CN112318206B - 切削颤振识别检测系统及其检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及精密柔性制造加工领域，具体涉及切削颤振识别检测系统及其检测装置。包括液压缸、两个第一升降缸、两个第一连接杆、转换部、颤振识别装置和指示装置；液压缸内设置有第一活塞，第二升降缸内壁设置有第一螺纹槽和第二螺纹槽，且第一螺纹槽的升角与第二螺纹槽不同；双键活塞上设置有与第一螺纹槽啮合的第一螺纹键；连接筒上沿周向设置有多个第一斜槽；指示装置包括指示部和传动杆；传动杆可左右滑动且可绕竖直轴线转动地安装于第二连接杆的上端。本发明的切削颤振识别检测系统及其检测装置通过颤振识别装置的设置，通过指示装置将来显示颤振的类型和颤振程度的强弱，可实时检测颤振情况，便于观测。

Description

切削颤振识别检测系统及其检测装置

技术领域

本发明涉及精密柔性制造加工领域，具体涉及切削颤振识别检测系统及其检测装置。

背景技术

切削颤振是机床闭环切削系统的动态不稳定现象，它是发生在切削刀具与工件之间的剧烈振动。颤振的发生会影响生产效率以及加工质量，同时还可引起过度噪音，刀具损坏等，对产品质量、刀具及机床设备等的危害已毋庸质疑。数控机床的车削状态可反映在机床的振动信号中，通过检测机床状态并实施相应的控制策略，可有效的保证加工产品的质量和提高生产效率，同时减轻刀具磨损。

颤振形式主要有三种：再生型颤振，摩擦型颤振，耦合型颤振。再生型颤振：由于各种原因的振动，使两次加工表面时的车刀的相位发生了变化而产生的颤振。摩擦型颤振：由于加工转速过快或进刀量太大等原因，使车刀对工件的切削力不够而产生滑动摩擦所引发的颤振。耦合型颤振：因为车床，电机，刀具旋转，外界振动等各个来源的振动使车刀或工件的固有振型相互叠加所产生的颤振，振动不规则，受力不均匀。

随着现代制造业向高度自动化和精密化方向发展的不断深入，妥善解决加工过程中引发的颤振问题，发展切削颤振的检测技术具有重要的意义。现有的检测装置大多是用传感器制成，脆弱易坏，对工作环境要求较高，且需要与计算机相连才能起到检测作用，十分不便；另外对观测者要求较高，不便于观测检测结果。

发明内容

本发明提供一种切削颤振识别检测系统及其检测装置，以解决现有的检测装置脆弱易坏，对工作环境要求较高，且需要与计算机相连才能起到检测作用，十分不便；另外对观测者要求较高，不便于观测检测结果的问题。

本发明的切削颤振识别检测系统的检测装置采用如下技术方案：切削颤振识别检测系统的检测装置，包括液压缸、两个第一升降缸、两个第一连接杆、转换部、颤振识别装置和指示装置；液压缸内设置有第一活塞，第一活塞用于接收切削车刀的震动；颤振识别装置包括第二升降缸、第二连接杆、双键活塞、伸缩块、多个第二螺纹键和多个复位装置；第二升降缸设置于液压缸上方，第二升降缸内壁设置有第一螺纹槽和第二螺纹槽，且第一螺纹槽的升角与第二螺纹槽不同；双键活塞位于第二升降缸内，双键活塞上设置有与第一螺纹槽啮合的第一螺纹键；第二连接杆可上下滑动地安装于第二升降缸，第二连接杆上设置有位于第二升降缸内的伸缩活塞，伸缩活塞处于双键活塞的上方且与双键活塞固定连接，且与第二升降缸限定出密封腔；伸缩块包括连接筒和活塞板，连接筒安装于活塞板上侧，连接筒可上下移动地安装于双键活塞，连接筒上沿周向设置有多个第一斜槽；每个第二螺纹键绕竖直轴线可转动地安装于双键活塞，且每个第二螺纹键穿过一个第一斜槽，以在伸缩块上下移动时，第二螺纹键在第一斜槽内滑动，使第二螺纹键转动与第二螺纹槽啮合；每个复位装置配置成使一个所述第二螺纹键复位；活塞板上设置有通孔；指示装置包括指示部和传动杆；传动杆可左右滑动且可绕竖直轴线转动地安装于第二连接杆的上端；指示部传动连接于传动杆，以在传动杆的带动下进行指示；两个第一升降缸设置于液压缸的上方，且处于第二升降缸的两侧，两个第一升降缸和第二升降缸下端均与液压缸连通，第一连接杆沿竖直方向延伸，每个第一连接杆下端设置有第二活塞，每个第二活塞滑动安装于一个第一升降缸；转换部配置成将两个第一连接杆的升降运动转化为传动杆的左右移动，两个第二活塞的下表面、活塞板的下表面与第一活塞的上表面之间以及密封腔内均设置有液压油。

