CN112643405A - 检测组件及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种检测组件及检测方法，检测组件包括主轴和设置在主轴上的传感部件，主轴用于与刀具连接；当刀具进行加工切削时，刀具会受到切削力的逆向力，即主轴也会受到相应的逆向力，进而发生应力变化，传感部件能够感受到主轴的应力变化，并将感受到的主轴应力变化转变为相应的电信号输出，以便对主轴的应力与预设极限应力进行比较，进而判断刀具是否与工件发生碰撞；当主轴的应力大于预设极限应力，则判定刀具受力异常，可以控制主轴及时停止运行，进一步确认刀具与工件是否发生碰撞，解决了现有技术中电主轴的防撞检测方式不能及时检测是否出现撞刀的问题。

Description

检测组件及检测方法

技术领域

本发明涉及检测技术领域，具体而言，涉及一种检测组件及检测方法。

背景技术

数控机床是一种数字化机械加工机构，拥有加工自动化、切削稳定等特点。具体使用时，随着加工表面精度的增高，机床转速随之增大，常规主轴无法满足加工需求，而电主轴则能够满足加工表面精度较高的加工操作，因此电主轴开始大量使用。

实际加工时，由于操作者操作生疏或者编程错误等原因，经常会出现电主轴撞刀的风险；由于电主轴本身集成电机及打刀结构，故电主轴整体结构刚性较弱，撞击后极易产生主轴损坏。

目前，通常采用在主轴中增加撞机保护设置，但由于立式加工中心的电主轴加工速度快、工艺复杂，且撞刀事件具有突发性，通过现有的离线撞机检测手段(即当电主轴对工件加工完成后再对主轴和刀具进行检测)，并不能有效地防止撞机事件的发生。可见，现有技术中电主轴的防撞检测方式不能及时检测是否出现撞刀现象。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种检测组件及检测方法，以解决现有技术中电主轴的防撞检测方式不能及时检测是否出现撞刀的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种检测组件，其包括：主轴，主轴用于与刀具连接；传感部件，传感部件设置在主轴上，以用于感受主轴的应力变化，并将感受到的应力变化转变为相应的电信号输出；其中，当刀具进行加工切削时，主轴发生应力变化，将主轴的应力与预设极限应力进行比较，以判断刀具是否与工件发生碰撞。

进一步地，主轴上开设置有安装槽，传感部件设置在安装槽内；安装槽处盖设有遮挡盖，遮挡盖位于传感部件的外侧，以对传感部件形成遮挡；和/或，传感部件位于主轴的靠近刀具的一端。

进一步地，传感部件为薄膜传感器。

进一步地，检测组件还包括：信号接收器，信号接收器与传感部件连接，以用于接收传感部件输出的电信号并将接收到的电信号放大，进而将放大的电信号输出；数据转换器，数据转换器与信号接收器连接，以用于接收信号接收器输出的放大的电信号，并将接收到的放大的电信号转化成数字信号。

进一步地，检测组件还包括：数据收集器，数据收集器与信号接收器和数据转换器均连接，以对信号接收器输出的放大的电信号进行采集，并将采集的电信号输出至数据转换器中；和/或，模型转换器，模型转换器与数据转换器连接，以使数据转换器将转化成的数字信号输出至模型转换器中，模型转换器根据数字信号建立应力模型并输送至控制部件中。

根据本发明的另一方面，提供了一种检测方法，该检测方法适用于上述的检测组件，该检测方法包括：在刀具进行加工切削时，比较主轴的应力与预设极限应力；当主轴的应力大于或等于预设极限应力，则判定刀具受力异常；反之，则判定刀具与工件未发生碰撞。

进一步地，当主轴的应力大于预设极限应力时，检测方法还包括：当确认刀具与工件发生碰撞，则预设极限应力维持原始数值；当确认刀具与工件未发生碰撞，则根据主轴的应力重新设定新的预设极限应力。

