CN112719472B - 一种智能圆形插齿刀 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能圆形插齿刀，包括刀体、若干个刀头、薄膜压力传感器、压环和防护壳；刀体上沿圆周均布开设有若干个刀头槽，刀头一一置于刀头槽内，并通过压环压紧固定；每个刀头上设置有四个Ω形凹槽，分别位于刀头上顶面、后侧面和左右两个侧面，每个Ω形凹槽内分别安装一薄膜压力传感器，各个薄膜压力传感器均径向布置，且引线指向刀体中心轴线；刀体上圆周阵列设置有用于各个薄膜压力传感器引线通过的缝隙；防护壳同时与压环和刀体接触，防护壳下部设有引线通孔，每个薄膜压力传感器引线穿过刀体上对应的缝隙，并通过引线通孔与外接电线连接。本发明能够同时测量插齿加工时各刀头的轴向力、径向力与圆周切向力，结构设计合理、检测精度高。
Description
技术领域
本发明属于插齿刀技术领域，特别是涉及一种智能圆形插齿刀。
背景技术
在利用数控插齿机进行插齿加工的时候，采用齿轮啮合原理进行展成加工，在齿轮加工过程中，插齿刀和工件进行展成运动。每个插齿冲程加工一次切削的面积和形状均不同，所以切削力也有很大的变化。在加工过程中，机床的额定功率要大于最大切削功率，即机床能提供的力要大于最大切削力，且大部分切削冲程的切削力远远小于机床提供的力。因此，在加工过程中，切削力并不恒定，而是处于周期性变化，不是每一个切削冲程都充分利用了切削效率，导致对数控插齿机的效率造成了很大的浪费，尤其是在进行大直径、大模数齿轮加工的时候，切削效率低会大大的增加切削的时间。为了提高插齿刀切削效率，需要对切削力进行深入研究，对切削力进行检测和研究对于提高切削效率、切削精度和提高机床的刚度和稳定性具有重要的意义。切削力可以分解为沿插齿刀主轴方向的轴向力、工件和刀具之间的径向力与圆周切向力，目前没有办法能够同时测量上述力。因此，为了对插齿加工过程深入研究，提高插齿加工效率，急需开发一种能够同时测量上述切削力的智能插齿刀。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种智能圆形插齿刀，该圆形插齿刀能够同时测量各刀头沿插齿刀主轴方向的轴向力、工件和刀具之间的径向力与圆周切向力，具有结构设计合理、检测精度高等特点。
本发明是这样实现的，一种智能圆形插齿刀，包括刀体、若干个刀头、薄膜压力传感器、压环、和防护壳；所述刀体中心开设有用于安装在插齿机刀轴下面的刀接套上的安装孔，所述刀体上沿圆周均布开设有若干个放置各个所述刀头的刀头槽，每个所述刀头一一置于刀头槽内，并通过压环将各个刀头压紧固定，所述压环通过紧定螺栓安装在刀体上；
每个所述刀头上设置有四个Ω形凹槽，四个Ω形凹槽分别位于刀头的上顶面、后侧面和左右两个侧面，刀头的上顶面为水平面，刀头的后顶面为与径向方向垂直的面，刀头的左右两个侧面为与圆周切线方向垂直的面，每个Ω形凹槽内分别安装有一个薄膜压力传感器，各个薄膜压力传感器均径向布置，各个薄膜压力传感器的引线指向刀体中心轴线；刀头上顶面的薄膜压力传感器用于测量切削时对应刀头承受的轴向力，刀头后侧面的薄膜压力传感器用于测量切削时对应刀头承受的径向力，刀头左右两个侧面的薄膜压力传感器用于测量切削时对应刀头承受圆周切线方向的侧向力；
所述刀头的刀尖下表面向下倾斜一定角度，刀尖的水平截面从下向上逐渐减小；
所述刀体上圆周阵列设置有用于各个薄膜压力传感器引线通过的缝隙；
所述防护壳同时与压环和刀体接触，所述防护壳与压环和刀体之间留有空间，用于保护各个薄膜压力传感器，所述防护壳的下部设有若干个引线通孔，所述防护壳通过固定螺钉安装在刀体上；每个所述薄膜压力传感器的引线穿过刀体上对应的缝隙，并通过引线通孔与外接电线连接。
在上述技术方案中，优选的，每个所述刀头与压环配合的下底面为倾斜面，所述压环与刀头配合的上顶面具有对应的倾斜角度，用于限制刀头由内向外的径向运动。