进一步地，连接筒为方形筒，方形筒安装于活塞板上侧；第一斜槽为四个，每个第一斜槽设置在方形筒的一个周壁面，且第一斜槽的倾斜方向一致；第二螺纹键为四个；每两个相邻的第二螺纹键相对于方形筒的相应的对角面对称设置，第二螺纹键和第二螺纹键的轴线与方形筒的轴线限定出的平面交叉设置。

进一步地，转化部为导轨；导轨沿左右方向延伸，两个第一连接杆上端分别安装于导轨两端；导轨两端设置有两个第二斜槽，两个第二斜槽倾斜方向相同，传动杆的两端分别安装于两个第二斜槽。

进一步地，指示部包括主动指针、两个从动指针和传动机构；主动指针设置于传动杆上方，两个从动指针分别安装于主动指针的左右两侧，传动机构配置成将传动杆的左右移动传递给主动指针、两个从动指针，以使主动指针、两个从动指针进行平动或转动进行显示。

进一步地，传动机构包括驱动槽、驱动轴、两个第一齿轮和两个第二齿轮；主动指针的下端可转动地设置于传动杆上方；驱动槽沿竖直方向设置在传动杆上，驱动轴设置于主动指针上，驱动轴安装于驱动槽内，每个第一齿轮安装于一个从动指针下端，且可转动地设置；每个第二齿轮可转动地设置，上设置有一个发条；每个第二齿轮与一个第一齿轮啮合；主动指针的上端在转动时推动其相应侧的从动指针转动。

进一步地，双键活塞上端设置有四个限位键，每个限位键设置在细螺纹键的伸出时的转动方向侧。

进一步地，复位装置包括多个扭柱，扭柱设置于双键活塞的上端，扭柱可转动地安装于双键活塞，扭柱内设置有扭簧。

进一步地，第二连接杆上端可转动地连接有滑动连接块，滑动连接块与传动杆可滑动的连接。

本发明还提供了切削颤振识别检测系统，包括车床，还包括根据权利要求1至8中任意一项所述的检测装置，第一活塞连接于切削车床的切削车刀。

本发明的有益效果是：本发明的切削颤振识别检测系统及其检测装置通过颤振识别装置的设置，通过指示装置，根据三种颤振车刀受力不同考虑，车刀在受力时发生形变量也不同，所以可以放大车刀的微小形变来显示出车刀受力情况，来显示颤振的类型和颤振程度的强弱，并可以针对不同的刀具和对切削精度的要求具体设定颤振预设值，适用于不同的场景。结构简单，使用方便，适用于各种工作环境，可实时检测颤振情况，便于观测。

利用第二齿轮与第一齿轮的啮合，在主动指针往左右推动从动指针时，可以直接推动过去，第一齿轮带动第二齿轮，是大齿轮带动小齿轮，此时，小齿轮转动给发条蓄力，当从动指针往回时，变成了发条带动第二齿轮，第二齿轮带动第一齿轮，是小齿轮带动大齿轮，会回的比较慢，方便观测指针。

在机构正常工作时，中间的液压缸是卡死的，两侧的液压缸正常工作，通过从车刀到第一活塞到第二活塞到主动指针的传动，使主动指针发生偏转，在机构停止工作后或不发生颤振时，由于双键活塞上扭簧柱的作用，使双键活塞解锁，三个液压柱内的液压油缓慢的恢复平衡，从而主动指针也自动归零；在车刀没开始工作时，是不受力的，也不发生形变，然后开始工作但未发生颤振时，车刀由于受到工件的挤压，会受到一个来自工件的压力，车刀就发生形变，带动大活塞活动，通过传动使主动指针发生偏转，但发生偏转之后，车刀又停止了活动(因为还未发生颤振，只有微小振动，忽略不计)，此时，由于双键活塞上扭簧柱的作用，使双键活塞解锁，三个液压柱内的液压油缓慢的恢复平衡，从而主动指针也自动归零。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的切削颤振识别检测系统及其检测装置的实施例的整体结构示意图；