进一步地，当主轴的应力大于预设极限应力，且确认刀具与工件未发生碰撞时，检测方法还包括：使主轴的应力乘以预定安全系数以形成新的预设极限应力。

进一步地，当主轴的应力大于预设极限应力时，检测方法还包括：控制主轴停止运行，并发出报警信号。

进一步地，检测方法还包括：主轴的应力分为主轴径向力F1、主轴切向力F2、主轴轴向力F3，预设极限应力分为极限径向力F1m、极限切向力F2m、极限轴向力F3m；当F1≥F1m，且F2≥F2m，且F3≥F3m时，则判定刀具受力异常；当F1<F1m，且F2<F2m，且F3<F3m时，则判定刀具与工件未发生碰撞。

应用本发明的技术方案，该检测组件包括主轴和设置在主轴上的传感部件，主轴用于与刀具连接，以通过主轴带动刀具运动；当刀具进行加工切削时，刀具会受到切削力的逆向力，即主轴也会受到相应的逆向力，进而发生应力变化，传感部件能够感受到主轴的应力变化，并将感受到的主轴的应力变化转变为相应的电信号输出，以便对主轴的应力与预设极限应力进行比较，进而判断刀具是否与工件发生碰撞；当主轴的应力小于预设极限应力，则判定刀具与工件未发生碰撞，主轴保持运行状态；当主轴的应力大于预设极限应力，则判定刀具受力异常，可以控制主轴及时停止运行，进一步确认刀具与工件是否发生碰撞，这样，可以减小或避免撞刀损失，解决了现有技术中电主轴的防撞检测方式不能及时检测是否出现撞刀的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的检测组件的传感部件与主轴的结构示意图；

图2示出了根据本发明的检测组件的传感部件设置在主轴上的结构示意图；

图3示出了根据本发明的检测组件的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、主轴；11、安装槽；12、遮挡盖；

20、传感部件；40、夹爪；41、刀具；

31、信号接收器；32、数据收集器；33、数据转换器；34、模型转换器；35、控制部件；36、制动部件；

51、工件；52、工作台。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本发明提供了一种检测组件，请参考图1至图3，该检测组件包括主轴10和传感部件20，主轴10用于与刀具41连接；传感部件20设置在主轴10上，以用于感受主轴10的应力变化，并将感受到的应力变化转变为相应的电信号输出；其中，当刀具41进行加工切削时，主轴10发生应力变化，将主轴10的应力与预设极限应力进行比较，以判断刀具41是否与工件51发生碰撞。

在本发明的检测组件中，该检测组件包括主轴10和设置在主轴10上的传感部件20，主轴10用于与刀具41连接，以通过主轴10带动刀具41运动；当刀具41进行加工切削时，刀具41会受到切削力的逆向力，即主轴10也会受到相应的逆向力，进而发生应力变化，传感部件20能够感受到主轴10的应力变化，并将感受到的主轴10的应力变化转变为相应的电信号输出，以便对主轴10的应力与预设极限应力进行比较，进而判断刀具41是否与工件51发生碰撞；当主轴10的应力小于预设极限应力，则判定刀具41与工件51未发生碰撞，主轴10保持运行状态；当主轴10的应力大于预设极限应力，则判定刀具41受力异常，可以控制主轴10及时停止运行，进一步确认刀具41与工件51是否发生碰撞，这样，可以减小或避免撞刀损失，解决了现有技术中电主轴的防撞检测方式不能及时检测是否出现撞刀的问题。

具体地，工件51放置在工作台52上，以使刀具41对其进行切削加工。

具体地，主轴10上开设置有安装槽11，传感部件20设置在安装槽11内。

具体地，安装槽11处盖设有遮挡盖12，遮挡盖12位于传感部件20的外侧，以对传感部件20形成遮挡。

具体地，传感部件20位于主轴10的靠近刀具41的一端。

具体地，主轴10上固定连接有夹爪40，夹爪40用于固定夹持刀具41。

具体地，传感部件20为薄膜传感器，当主轴10发生应力变化时，薄膜传感器发生形变。

具体地，该检测组件包括制动部件36，制动部件36与主轴10电性连接，当判定刀具41受力异常时，通过制动部件36使主轴10及时停止运行。

可选地，主轴10为电主轴的轴体。

在本实施例中，检测组件还包括信号接收器31，信号接收器31与传感部件20连接，以用于接收传感部件20输出的电信号并将接收到的电信号放大，进而将放大的电信号输出。

具体地，信号接收器31与传感部件20电性连接。

在本实施例中，检测组件还包括数据转换器33，数据转换器33与信号接收器31连接，以用于接收信号接收器31输出的放大的电信号，并将接收到的放大的电信号转化成数字信号。

