CN109128321A - 一种智能插铣刀刀杆 - Google Patents
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Abstract
一种智能插铣刀刀杆,它涉及一种刀杆,具体涉及一种智能插铣刀刀杆。本发明为了解决现有插铣刀刀杆操作繁琐、通用性差、降温过程单一、没有共同考虑温度和振动的问题。本发明包括刀头、刀头座、刀体和刀尾座,刀头通过刀头座固定安装在刀体的前端,刀尾座固定安装在刀体的后端;本发明还包括加速度传感器、套筒、支撑板、减震橡胶、振动信号控制器、电磁铁及位移传感器组件、永磁铁质量块和连接杆;刀体内由前至后依次设有第一型腔、第二型腔、第三型腔,加速度传感器固定安装在刀头座的一端。本发明属于机械加工领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种刀杆,具体涉及一种智能插铣刀刀杆,属于机械加工领域。
背景技术
插铣加工作为现在机械加工中的主流铣削方式,具有去除金属效率高、加工质量高等优点,被广泛应用,但是对于加工发电式水轮机水斗根部时,需要采用细长形状的刀杆,刀杆的长径比增大必然会产生明显的颤振,难以实现高精度加工,且在水斗的加工时,金属的去除量并不是恒定不变的,必然导致刀杆的振动频率不断的发生变化,因此需要一种能够根据不同切削参数自动进行调节的智能刀杆;对于高速加工时,刀具的温度会急剧增加,影响工件加工质量,目前主要采用的是从刀杆外部往刀片上喷洒冷却液,且自动化程度低,因此需要一种能够从刀体内部实现智能化输送冷却液,使冷却液喷洒到刀片上。
目前,广泛被应用的智能刀杆存在下列问题:
1.操作繁琐,很难达到预期的减振效果即当给定切削参数和材料后,需要对刀杆进行预车测试,传统刀杆需要多次试验才能找到理想的减振效果;
2.智能刀杆通用性差即只能应用于某种特定条件下,当条件改变后减振效果下降
3.降温过程单一,无法智能选择冷却;
4.对于高速切削时,只考虑了温度对精度的影响而没有考虑振动的影响,导致加工精度提高的不明显。
发明内容
本发明为解决现有插铣刀刀杆操作繁琐、通用性差、降温过程单一、没有共同考虑温度和振动的问题,进而提出一种智能插铣刀刀杆。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是:本发明包括刀头、刀头座、刀体和刀尾座,刀头通过刀头座固定安装在刀体的前端,刀尾座固定安装在刀体的后端;本发明还包括加速度传感器、套筒、支撑板、减震橡胶、振动信号控制器、电磁铁及位移传感器组件、永磁铁质量块和连接杆;刀体内由前至后依次设有第一型腔、第二型腔、第三型腔,加速度传感器固定安装在刀头座的一端,质量块设置在第一型腔内的中部,永磁铁套装在质量块上,所述电磁铁及位移传感器组件设置在第一型腔内,套筒和支撑板由前至后依次设置在第二型腔内,减振橡胶设置在第三型腔内,连接杆的前端与质量块的后端面连接,连接杆的后端由前至后依次穿过套筒、支撑板、减振橡胶,振动信号控制器固定安装在第三型腔的后端面上,加速度传感器的信号输出端与振动信号控制器的信号输入端连接,振动信号控制器的输出端与所述电磁铁及位移传感器组件的输入端连接。
进一步的,所述电磁铁及位移传感器组件包括一号电磁铁、二号电磁铁、三号电磁铁、四号电磁铁、五号电磁铁、一号位移传感器、二号位移传感器、三号位移传感器、四号位移传感器、五号位移传感器和电流控制器;一号电磁铁、一号位移传感器由前至后依次设置在第一型腔内的前端面,且一号电磁铁和一号位移传感器位于加速度传感器与永磁铁前端面之间,二号电磁铁、三号电磁铁、四号电磁铁、五号电磁铁沿圆周方向依次设置组成电磁铁环,所述永磁铁设置在所述电磁铁环内,二号位移传感器固定安装在二号电磁铁的内侧面上,三号位移传感器固定安装在三号电磁铁的内侧面上,四号位移传感器固定安装在四号电磁铁的内侧面上,五号位移传感器固定安装在五号电磁铁的内侧面上;一号位移传感器、二号位移传感器、三号位移传感器、四号位移传感器、五号位移传感器的信号输出端均与振动信号控制器信号输入端连接,振动信号控制器的输出端与所述电流控制器的输入端连接,所述电流控制器的电流输出端与一号电磁铁、二号电磁铁、三号电磁铁、四号电磁铁、五号电磁铁的电流输入端连接。