图2为本发明的切削颤振识别检测系统及其检测装置的实施例的部分结构示意图；

图3为图2中A处结构的放大图示意图；

图4为本发明的切削颤振识别检测系统及其检测装置的实施例的颤振识别装置的结构示意图；

图5为本发明的切削颤振识别检测系统及其检测装置的实施例的颤振识别装置的俯视图的结构示意图；

图6为本发明的切削颤振识别检测系统及其检测装置的实施例的颤振识别装置的剖视图图的结构示意图；

图7为本发明的切削颤振识别检测系统及其检测装置的实施例的第二升降缸的结构示意图；

图8为本发明的切削颤振识别检测系统及其检测装置的实施例的第二升降缸的半剖图的结构示意图；

图9为本发明的切削颤振识别检测系统及其检测装置的实施例的导轨的结构示意图；

图10为本发明的切削颤振识别检测系统及其检测装置的实施例的导轨半剖图的结构示意图。

图中：101、切削车刀；102、刀架；201、液压缸；202、第一活塞；203、第二升降缸；2031、第二螺纹槽；2032、第一螺纹槽；204、伸缩活塞；205、第二连接杆；206、固定杆；207、双键活塞；208、连接筒；209、第一斜槽；210、扭簧；211、方形槽；212、第二螺纹键；213、第一螺纹键；214、伸缩块；215、限位键；301、导轨槽；302、导轨；3021、第二斜槽；303、外壳；304、第一齿轮；305、从动指针；306、主动指针；308、第二齿轮；309、发条；310、驱动轴；311、传动杆；312、滑动连接块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的切削颤振识别检测系统的检测装置的实施例，如图1至图10所示，切削颤振识别检测系统的检测装置，包括液压缸201、两个第一升降缸、两个第一连接杆、转换部、颤振识别装置和指示装置。液压缸201内设置有第一活塞202，第一活塞202用于接收切削车刀101的震动。颤振识别装置包括第二升降缸203、第二连接杆205、双键活塞207、伸缩块214和多个第二螺纹键212以及多个复位装置。第二升降缸203沿竖直方向延伸，第二升降缸203设置于液压缸201上方，第二升降缸203内壁设置有第一螺纹槽2032和第二螺纹槽2031，且第一螺纹槽2032的升角与第二螺纹槽2031不同。双键活塞207的轴线沿竖直方向延伸，且双键活塞207位于第二升降缸203内，双键活塞207的周壁上设置有用于与第一螺纹槽2032啮合的第一螺纹键213。第二连接杆205可上下滑动地安装于第二升降缸203，第二连接杆205上设置有位于第二升降缸203内的伸缩活塞204，伸缩活塞204处于双键活塞207的上方且通过固定杆206与双键活塞207固定连接。且与第二升降缸203限定出密封腔。

伸缩块214包括连接筒208和活塞板，连接筒208安装于活塞板上侧，连接筒208可上下移动地安装于双键活塞207，连接筒208上沿周向设置有多个第一斜槽209。每个第二螺纹键212绕竖直轴线可转动地安装于双键活塞207，且每个第二螺纹键212穿过一个第一斜槽209，以在伸缩块214上下移动时，第二螺纹键212在第一斜槽209内滑动，使第二螺纹键212转动与第二螺纹槽2031啮合。每个复位装置配置成使一个所述第二螺纹键212复位，活塞板上设置有通孔。

指示装置包括指示部和传动杆311。传动杆可左右滑动且可绕竖直轴线转动地安装于第二连接杆205的上端，传动杆311两端安装于转化部。指示部传动连接于传动杆，以在传动杆的带动下进行指示。两个第一升降缸设置于液压缸201的上方，且处于第二升降缸203的两侧，两个第一升降缸和第二升降缸203下端均与液压缸201内腔连通，第一连接杆沿竖直方向延伸，每个第一连接杆下端设置有第二活塞，每个第二活塞滑动安装于一个第一升降缸。转换部配置成将两个第一连接杆的上端的升降运动转化为传动杆311的左右移动，两个第二活塞的下端面、伸缩块214的下表面与第一活塞202的上表面之间设置有液压油。第一活塞202、两个第二活塞和伸缩活塞204两端均设置有密封圈，保证液压缸201气密性。两个第一升降缸和第二升降缸203的下端均于与液压缸201螺纹连接。

在本实施例中，连接筒208为方形筒，方形筒安装于活塞板上侧。双键活塞207上设置有方形槽211。第一斜槽209为四个，每个第一斜槽209设置在方形筒的一个周壁面，且第一斜槽209的倾斜方向一致。第二螺纹键212为四个。每两个相邻的第二螺纹键212相对于方形筒的相应的对角面对称设置，第二螺纹键212和第二螺纹键的轴线与方形筒的轴线限定出的平面交叉设置。具体地，第一螺纹键213为粗螺纹键，第二螺纹键212细螺纹键，第一螺纹槽2032为粗螺纹槽，第二螺纹槽2031为细螺纹槽。粗螺纹槽的升角大于细螺纹槽。