具体地，数据转换器33与信号接收器31电性连接。

具体地，检测组件还包括数据收集器32，数据收集器32与信号接收器31和数据转换器33均连接，以对信号接收器31输出的放大的电信号进行采集，并将采集的放大的电信号输出至数据转换器33中。

具体地，数据收集器32与信号接收器31和数据转换器33均电性连接。

在本实施例中，检测组件还包括模型转换器34，模型转换器34与数据转换器33连接，以使数据转换器33将转化成的数字信号输出至模型转换器34中，模型转换器34根据数字信号建立应力模型并输送至控制部件35中。

具体地，模型转换器34与数据转换器33电性连接；模型转换器34与控制部件35电性连接。

具体地，制动部件36与控制部件35电性连接，当判定刀具41受力异常时，控制部件35控制制动部件36使主轴10及时停止运行。

本发明还提供了一种检测方法，该检测方法适用于上述的检测组件，该检测方法包括：在刀具41进行加工切削时，比较主轴10的应力与预设极限应力；当主轴10的应力大于或等于预设极限应力，则判定刀具41受力异常；反之，则判定刀具41与工件51未发生碰撞，即当主轴10的应力小于预设极限应力，判定刀具41与工件51未发生碰撞。

具体地，当主轴10的应力小于预设极限应力，判定刀具41与工件51未发生碰撞后，控制部件35控制主轴10继续运行；当主轴10的应力大于或等于预设极限应力，判定刀具41受力异常后，控制部件35通过制动部件36使主轴10及时停止运行。

具体地，当主轴10的应力大于预设极限应力时，该检测方法还包括：当确认刀具41与工件51发生碰撞，则预设极限应力维持原始数值；当确认刀具41与工件51未发生碰撞，则根据主轴10的应力重新设定新的预设极限应力。

具体地，当主轴10的应力大于预设极限应力，且确认刀具41与工件51未发生碰撞时，为了避免因刀具41的瞬时切削力过大，而使得输出的主轴10的应力过大，故该检测方法还包括：使主轴10的应力乘以预定安全系数以形成新的预设极限应力。

具体地，当主轴10的应力大于预设极限应力时，该检测方法还包括：控制主轴10停止运行，并发出报警信号，以便人工确认刀具41是否与工件51发生碰撞。

在本实施例中，该检测方法还包括：主轴10的应力分为主轴径向力F1、主轴切向力F2、主轴轴向力F3，预设极限应力分为极限径向力F1m、极限切向力F2m、极限轴向力F3m；当F1≥F1m，且F2≥F2m，且F3≥F3m时，则判定刀具41受力异常；反之，当F1<F1m，且F2<F2m，且F3<F3m时，判定刀具41与工件51未发生碰撞。

当F1≥F1m，且F2≥F2m，且F3≥F3m，且确认刀具41与工件51未发生碰撞时，使F1乘以第一安全系数形成新的F1m，使F2乘以第二安全系数形成新的F2m，使F3乘以第三安全系数形成新的F3m。

具体实施过程中，加工工序(为端铣、或侧铣、或转孔、或倒角、或攻丝等)不同，刀具41的切削力也不同，预设极限应力也不同，可以通过选择相应的加工工序，来使主轴10的应力与相对应的预设极限应力进行比较。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

在本发明的检测组件中，该检测组件包括主轴10和设置在主轴10上的传感部件20，主轴10用于与刀具41连接，以通过主轴10带动刀具41运动；当刀具41进行加工切削时，刀具41会受到切削力的逆向力，即主轴10也会受到相应的逆向力，进而发生应力变化，传感部件20能够感受到主轴10的应力变化，并将感受到的主轴10的应力变化转变为相应的电信号输出，以便对主轴10的应力与预设极限应力进行比较，进而判断刀具41是否与工件51发生碰撞；当主轴10的应力小于预设极限应力，则判定刀具41与工件51未发生碰撞，主轴10保持运行状态；当主轴10的应力大于预设极限应力，则判定刀具41受力异常，可以控制主轴10及时停止运行，进一步确认刀具41与工件51是否发生碰撞，这样，可以减小或避免撞刀损失，解决了现有技术中电主轴的防撞检测方式不能及时检测是否出现撞刀的问题。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种检测组件，其特征在于，包括：