进一步的,一号电磁铁、二号电磁铁、三号电磁铁、四号电磁铁、五号电磁铁均是由铁芯、绕线、外壳由内至外依次套装组成,绕线与所述电流控制器的电流输出端连接。
进一步的,本发明还包括橡胶圈,橡胶圈套装在连接杆上,且橡胶圈位于支撑板内壁与连接杆外壁之间。
进一步的,本发明还包括冷却液通道,冷却液通道由前至后依次贯穿刀头、刀头座、刀体、刀尾座,且冷却液通道的末端与刀尾座后端的连接口连通。
进一步的,本发明还包括温度信号控制器和温度传感器,温度传感器固定安装在刀头上,温度信号控制器固定安装在刀头的前端面内,温度传感器的信号输出端与温度信号控制器的信号输入端连接,温度信号控制器通过无线信号发射器与冷却液控制器的无线信号接收器连接
本发明的有益效果是:本发明所述刀杆初次参与加工时,不需要多次对刀杆进行预车测试,因而操作简单;当加工条件变化时,通过安装有五个位移传感器,自动感知质量块与电磁铁的距离,经过振动信号控制器对质量块位置进行自动调节,进而能够适应各种加工条件,使得刀杆的通用性强;通过在刀头上安装温度传感器和温度信号控制器,来实现冷却液的启停控制,因此队温度控制实现智能化;本智能插铣刀刀杆在设计上将温度与振动共同考虑,在一定程度上大大提高了零件的加工精度。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图;
图2是刀体的结构示意图;
图3是图2的左视图;
图4是电磁铁及位移传感器组件的结构示意图;
图5是刀头的结构示意图;
图6是图4中A-A向剖视图;
图7是本发明的电控框图。
具体实施方式
具体实施方式一:结合图1至图7说明本实施方式,本实施方式所述一种智能插铣刀刀杆,它包括刀头1、刀头座2、刀体3和刀尾座10,刀头1通过刀头座2固定安装在刀体3的前端,刀尾座10固定安装在刀体3的后端;本实施方式还包括加速度传感器4、套筒5、支撑板6、减震橡胶7、振动信号控制器8、电磁铁及位移传感器组件、永磁铁23质量块24和连接杆25;刀体3内由前至后依次设有第一型腔3-1、第二型腔3-2、第三型腔3-3,加速度传感器4固定安装在刀头座2的一端,质量块24设置在第一型腔3-1内的中部,永磁铁23套装在质量块24上,所述电磁铁及位移传感器组件设置在第一型腔3-1内,套筒5和支撑板6由前至后依次设置在第二型腔3-2内,减振橡胶7设置在第三型腔3-3内,连接杆25的前端与质量块24的后端面连接,连接杆25的后端由前至后依次穿过套筒5、支撑板6、减振橡胶7,振动信号控制器8固定安装在第三型腔3-3的后端面上,加速度传感器4的信号输出端与振动信号控制器8的信号输入端连接,振动信号控制器8的输出端与所述电磁铁及位移传感器组件的输入端连接。
振动信号控制器8的信号输出端先通过滑环引线连接电流控制器的信号输入端,之后电流控制器的电流输出端再经过滑环引线接入电磁铁。位移传感器组件的信号输出端通过信号线连接振动信号控制器8的信号输入端。振动信号控制器8的主要作用是:接受位移传感器组件和加速度传感器组件的信号,并用于控制电流控制器的电流大小,进而控制电磁铁的磁力大小。
刀体3的外壁上设有凸台3-4,滑环引线9固定在凸台3-4上,用于连接外部导线和信号线;导线插装在导线槽3-5内,电源通过导线为各个传感器、电磁铁提供电流。
加速度传感器4可选用型号为353A02的三向加速度传感器。加速度传感器4、振动信号控制器8、位移传感器和电流控制器均与电源连接,用于接收电源的电能。
