CN108692770A - 一种智能车刀测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能车刀测量装置，包括底座、外壳、XZ车刀运动平台、微型计算机测控装置、垂直运动组件、切削平面测量板、前后角测量板和显微镜摄像头；所述底座上方通过螺钉安装设置有外壳，所述外壳内部安装设置有垂直运动组件；所述垂直运动组件包括垂直向进给伺服电机、滚珠丝杠副和旋转编码器，所述垂直向进给伺服电机设置在外壳顶部。本发明车刀可以自动实现纵向、横向进给运动，与实际车床运动一致，便于学生理论联系实际；参考坐标系在结构中直观，并且在计算机中虚拟显示，便于学生理解；可以测量和显示车刀的轮廓以及磨损量，判断车刀是否继续使用或需要修磨；使用方便，数据显示直观。

Description

一种智能车刀测量装置
技术领域
本发明涉及一种智能车刀测量装置。
背景技术
车刀是机械加工中必不可少的工具，对于不同的加工工件，所需要车刀的切削性能也有所不同。车刀切削性能除了与刀具材料有关外，更取决于车刀的几何形状，即刃磨车刀时所达到的角度参数大小。为了有效评价车刀的切削性能，必须快速精确地获得车刀几何角度参数；同时在车床加工零部件过程中，车刀切除工件上的金属层，同时工件与切屑也会与车刀相互作用，产生非常高的热量和剧烈的摩擦，使得车刀表层逐渐被破坏产生磨损，车刀磨损以后会影响加工质量和效率；但若是稍有磨损便更换车刀，使刀具得不到充分的利用，也会增加购买刀具的成本。
金属切削刀具是机械制造业中不可缺少的工具，各种刀具切削部分都可认为是由车刀演变而来，因此，各大工科院校开设的机械加工专业的学生、机械加工人员、刀具设计及制造人员都必须学习和掌握车刀性能指标的评价，掌握车刀的几何角度测量和车刀轮廓分析方法。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种智能车刀测量装置；主要用于车刀几何角度自动测量和车刀刀刃的轮廓测量，可用于生产实际中工程人员掌握车刀质量和控制刀具刃磨质量，也可以作为高校本科生学习车刀几何角度测量实验，使学生巩固和加深对刀具标注基本定义的理解。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种智能车刀测量装置，操作具体如下：包括底座、外壳、XZ车刀运动平台、微型计算机测控装置、垂直运动组件、切削平面测量板、前后角测量板和显微镜摄像头；所述底座上方通过螺钉安装设置有外壳，所述外壳内部安装设置有垂直运动组件；所述垂直运动组件包括垂直向进给伺服电机、滚珠丝杠副和旋转编码器，所述垂直向进给伺服电机设置在外壳顶部，所述垂直向进给伺服电机底部驱动端连接设置有丝杠；所述丝杠上套设有滚珠丝杠副，所述滚珠丝杠副正面连接设置有切削平面测量板；所述滚珠丝杠副通过侧面连接板连接设置有前后角测量板；所述滚珠丝杠副通过侧面连接板安装设有显微镜摄像头；所述切削平面测量板和前后角测量板与设置在滚珠丝杠副正面上的旋转编码器相连接；所述底座正面上安装有车刀纵向进给伺服电机，所述底座内侧安装有与车刀纵向进给伺服电机驱动连接的滚珠丝杠，所述滚珠丝杠上安装设置有安装平台，所述安装平台侧面上安装有车刀横向进给伺服电机；所述安装平台上安装有与车刀横向进给伺服电机驱动连接的滚珠丝杠，所述滚珠丝杠上安装设置有XZ车刀运动平台，所述XZ车刀运动平台上方通过车刀安装定位销和车刀锁紧挡块安装有被测车刀；所述外壳侧边安装设置有微型计算机测控装置；
所述微型计算机测控装置包括角度传感器、微型计算机测控系统和液晶显示屏。
作为优选，所述微型计算机测控系统由信号采集模块、运动控制模块、功能开关键、保护模块和液晶显示模块组成；信号采集模块包括垂直运动伺服电机转角传感器、X向伺服电机转角传感器、Y向伺服电机转角传感器、前后角测量角度传感器和刃倾角测量角度传感器和摄像头串行通信电路接口；运动控制模块控制垂直方向伺服电机、X向运动伺服电机和Y向运动伺服电机；功能开关键包括启停按钮、车刀角度测量选择开关、5个车刀测量按钮、摄像运动按钮等；保护模块是三个运动方向的极限位置保护开关、急停开关、复位按钮等；液晶显示模块显示测量各个转角、角度以及测量车刀的各个角度参数、刀刃的磨损量。