在本实施例中，还包括外壳303，外壳303上设置有导轨槽301，转化部为导轨302。导轨302沿左右方向延伸，导轨302可上下滑动地安装于导轨槽301，两个第一连接杆上端分别安装于导轨302两端。导轨302两端设置有两个第二斜槽3021，两个第二斜槽3021倾斜方向相同，传动杆311的两端分别安装于两个第二斜槽3021。具体地，两个第二斜槽向左倾斜或向右倾斜。在第二斜槽向左倾斜的时候，传动杆在第二斜槽内上升，传动杆311向左移动，传动杆在第二斜槽内下降，传动杆向右移动。反之，在第二斜槽向右倾斜的时候，传动杆在第二斜槽内上升，传动杆向右移动，传动杆在第二斜槽内下降，传动杆向左移动。

在本实施例中，指示部包括主动指针306、两个从动指针305和传动机构。主动指针306设置于传动杆上方，两个从动指针305分别安装于主动指针306的左右两侧，传动机构配置成将传动杆的左右移动传递给主动指针306、两个从动指针305，以使主动指针306、两个从动指针305进行平动或转动进行显示。传动机构包括驱动槽、驱动轴310、两个第一齿轮304和两个第二齿轮308。主动指针306的下端可转动地设置于传动杆上方。驱动槽沿竖直方向设置在传动杆311上，驱动轴310设置于主动指针306上，驱动轴310安装于驱动槽内，每个第一齿轮304安装于一个从动指针305下端，且可转动地设置。每个第二齿轮308转动地设置，上设置有一个发条309。每个第二齿轮308与一个第一齿轮304啮合。主动指针306的上端在转动时推动其相应侧的从动指针305转动。发条309促使从动指针305回位。在主动指针306往左右推动从动指针305时，可以直接推动过去，第一齿轮304带动第二齿轮308，此时，第二齿轮308转动给发条309蓄力，当从动指针305往回时，变成了发条309带动第二齿轮308，第二齿轮308带动第一齿轮304，会回的比较慢，方便观测指针。