具体实施方式二:结合图1至图7说明本实施方式,本实施方式所述一种智能插铣刀刀杆的电磁铁及位移传感器组件包括一号电磁铁13、二号电磁铁14、三号电磁铁15、四号电磁铁16、五号电磁铁17、一号位移传感器18、二号位移传感器19、三号位移传感器20、四号位移传感器21、五号位移传感器22和电流控制器;一号电磁铁13、一号位移传感器18由前至后依次设置在第一型腔3-1内的前端面,且一号电磁铁13和一号位移传感器18位于加速度传感器4与永磁铁23前端面之间,二号电磁铁14、三号电磁铁15、四号电磁铁16、五号电磁铁17沿圆周方向依次设置组成电磁铁环,所述永磁铁23设置在所述电磁铁环内,二号位移传感器19固定安装在二号电磁铁14的内侧面上,三号位移传感器20固定安装在三号电磁铁15的内侧面上,四号位移传感器21固定安装在四号电磁铁16的内侧面上,五号位移传感器22固定安装在五号电磁铁17的内侧面上;一号位移传感器18、二号位移传感器19、三号位移传感器20、四号位移传感器21、五号位移传感器22的信号输出端均与振动信号控制器8信号输入端连接,振动信号控制器8的输出端与所述电流控制器的信号输入端连接,所述电流控制器的电流输出端与一号电磁铁13、二号电磁铁14、三号电磁铁15、四号电磁铁16、五号电磁铁17的电流输入端连接。
本实施方式中一号电磁铁13、二号电磁铁14、三号电磁铁15、四号电磁铁16、五号电磁铁17与永磁铁23极性相同。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:结合图1至图7说明本实施方式,本实施方式所述一种智能插铣刀刀杆的一号电磁铁13、二号电磁铁14、三号电磁铁15、四号电磁铁16、五号电磁铁17均是由铁芯13-1、绕线13-2、外壳13-3由内至外依次套装组成,绕线13-2与所述电流控制器的电流输出端连接。其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。
具体实施方式四:结合图1至图7说明本实施方式,本实施方式所述一种智能插铣刀刀杆还包括橡胶圈26,橡胶圈26套装在连接杆25上,且橡胶圈26位于支撑板6内壁与连接杆25外壁之间。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式五:结合图1至图7说明本实施方式,本实施方式所述一种智能插铣刀刀杆还包括冷却液通道27,冷却液通道27由前至后依次贯穿刀头1、刀头座2、刀体3、刀尾座10,且冷却液通道27的末端与刀尾座10后端的连接口10-1连通。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式六:结合图1至图7说明本实施方式,本实施方式所述一种智能插铣刀刀杆还包括温度信号控制器11和温度传感器12,温度传感器12固定安装在刀头1上,温度信号控制器11固定安装在刀头1的前端面内,温度传感器12的信号输出端与温度信号控制器11的信号输入端连接,温度信号控制器11通过无线信号发射器与冷却液控制器的无线信号接收器连接。
所述冷却液通道27连接冷却泵,所述冷却泵连接冷却液控制器,所述冷却液控制器上设有无线接收装置。温度传感器12的数量与刀头1上刀片的数量相同。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
工作原理
刀杆安装到机床上进行铣削加工时,刀杆受到外界振动,使得质量块24产生振动;当质量块24沿Z正向振动时,一号位移传感器18检测质量块24与一号电磁铁13的距离,在距离S+1<a时,振动信号控制器8将控制电流控制器使电流增大,使一号电磁铁13的排斥力增加,进而使质量块24远离一号电磁铁13(a为一个定值),此时其余的不变;同理,在质量块24沿X正向、Y正向、Z负向、X负向、Y负向振动时,相应的位移传感器和电磁铁会产生相应的动作;即当质量块24距离某电磁铁距离S<a时,相应电磁铁得电,排斥力增大,当质量块24同时距离两块电磁铁距离S1、S2都小于a时,S1、S2表示当前质量块24与电磁铁的距离,a表示预设值,即振动信号控制器8中提前设定的质量块24与电磁铁的定值距离;该两块电磁铁同时得电,排斥力增大;当质量块24沿Z负向振动时,此时质量块24会带动连接杆25和减振橡胶7沿Z负向运动,由于第三型腔3-3是到圆锥形,在减振橡胶7沿Z负向运动时,摩擦力会越来愈大,进而起到一定的减振效果;