本发明具有以下有益效果：
1、车刀可以自动实现纵向、横向进给运动，与实际车床运动一致，便于学生理论联系实际；
2、参考坐标系在结构中直观，并且在计算机中虚拟显示，便于学生理解；
3、可以测量和显示车刀的轮廓以及磨损量，判断车刀是否继续使用或需要修磨；
4、使用方便，数据显示直观。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的侧视图；
图3为本发明的俯视图；
图4为本发明的正视图；
图5为本发明的测控系统硬件结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图1-5所示，本发明一种智能车刀测量装置包括底座1、外壳2、XZ车刀运动平台5、微型计算机测控装置7、垂直运动组件、切削平面测量板13、前后角测量板14和显微镜摄像头15；所述底座1上方通过螺钉安装设置有外壳2，所述外壳2内部安装设置有垂直运动组件；所述垂直运动组件包括垂直向进给伺服电机10、滚珠丝杠副11和旋转编码器12，所述垂直向进给伺服电机10设置在外壳2顶部，所述垂直向进给伺服电机10底部驱动端连接设置有丝杠；所述丝杠上套设有滚珠丝杠副11，所述滚珠丝杠副11正面连接设置有切削平面测量板13；所述滚珠丝杠副11通过侧面连接板连接设置有前后角测量板14；所述滚珠丝杠副11通过侧面连接板安装设有显微镜摄像头15；所述切削平面测量板13和前后角测量板14与设置在滚珠丝杠副11正面上的旋转编码器12相连接；所述底座1正面上安装有车刀纵向进给伺服电机8，所述底座1内侧安装有与车刀纵向进给伺服电机8驱动连接的滚珠丝杠，所述滚珠丝杠上安装设置有安装平台，所述安装平台侧面上安装有车刀横向进给伺服电机9；所述安装平台上安装有与车刀横向进给伺服电机9驱动连接的滚珠丝杠，所述滚珠丝杠上安装设置有XZ车刀运动平台5，所述XZ车刀运动平台5上方通过车刀安装定位销6和车刀锁紧挡块4安装有被测车刀3；所述外壳2侧边安装设置有微型计算机测控装置7；
所述微型计算机测控装置7包括角度传感器、微型计算机测控系统和液晶显示屏。
值得注意的是，所述微型计算机测控系统由信号采集模块、运动控制模块、功能开关键、保护模块和液晶显示模块组成；信号采集模块包括垂直运动伺服电机转角传感器、X向伺服电机转角传感器、Y向伺服电机转角传感器、前后角测量角度传感器和刃倾角测量角度传感器和摄像头串行通信电路接口；运动控制模块控制垂直方向伺服电机、X向运动伺服电机和Y向运动伺服电机；功能开关键包括启停按钮、车刀角度测量选择开关、5个车刀测量按钮、摄像运动按钮等；保护模块是三个运动方向的极限位置保护开关、急停开关、复位按钮等；液晶显示模块显示测量各个转角、角度以及测量车刀的各个角度参数、刀刃的磨损量。
刀具角度测量方法：
1、测量前的准备
1车刀安装
将车刀放置在XZ平台上，使车刀右侧面与固定定位销钉接触，调整左面锁紧挡块，锁紧车刀。
2调整零位
XZ平台运动，使车刀进入测量区；垂直方向运动，调整切削平面测量板13低于车刀上表面，前后角测量板14高于车刀上表面；
手动调节切削平面测量板板13，使测量刃倾角的旋转编码器显示为零度；再调整前后角测量板14，使测量前后角的旋转编码器显示为零度。
将测量系统的复位，使测量系统进入初始工作状态。
在测量刀具标注角度时，XZ运动平台上层前后运动代表车刀横向进给，即定义为X向运动；下层左右运动代表纵向进给，即定义为Z向运动；XZ运动平台上表面体现基面。
车刀角度测量方法：
1按下测量按钮，XZ平台和垂直运动部件工作，XZ平台带动车刀靠近切削平面测量板13，同时垂直运动部件转动使切削平面测量板13的C面与车刀主切削刃完全贴合，即测量车刀主偏角。通过计算机软件对采集数据计算处理，即可在液晶显示屏上显示；