主轴(10)，所述主轴(10)用于与刀具(41)连接；

传感部件(20)，所述传感部件(20)设置在所述主轴(10)上，以用于感受所述主轴(10)的应力变化，并将感受到的所述应力变化转变为相应的电信号输出；

其中，当所述刀具(41)进行加工切削时，所述主轴(10)发生应力变化，将所述主轴(10)的应力与预设极限应力进行比较，以判断所述刀具(41)是否与工件(51)发生碰撞。

2.根据权利要求1所述的检测组件，其特征在于，

所述主轴(10)上开设置有安装槽(11)，所述传感部件(20)设置在所述安装槽(11)内；所述安装槽(11)处盖设有遮挡盖(12)，所述遮挡盖(12)位于所述传感部件(20)的外侧，以对所述传感部件(20)形成遮挡；和/或

所述传感部件(20)位于所述主轴(10)的靠近所述刀具(41)的一端。

3.根据权利要求1所述的检测组件，其特征在于，所述传感部件(20)为薄膜传感器。

4.根据权利要求1所述的检测组件，其特征在于，所述检测组件还包括：

信号接收器(31)，所述信号接收器(31)与所述传感部件(20)连接，以用于接收所述传感部件(20)输出的电信号并将接收到的所述电信号放大，进而将放大的电信号输出；

数据转换器(33)，所述数据转换器(33)与所述信号接收器(31)连接，以用于接收所述信号接收器(31)输出的放大的电信号，并将接收到的放大的所述电信号转化成数字信号。

5.根据权利要求4所述的检测组件，其特征在于，所述检测组件还包括：

数据收集器(32)，所述数据收集器(32)与所述信号接收器(31)和所述数据转换器(33)均连接，以对所述信号接收器(31)输出的放大的电信号进行采集，并将采集的所述电信号输出至所述数据转换器(33)中；和/或

模型转换器(34)，所述模型转换器(34)与所述数据转换器(33)连接，以使所述数据转换器(33)将转化成的所述数字信号输出至所述模型转换器(34)中，所述模型转换器(34)根据所述数字信号建立应力模型并输送至控制部件(35)中。

6.一种检测方法，其特征在于，所述检测方法适用于权利要求1至5中任一项所述的检测组件，所述检测方法包括：

在所述刀具(41)进行加工切削时，比较所述主轴(10)的应力与预设极限应力；

当所述主轴(10)的应力大于或等于所述预设极限应力，则判定所述刀具(41)受力异常；反之，则判定所述刀具(41)与工件(51)未发生碰撞。

7.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，当所述主轴(10)的应力大于所述预设极限应力时，所述检测方法还包括：

当确认所述刀具(41)与所述工件(51)发生碰撞，则所述预设极限应力维持原始数值；

当确认所述刀具(41)与所述工件(51)未发生碰撞，则根据所述主轴(10)的应力重新设定新的预设极限应力。

8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，当所述主轴(10)的应力大于所述预设极限应力，且确认所述刀具(41)与所述工件(51)未发生碰撞时，所述检测方法还包括：

使所述主轴(10)的应力乘以预定安全系数以形成新的预设极限应力。

9.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，当所述主轴(10)的应力大于所述预设极限应力时，所述检测方法还包括：

控制所述主轴(10)停止运行，并发出报警信号。

10.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，所述检测方法还包括：

所述主轴(10)的应力分为主轴径向力F1、主轴切向力F2、主轴轴向力F3，所述预设极限应力分为极限径向力F1m、极限切向力F2m、极限轴向力F3m；

当F1≥F1m，且F2≥F2m，且F3≥F3m时，则判定所述刀具(41)受力异常；

当F1<F1m，且F2<F2m，且F3<F3m时，则判定所述刀具(41)与工件(51)未发生碰撞。

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