同时,在刀杆在受到外界振动后,加速度传感器4会同时直接将加速度信号传输到振动信号控制器8,当X正向加速度A+x>b时,A+x表示当前X正向加速度值,b表示预设值,即振动信号控制器8中提前设定的加速度正值,振动控制器将控制电流控制器使电流增大,使二号电磁铁14的排斥力增加,进而使质量块24远离二号电磁铁14(b为一个定值,b与c的绝对值相同);当X负向加速度A-x>c时,振动控制器将控制电流控制器使电流增大,使四号电磁铁16的排斥力增加,进而使质量块24远离四号电磁铁16(c为一个定值);同理,在质量块24沿Y正向、Z正向、Y负向振动时,相应的位移传感器和电磁铁会产生相应的动作;当Z负向加速度A-z>c时,振动信号控制器8不发出控制信号;
温度传感器12固定安装在靠近刀片的刀头1上,能够感知刀片温度变化,当刀片温度T>n时,温度传感器12将信号传给温度信号控制器11,温度信号控制器11通过其自带的无线发射装置,将控制信号传给带有无线接收装置的冷却液控制器,进而控制冷却液泵打开,冷却液依次经过机床主轴进入到刀尾座10、刀体3和刀头1中贯通的冷却液通道,最后喷洒在刀片上,用来给刀片降温;当刀片温度T<m时,温度信号控制器11控制冷却液控制器,进而控制冷却液泵关闭T表示当前刀片温度,n表示设定的最高温度,m表示设定的最低温度。
本发明的安装过程为:
首先将电源端输出的导线经过电流控制器连接滑环引线9的外部,将电流控制器信号线连接滑环引线9的外部;
将来自于滑环引线9内部的信号线通过导线槽3-5与振动信号控制器8连接,之后,将信号线的一端接到振动信号控制器8的输入端,将振动信号控制器8固定在第三型腔3-3的封闭端,将信号线的另一端分别与位移传感器和加速度传感器4连接,并将信号线有序的布置在导线槽3-5内;将来自于滑环引线9内部的导线通过导线槽3-5与振动信号控制器8、电磁铁、位移传感器和加速度传感器4连接,将将导线有序的布置在导线槽3-5内;
将橡胶圈26安装在支撑板6上,之后,将连接杆25的一端固定连接到包有永磁铁23的质量块24上,另一端穿过支撑板6和橡胶圈26,通过螺母固定在减振橡胶7的通孔内;之后,将永磁铁23、质量块24、支撑板6、橡胶圈26、减振橡胶7组件安装到刀体3的空腔内,使得减振橡胶7紧贴在第三型腔3-3内,并位于第三型腔3-3的中部,使得支撑板6紧贴于第二型腔3-2右端;之后,将套筒5安装到第二型腔3-2紧贴于支撑板6;将位移传感器安装到对应的电磁铁上,将二号电磁铁14、三号电磁铁15、四号电磁铁16和五号电磁铁17成圆环形安装到第一型腔3-1内,使其紧贴于套筒5,将一号电磁铁13安装于第一型腔3-1内,使其紧贴于二号电磁铁14、三号电磁铁15、四号电磁铁16和五号电磁铁17;之后将加速度传感器4固定到刀尾座2凸起的一端,并将刀尾座2固定连接在第一型腔3-1内;
将温度信号控制器11安装在刀头1前端的盲孔内,将温度传感器12固定安装在靠近刀片的刀头1上,并将信号线通过导线孔与温度信号控制器11连接,之后将刀头1固定安装到刀头座2上;最后将刀尾座10固定安装到刀体3的后端。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质,在本发明的精神和原则之内,对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等,均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种智能插铣刀刀杆,它包括刀头(1)、刀头座(2)、刀体(3)和刀尾座(10),刀头(1)通过刀头座(2)固定安装在刀体(3)的前端,刀尾座(10)固定安装在刀体(3)的后端;其特征在于:所述一