CN106736857B - 切削力自感知的梯度压电陶瓷智能切削刀具装置 - Google Patents

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Abstract

一种切削力自感知的梯度压电陶瓷智能切削刀具装置，属于机械制造及其自动化技术领域。特征是梯度压电陶瓷刀片1安装在方形截面刀杆2最前端，方形截面刀杆前端制有与刀杆中心孔连通的导线孔，高温屏蔽信号线一端与梯度压电陶瓷刀片感知单元的电极连接在一起，另一端与刀杆中心孔后端安装的信号放大、A/D转换以及无线发射电路集成模块连接，集成模块将采集到的电信号通过无线传输至无线接收电路系统，无线接收电路接收数据，并通过串行的通信方式将数据送入上位机，上位机对数据进行补偿、解耦等运算处理之后，通过显示器显示各向切削力信息。优点是刀具结构简单，集成化程度高，切削力耦合小、灵敏度和检测精度高，可以解决超精密加工领域切削过程的实时监测问题。

Description

切削力自感知的梯度压电陶瓷智能切削刀具装置
技术领域
本发明属于机械制造及其自动化技术领域，具体涉及一种切削力自感知的梯度压电陶瓷智能切削刀具装置。
背景技术
目前，切削力的测量和监测主要采用传统的切削测力仪装置。切削测力仪作为目前国内外应用最为广泛和通用的测力手段有其优点，也有一些缺点，首先，切削力测量装置的介入势必会降低加工系统的刚度，影响机床的整体动态性能。其次，受切削力测量装置体积的影响，在使用时需要改变机床的原有部件，不利于使用安装，限制了其在精密加工工业生产中的实际应用。
对集成化刀具系统研究，实现了刀具系统从末端执行器到感知-执行器的转变，但仍然受到一些自身性能的限制，如质量问题、切削力相互耦合的问题、信号传输问题、灵敏度问题以及动态特性的问题等。这些问题直接限制了集成化刀具的应用，难以满足超精密切削中微小切削力的持续实时监测与切削力控制和参数优化的通用性要求。
发明内容
本发明目的是提供一种切削力自感知的梯度压电陶瓷智能切削刀具装置，可以很好的解决超精密加工领域切削过程的实时监测问题，促进自适应智能加工技术的发展。
本发明是这样实现的：本发明的结构如图1所示，其特征是包括有梯度压电陶瓷刀片1、方形截面刀杆2、高温屏蔽信号线4、信号放大、A/D转换以及无线发射电路集成模块6、信号无线传输7和信号接收和处理系统8，梯度压电陶瓷刀片1选用对切削力作用下产生的相应应变进行实时感知的、通过分层装填、热压烧结技术制备的梯度压电陶瓷刀具材料,梯度压电陶瓷刀片1安装在方形截面刀杆2最前端的凹槽内，方形截面刀杆2沿轴向制有刀杆中心孔3，刀杆中心孔3的直径≤5mm，方形截面刀杆2的前端制有与刀杆中心孔3连通的导线孔5，高温屏蔽信号线4的一端与梯度压电陶瓷刀片1的电极连接在一起，其另一端通过导线孔5和刀杆中心孔3与安装在刀杆中心孔3后端的信号放大、A/D转换以及无线发射电路集成模块6相连接，信号放大、A/D转换以及无线发射电路集成模块6将采集到的电信号通过无线传输7传输至信号接收和处理系统8，信号接收和处理系统8通过无线接收电路接收数据，传输给单片机，再通过串行通信方式将数据送入上位机，上位机通过软件对数据进行补偿、解耦等运算处理之后，通过显示器显示出各向切削力信息。
本发明优点及积极效果是：（1）刀片采用梯度压电陶瓷材料，可以实现切削力的实时感知，且灵敏度高。（2）信号采用无线传输，可以克服动态切削力无法用有线传输的缺陷。（3）刀具结构简单，集成化程度高，切削力耦合小、灵敏度和检测精度高。
附图说明：
图1为本发明结构示意图；
图中：1~梯度压电陶瓷刀片，2~方形截面刀杆，3~刀杆中心孔，4~高温屏蔽信号线，5~导线孔，6~信号放大、A/D转换以及无线发射电路集成模块，7~信号无线传输，8~信号接收和处理系统。
具体实施方式
将本发明切削力自感知的梯度压电陶瓷智能刀具固定安装在加工机床上，当进行切削加工时，梯度压电陶瓷刀片1所产生的动态信号通过高温屏蔽信号线4传输给信号放大、A/D转换以及无线发射电路集成模块6，经过信号放大、A/D转换处理的信号通过信号无线传输7传输给信号接收和处理系统8，再传输给与其连接的单片机和上位机，上位机通过对接收到的数据进行补偿、解耦等运算处理之后，再通过显示器显示出各向切削力的信息。

Claims (1)

1.一种切削力自感知的梯度压电陶瓷智能切削刀具装置，包括有梯度压电陶瓷刀片（1）、方形截面刀杆（2）、高温屏蔽信号线（4）、信号放大、A/D转换以及无线发射电路集成模块（6）、信号无线传输（7）和信号接收和处理系统（8），其特征是：梯度压电陶瓷刀片（1）安装在方形截面刀杆（2）最前端的凹槽内，方形截面刀杆（2）沿轴向制有刀杆中心孔（3），方形截面刀杆（2）的前端制有与刀杆中心孔（3）连通的导线孔（5），高温屏蔽信号线（4）的一端与梯度压电陶瓷刀片（1）的电极连接在一起，另一端通过导线孔（5）和刀杆中心孔（3）与刀杆的中心孔（3）后端安装的信号放大、A/D转换以及无线发射电路集成模块（6）相连接，信号放大、A/D转换以及无线发射电路集成模块（6）将采集到的电信号通过信号无线传输（7）传输至信号接收和处理系统（8），信号接收和处理系统（8）通过无线接收电路接收数据，传输给单片机，再通过串行通信方式将数据送入上位机，上位机通过软件对数据进行补偿、解耦运算处理之后，通过显示器显示出各向切削力信息；所述的梯度压电陶瓷刀片（1）是采用对在切削力作用下产生的相应应变进行实时感知、通过分层装填、热压烧结技术制备的梯度压电陶瓷刀具材料；刀杆中心孔（3）的直径≤5mm。
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