2车刀主偏角测量完成后，垂直运动部件反转，使切削平面测量板13的C面与车刀副切削刃完全贴合，即测量车刀副偏角，通过计算机软件对采集数据计算处理，即可在液晶显示屏上显示车刀副偏角；
3车刀副偏角测量完成后，垂直运动部件反转，使切削平面测量板13的C面与车刀主切削刃完全贴合，记录当前转角值；垂直运动部件正转使切削平面测量板13高度提高，同时沿进给方向即Z向运动移动，使切削平面测量板13的D面即底面贴合主切削刃，即可测量出车刀刃倾角；通过计算机软件对采集数据计算处理，即可在液晶显示屏上显示车刀刃倾角。
4车刀刃倾角测量完成后，垂直运动部件调整前后角测量板14高度，XZ平台运动调节车刀的测量位置，使前后角测量板14的A面与车刀的前刀面完全贴合，即测出车刀前刀角；通过计算机软件对采集数据计算处理，即可在液晶显示屏上显示车刀前刀角；
5前刀角测量完成后，调整前后角测量板14高度和调节车刀的测量位置，使前后角测量板14的B面与车刀的后刀面完全贴合，即测出车刀后刀角；通过计算机软件对采集数据计算处理，即可在液晶显示屏上显示车刀后刀角。
车刀刀刃磨损量测量过程如下：
使用时，先将待测量刀具放置在XZ平台上，选中计算机车刀磨损量测量按钮，XZ平台运动，将车刀的后刀面放置在显微镜摄像头附近适当的位置，打开显微镜摄像头自带的光源，调节摄像头位置，使摄像头对准车刀后刀面，并旋转摄像头机身上的调焦旋钮，使与之相连的计算机屏幕上出现清晰的后刀面图像为止，保存图像，利用图像测量软件对摄取的图像进行处理、计算出刀刃的磨损量。
本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种智能车刀测量装置，其特征在于：包括底座(1)、外壳(2)、XZ车刀运动平台(5)、微型计算机测控装置(7)、垂直运动组件、切削平面测量板(13)、前后角测量板(14)和显微镜摄像头(15)；所述底座(1)上方通过螺钉安装设置有外壳(2)，所述外壳(2)内部安装设置有垂直运动组件；所述垂直运动组件包括垂直向进给伺服电机(10)、滚珠丝杠副(11)和旋转编码器(12)，所述垂直向进给伺服电机(10)设置在外壳(2)顶部，所述垂直向进给伺服电机(10)底部驱动端连接设置有丝杠；所述丝杠上套设有滚珠丝杠副(11)，所述滚珠丝杠副(11)正面连接设置有切削平面测量板(13)；所述滚珠丝杠副(11)通过侧面连接板连接设置有前后角测量板(14)；所述滚珠丝杠副(11)通过侧面连接板安装设有显微镜摄像头(15)；所述切削平面测量板(13)和前后角测量板(14)与设置在滚珠丝杠副(11)正面上的旋转编码器(12)相连接；所述底座(1)正面上安装有车刀纵向进给伺服电机(8)，所述底座(1)内侧安装有与车刀纵向进给伺服电机(8)驱动连接的滚珠丝杠，所述滚珠丝杠上安装设置有安装平台，所述安装平台侧面上安装有车刀横向进给伺服电机(9)；所述安装平台上安装有与车刀横向进给伺服电机(9)驱动连接的滚珠丝杠，所述滚珠丝杠上安装设置有XZ车刀运动平台(5)，所述XZ车刀运动平台(5)上方通过车刀安装定位销(6)和车刀锁紧挡块(4)安装有被测车刀(3)；所述外壳(2)侧边安装设置有微型计算机测控装置(7)；所述微型计算机测控装置(7)包括角度传感器、微型计算机测控系统和液晶显示屏。
2.如权利要求1所述的一种智能车刀测量装置，其特征在于：所述微型计算机测控系统由信号采集模块、运动控制模块、功能开关键、保护模块和液晶显示模块组成；信号采集模块包括垂直运动伺服电机转角传感器、X向伺服电机转角传感器、Y向伺服电机转角传感器、前后角测量角度传感器和刃倾角测量角度传感器和摄像头串行通信电路接口；运动控制模块控制垂直方向伺服电机、X向运动伺服电机和Y向运动伺服电机；功能开关键包括启停按钮、车刀角度测量选择开关、5个车刀测量按钮、摄像运动按钮等；保护模块是三个运动方向的极限位置保护开关、急停开关、复位按钮等；液晶显示模块显示测量各个转角、角度以及测量车刀的各个角度参数、刀刃的磨损量。
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