在本实施例中，双键活塞207上端设置有四个限位键215，每个限位键215设置在细螺纹键的伸出时的转动方向侧

在本实施例中，复位装置包括多个扭柱，扭柱设置于双键活塞207的上端，扭柱可转动地安装于双键活塞207，扭柱内设置有扭簧210。

在本实施例中，第二连接杆205上端可转动地连接有滑动连接块312，滑动连接块312与传动杆311可滑动的连接。

本发明的切削颤振识别检测系统，包括车床，车床上安装刀架102，刀架102上设置有切削车刀101，还包括检测装置，第一活塞202连接于切削车床的切削车刀101。

工作过程：启动车床，车床正常运行时，切削车刀101的微小震动允许两个第二活塞和伸缩活塞204以及与伸缩活塞204固定连接的颤振识别装置同步向上运动，形成一个运动缓冲，使指示部指示归零。当刀具发生颤振时，根据颤振类型的不同，切削车刀101所受力也不同，因此，切削车刀101车刀产生的形变也不同，当切削车刀101发生颤振时，第一活塞202产生规律的上下移动，通过液压缸201的传动，当液压油向上波动时，连接筒208最先运动，当其向上移动时会带动两个第二螺纹键212伸出与第二螺纹槽2031啮合，此时，第一螺纹键213与第二螺纹键212同时与各自的螺纹槽啮合，由于两个螺纹槽升角不同，双键活塞207会被卡死，当液压油向下波动时，原理相同，即不管向上还是向下运动，只要液压油有剧烈波动，双键活塞207被卡死，两边的活塞上下运动带动导轨302上下运动，导轨302上下运动带动传动杆311左右移动，从而使主动指针306可以左右摆动，推动两侧的从动指针305往两侧偏转。当切削车刀101发生再生型颤振时，第一活塞202均匀的一上一下的震动，从动指针305几乎不发生偏转。当切削车刀101发生摩擦型颤振时：第一活塞202做向上运动再回到原位的往复运动，从动指针305会偏向一侧运动，另一侧不动。当切削车刀101发生耦合型颤振：第一活塞202为无规律运动，从而从动指针305无规律的左右摆动。以此来显示颤振的类型和颤振程度的强弱。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.切削颤振识别检测系统的检测装置，其特征在于:包括液压缸、两个第一升降缸、两个第一连接杆、转换部、颤振识别装置和指示装置；液压缸内设置有第一活塞，第一活塞用于接收切削车刀的震动；颤振识别装置包括第二升降缸、第二连接杆、双键活塞、伸缩块、多个第二螺纹键和多个复位装置；第二升降缸设置于液压缸上方，第二升降缸内壁设置有第一螺纹槽和第二螺纹槽，且第一螺纹槽的升角与第二螺纹槽不同；双键活塞位于第二升降缸内，双键活塞上设置有与第一螺纹槽啮合的第一螺纹键；第二连接杆能够上下滑动地安装于第二升降缸，第二连接杆上设置有位于第二升降缸内的伸缩活塞，伸缩活塞处于双键活塞的上方且与双键活塞固定连接，且与第二升降缸限定出密封腔；伸缩块包括连接筒和活塞板，连接筒安装于活塞板上侧，连接筒能够上下移动地安装于双键活塞，连接筒上沿周向设置有多个第一斜槽；每个第二螺纹键绕扭柱竖直轴线能够转动地安装于双键活塞，且每个第二螺纹键穿过一个第一斜槽，以在伸缩块上下移动时，第二螺纹键在第一斜槽内滑动，使第二螺纹键绕扭柱竖直轴线转动与第二螺纹槽啮合；每个复位装置配置成使一个所述第二螺纹键复位；活塞板上设置有通孔；指示装置包括指示部和传动杆；传动杆能够左右滑动且能够绕竖直轴线转动摆动地安装于第二连接杆的上端；指示部传动连接于传动杆，以在传动杆的带动下进行指示；两个第一升降缸设置于液压缸的上方，且处于第二升降缸的两侧，两个第一升降缸和第二升降缸下端均与液压缸连通，第一连接杆沿竖直方向延伸，每个第一连接杆下端设置有第二活塞，每个第二活塞滑动安装于一个第一升降缸；转换部配置成将两个第一连接杆的升降运动转化为传动杆的左右移动，两个第二活塞的下表面、活塞板的下表面与第一活塞的上表面之间以及密封腔内均设置有液压油；

复位装置包括多个扭柱，扭柱设置于双键活塞的上端，扭柱能够转动地安装于双键活塞，扭柱内设置有扭簧。

2.根据权利要求1所述的切削颤振识别检测系统的检测装置，其特征在于:连接筒为方形筒，方形筒安装于活塞板上侧；第一斜槽为四个，每个第一斜槽设置在方形筒的一个周壁面，且第一斜槽的倾斜方向一致；第二螺纹键为四个；每两个相邻的第二螺纹键相对于方形筒的相应的对角面对称设置，四个第二 螺纹键的轴线限定出的平面与方形筒的轴线交叉设置。

3.根据权利要求1所述的切削颤振识别检测系统的检测装置，其特征在于:转换部为导轨；导轨沿左右方向延伸，两个第一连接杆上端分别安装于导轨两端；导轨两端设置有两个第二斜槽，两个第二斜槽倾斜方向相同，传动杆的两端分别安装于两个第二斜槽。

4.根据权利要求1所述的切削颤振识别检测系统的检测装置，其特征在于：指示部包括主动指针、两个从动指针和传动机构；主动指针设置于传动杆上方，两个从动指针分别安装于主动指针的左右两侧，传动机构配置成将传动杆的左右移动传递给主动指针、两个从动指针，以使主动指针、两个从动指针进行平动或转动进行显示。

5.根据权利要求4所述的切削颤振识别检测系统的检测装置，其特征在于：传动机构包括驱动槽、驱动轴、两个第一齿轮和两个第二齿轮；主动指针的下端能够转动地设置于传动杆上方；驱动槽沿竖直方向设置在传动杆上，驱动轴设置于主动指针上，驱动轴安装于驱动槽内，每个第一齿轮安装于一个从动指针下端，且能够转动地设置；每个第二齿轮能够转动地设置，每个第二齿轮上设置有一个发条；每个第二齿轮与一个第一齿轮啮合；主动指针的上端在转动时推动其相应侧的从动指针转动。

6.根据权利要求2所述的切削颤振识别检测系统的检测装置，其特征在于：双键活塞上端设置有四个限位键，每个限位键设置在第二螺纹键的伸出时的转动方向侧。

7.根据权利要求1所述的切削颤振识别检测系统的检测装置，其特征在于：第二连接杆上端能够转动地连接有滑动连接块，滑动连接块与传动杆能够滑动的连接。

8.切削颤振识别检测系统，包括车床，其特征在于：还包括根据权利要求1至7中任意一项所述的检测装置，第一活塞连接于切削车床的切削车刀。

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