种智能插铣刀刀杆还包括加速度传感器(4)、套筒(5)、支撑板(6)、减震橡胶(7)、振动信号控制器(8)、电磁铁及位移传感器组件、永磁铁(23)质量块(24)和连接杆(25);刀体(3)内由前至后依次设有第一型腔(3-1)、第二型腔(3-2)、第三型腔(3-3),加速度传感器(4)固定安装在刀头座(2)的一端,质量块(24)设置在第一型腔(3-1)内的中部,永磁铁(23)套装在质量块(24)上,所述电磁铁及位移传感器组件设置在第一型腔(3-1)内,套筒(5)和支撑板(6)由前至后依次设置在第二型腔(3-2)内,减振橡胶(7)设置在第三型腔(3-3)内,连接杆(25)的前端与质量块(24)的后端面连接,连接杆(25)的后端由前至后依次穿过套筒(5)、支撑板(6)、减振橡胶(7),振动信号控制器(8)固定安装在第三型腔(3-3)的后端面上,加速度传感器(4)的信号输出端与振动信号控制器(8)的信号输入端连接,振动信号控制器(8)的输出端与所述电磁铁及位移传感器组件的输入端连接。
2.根据权利要求1所述一种智能插铣刀刀杆,其特征在于:所述电磁铁及位移传感器组件包括一号电磁铁(13)、二号电磁铁(14)、三号电磁铁(15)、四号电磁铁(16)、五号电磁铁(17)、一号位移传感器(18)、二号位移传感器(19)、三号位移传感器(20)、四号位移传感器(21)、五号位移传感器(22)和电流控制器;一号电磁铁(13)、一号位移传感器(18)由前至后依次设置在第一型腔(3-1)内的前端面,且一号电磁铁(13)和一号位移传感器(18)位于加速度传感器(4)与永磁铁(23)前端面之间,二号电磁铁(14)、三号电磁铁(15)、四号电磁铁(16)、五号电磁铁(17)沿圆周方向依次设置组成电磁铁环,所述永磁铁(23)设置在所述电磁铁环内,二号位移传感器(19)固定安装在二号电磁铁(14)的内侧面上,三号位移传感器(20)固定安装在三号电磁铁(15)的内侧面上,四号位移传感器(21)固定安装在四号电磁铁(16)的内侧面上,五号位移传感器(22)固定安装在五号电磁铁(17)的内侧面上;一号位移传感器(18)、二号位移传感器(19)、三号位移传感器(20)、四号位移传感器(21)、五号位移传感器(22)的信号输出端均与振动信号控制器(8)信号输入端连接,振动信号控制器(8)的输出端与所述电流控制器的输入端连接,所述电流控制器的电流输出端与一号电磁铁(13)、二号电磁铁(14)、三号电磁铁(15)、四号电磁铁(16)、五号电磁铁(17)的电流输入端连接。
3.根据权利要求2所述一种智能插铣刀刀杆,其特征在于:一号电磁铁(13)、二号电磁铁(14)、三号电磁铁(15)、四号电磁铁(16)、五号电磁铁(17)均是由铁芯(13-1)、绕线(13-2)、外壳(13-3)由内至外依次套装组成,绕线(13-2)与所述电流控制器的电流输出端连接。
4.根据权利要求1所述一种智能插铣刀刀杆,其特征在于:所述一种智能插铣刀刀杆还包括橡胶圈(26),橡胶圈(26)套装在连接杆(25)上,且橡胶圈(26)位于支撑板(6)内壁与连接杆(25)外壁之间。
5.根据权利要求1所述一种智能插铣刀刀杆,其特征在于:所述一种智能插铣刀刀杆还包括冷却液通道(27),冷却液通道(27)由前至后依次贯穿刀头(1)、刀头座(2)、刀体(3)、刀尾座(10),且冷却液通道(27)的末端与刀尾座(10)后端的连接口(10-1)连通。
6.根据权利要求1所述一种智能插铣刀刀杆,其特征在于:所述一种智能插铣刀刀杆还包括温度信号控制器(11)和温度传感器(12),温度传感器(12)固定安装在刀头(1)上,温度信号控制器(11)固定安装在刀头(1)的前端面内,温度传感器(12)的信号输出端与温度信号控制器(11)的信号输入端连接,温度信号控制器(11)通过无线信号发射器与冷却液控制器的无线信号接收器连接。
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