艺优化，对刀具进行材料优化和涂层优化，还能够对夹具、机床的设计提供重要参考。
目前，用于测量切削力的装置多为独立装置，安装在工件与工作台之间，通过检测刀具对工件的作用力，间接地测量刀具的切削力。这种测力装置不能够直观地反映出切削力的大小和变化，工件会对测量结果的准确性造成干扰。且这种装置体积和质量都较大，安装过程繁琐，对不同加工过程的测量都需要重新安装。另外，还有安装于机床主轴上的测力装置，这类测力装置距离刀具较远，中间有刀柄和主轴对测量结果的影响，测量精度得不到保障。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服了现有测量切削力的装置对测量刀具切削力的间接性，提供了一种组合式切削力测量刀柄，以解决传统测量装置的不准确性和安装不方便。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案实现：
一种组合式切削力测量刀柄，包括母刀柄、套筒、应变环、压帽、子刀柄、应变片，所述应变环位于套筒中间，且应变环上贴有应变片，所述套筒通过螺纹与母刀柄相连接，所述子刀柄和套筒通过锥面相配合，所述压帽将子刀柄紧压于套筒中。
所述母刀柄尾部与机床主轴相连接，母刀柄前端内侧呈三阶阶梯形，且第一阶上有内螺纹。
所述套筒为双层结构，外层与母刀柄相接连，内层与子刀柄相接触，两层中间装有应变环；套筒外层低于内层，外层外侧通过螺纹与母刀柄相连接，内层内侧通过锥面与子刀柄相配合，套筒外层顶部与母刀柄相接处，内层高于外层的部分和内层顶部与母刀柄之间都留有狭小间隙，套筒的底部为外层和内层相连接的部分。
所述应变环上均匀分布着8个圆弧通孔，通孔之间留有宽度较小的应变梁，8个应变片粘贴于8个应变梁上，应变片所测数据通过有线的方式，经过套筒内层与母刀柄的间隙，通过母刀柄内孔传输至机床主轴上的处理模块。
所述子刀柄为热缩刀柄，子刀柄尾部通过锥面与套筒相配合，子刀柄前端热缩部分有多种内孔直径，以便与各种钻头、铣刀相配合。
所述压帽通过其内侧的内螺纹与套筒外层的外螺纹相连接，压帽的孔略小于子刀柄的法兰盘，压帽压紧子刀柄的法兰盘，保证子刀柄与套筒内层内侧的锥面配合。
本发明的有益效果如下：
本发明针对目前测量切削力的装置测量精度不准确，安装困难的问题，提出了一种组合式切削力测量刀柄。这种组合式切削力测量刀柄将切削力测量模块集成在刀柄中，测量模块更靠近刀具，测量结果更加准确，且所述组合式切削力测量刀柄为模块式，各个模块可以单独更换。该组合式切削力测量刀柄结构简单，安装方便，且测量精度较传统切削力测量装置高。
附图说明
图1为本发明所述的组合式切削力测量刀柄的半剖图。
图2为本发明所述的组合式切削力测量刀柄中所采用的套筒的全剖图。
图3为本发明所述的组合式切削力测量刀柄中所采用的应变环的主视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细的描述：
参阅图1，一种组合式切削力测量刀柄，其特征在于，包括母刀柄1、套筒2、应变环3、压帽4、子刀柄5、应变片6，所述应变环3位于套筒2中间，且应变环3上贴有应变片6，所述套筒2通过螺纹与母刀柄1相连接，所述子刀柄5和套筒2通过锥面相配合，所述压帽4将子刀柄5紧压于套筒2中。
所述母刀柄1尾部与机床主轴相连接，母刀柄1前端内侧呈三阶阶梯形，且第一阶上有内螺纹，用于与套筒2的连接。
参阅图2，所述套筒2为双层结构，外层与母刀柄1相接连，内层与子刀柄5相接触，两层中间装有应变环3；套筒2外层低于内层，外层外侧通过螺纹与母刀柄1相连接，内层内侧通过锥面与子刀柄5相配合，套筒2外层顶部与母刀柄1相接处，内层高于外层的部分和内层顶部与母刀柄1之间都留有狭小间隙，套筒2的底部为外层和内层相连接的部分。套筒2与安装于其中的应变环3组成了测量切削力的模块。应变环3通过粘贴的方式安装于套筒2内层与外层之间。刀具切削时，切削力导致套筒2内层微量形变，与外层之间的间隙减小，从而造成应变环3在受力方向上的微量形变，以此得出切削力的方向和大小。
参阅图3，所述应变环3上均匀分布着8个圆弧通孔，通孔之间留有宽度较小的应变梁，8个应变片6粘贴于8个应变梁上，刀具切削时切削力导致套筒2内层微量形变，与外层之间的间隙减小，从而造成应变环3的微量形变。应变环3的受力集中在应变梁上，应变梁的形变通过应变片6转换为电信号，应变片6所测数据通过有线的方式，经过套筒2内层与母刀柄1的间隙，通过母刀柄1内孔传输至机床主轴上的处理模块。
所述子刀柄5为热缩刀柄，子刀柄5尾部通过锥面与套筒2相配合，子刀柄5前端热缩部分有多种内孔直径，以便于安装不同尺寸大小的铣刀、钻头等。
压帽4通过其内侧的内螺纹与套筒2外层的外螺纹相连接。压帽4的孔略小于子刀柄5的法兰盘，压帽4压紧子刀柄5的法兰盘，保证子刀柄5与套筒2内层内侧的锥面配合。
组合式切削力测量刀柄的工作原理：
刀具安装于子刀柄5中，在切削加工过程中，刀具与工件接触，去除部分工件材料。由于切削力的作用刀具会在不同时刻不同方向上对子刀柄5产生压力，压力传递至套筒2内层，从而套筒2内层产生微量形变，靠近外层，内层与外层之间的间隙减小，位于套筒2内层与外层之间应变环3由于间隙的减小而受到压力产生微量形变，形变主要集中在应变环3上的应变梁上。8个均匀分布在圆周上的应变梁可以感知各个方向上的力，粘贴于应变梁上的应变片6由于应变梁的形变而产生电信号，所测得的数据通过有线的方式，经过套筒2内层与母刀柄1的间隙，通过母刀柄1内孔传输至机床主轴上的处理模块。

Claims (6)

1.一种组合式切削力测量刀柄，其特征在于，包括母刀柄（1）、套筒（2）、应变环（3）、压帽（4）、子刀柄（5）、应变片（6），所述应变环（3）位于套筒（2）中间，且应变环（3）上贴有应变片（6），所述套筒（2）通过螺纹与母刀柄（1）相连接，所述子刀柄（5）和套筒（2）通过锥面相配合，所述压帽（4）将子刀柄（5）紧压于套筒（2）中。
2.根据权利要求1所述的组合式切削力测量刀柄，其特征在于，所述母刀柄（1）尾部与机床主轴相连接，母刀柄（1）前端内侧呈三阶阶梯形，且第一阶上有内螺纹。
3.根据权利要求1所述的组合式切削力测量刀柄，其特征在于，所述套筒（2）为双层结构，外层与母刀柄（1）相接连，内层与子刀柄（5）相接触，两层中间装有应变环（3）；套筒（2）外层低于内层，外层外侧通过螺纹与母刀柄（1）相连接，内层内侧通过锥面与子刀柄（5）相配合，套筒（2）外层顶部与母刀柄（1）相接处，内层高于外层的部分和内层顶部与母刀柄（1）之间都留有狭小间隙，套筒（2）的底部为外层和内层相连接的部分。
4.根据权利要求1所述的组合式切削力测量刀柄，其特征在于，所述应变环（3）上均匀分布着8个圆弧通孔，通孔之间留有宽度较小的应变梁，8个应变片（6）粘贴于8个应变梁上，应变片（6）所测数据通过有线的方式，经过套筒（2）内层与母刀柄（1）的间隙，通过母刀柄（1）内孔传输至机床主轴上的处理模块。
5.根据权利要求1所述的组合式切削力测量刀柄，其特征在于，所述子刀柄（5）为热缩刀柄，子刀柄（5）尾部通过锥面与套筒（2）相配合，子刀柄（5）前端热缩部分有多种内孔直径，以便与各种钻头、铣刀相配合。
6.根据权利要求1所述的组合式切削力测量刀柄，其特征在于，所述压帽（4）通过其内侧的内螺纹与套筒（2）外层的外螺纹相连接，压帽（4）的孔略小于子刀柄（5）的法兰盘，压帽（4）压紧子刀柄（5）的法兰盘，保证子刀柄（5）与套筒（2）内层内侧的锥面配合。
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