在上述技术方案中，优选的，每个所述薄膜压力传感器的两侧均设置有硅胶片，硅胶片的作用是增加薄膜压力传感器的受力面积，提高检测精度。
在上述技术方案中，优选的，位于刀头后侧面的薄膜压力传感器引线弯曲设置，便于此薄膜压力传感器引线绕过刀体底部。
在上述技术方案中，优选的，所述刀体上的缝隙采用电火花加工方式加工而成。
在上述技术方案中，优选的，所述引线通孔上具有螺纹，螺纹用于与外接电线防护套管相连接。
与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：
1、本发明通过在刀头的上顶面、后侧面和左右两个侧面的Ω形凹槽内分别安装一个薄膜压力传感器，实现了切削时实时测量对应刀头各自承受的轴向力、径向力和侧向力，便于对切削参数进行实时调整，大大降低了加工时间，提高切削效率。
2、本发明的各个刀头分别单独设置安装，当某个刀头磨损需要更换时，只需对磨损的刀头进行更换，避免刀头整体更换造成的浪费，节约成本。
3、本发明的插齿刀具有结构设计合理紧凑、能够避免切削时切屑等污染薄膜压力传感器和电气接头，检测精度高；不仅适用于渐开线齿轮，还适用于摆线齿、花键、圆弧齿、梯形齿等不同齿形的齿轮；不仅适用于直齿插齿刀刀具，也适用于斜齿插齿刀刀具；不仅适用于圆形插齿刀刀具，也适用于只有部分齿的扇形插齿刀刀具；不仅适用于插齿刀刀具，还可以扩展适用于刮齿刀、梳齿刀等齿轮刀具。
附图说明
图1是本发明的圆形插齿刀的立体图一；
图2是本发明的圆形插齿刀的立体图二；
图3是本发明的圆形插齿刀的主视图；
图4是图3的A-A剖视图；
图5是图3的B-B剖视图；
图6是图4的C-C剖视图；
图7a是本发明的刀头的结构示意图；
图7b是图7a的左视图；
图7c是图7a的俯视图；
图8是本发明的刀头安装完四个薄膜压力传感器后的结构示意图；
图9是本发明的刀头上顶面和左右两个侧面的薄膜压力传感器的结构示意图；
图10是本发明的刀头后侧面的薄膜压力传感器的结构示意图；
图11是本发明的刀体的立体图；
图12是本发明的压环的立体图；
图13是本发明的防护壳的立体图一；
图14是本发明的防护壳的立体图二。
图中：1、刀体；11、安装孔；12、刀头槽；13、缝隙；2、刀头；21、Ω形凹槽；3、薄膜压力传感器；31、刀头上顶面的薄膜压力传感器；32、刀头后侧面的薄膜压力传感器；33、刀头左右两个侧面的薄膜压力传感器；4、压环；41、紧定螺栓；5、防护壳；51、引线通孔；52、固定螺钉；6、硅胶片。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例
如图1～14所示，本发明的实施例提供一种智能圆形插齿刀，包括刀体1、若干个刀头2、薄膜压力传感器3、压环4、和防护壳5；所述刀体1中心开设有用于安装在插齿机刀轴下面的刀接套上的安装孔11，所述刀体1上沿圆周均布开设有若干个放置各个所述刀头2的刀头槽12，每个所述刀头2一一置于刀头槽12内，并通过压环4将各个刀头2压紧固定；每个所述刀头2与压环4配合的下底面为倾斜面，所述压环4与刀头2配合的上顶面具有对应的倾斜角度，用于限制刀头2由内向外的径向运动；为了提高插齿切削效果，刀头2的刀尖下表面向下倾斜一定角度，刀尖的水平截面从下向上逐渐减小，即切削轮廓向内收缩；所述压环4通过紧定螺栓41安装在刀体1上。
每个所述刀头2上设置有四个Ω形凹槽21，四个Ω形凹槽21分别位于刀头2的上顶面、后侧面和左右两个侧面，刀头的上顶面为水平面，刀头的后顶面为与径向方向垂直的面，刀头的左右两个侧面为与圆周切线方向垂直的面，每个Ω形凹槽21内分别安装有一个薄膜压力传感器3，各个薄膜压力传感器3均径向布置，各个薄膜压力传感器3的引线指向刀体1中心轴线；每个所述薄膜压力传感器3的两侧均设置有硅胶片6，硅胶片6的作用是增加薄膜压力传感器3的受力面积，提高检测精度。刀头上顶面的薄膜压力传感器31用于测量切削时对应刀头2承受的轴向力；刀头后侧面的薄膜压力传感器32用于测量切削时对应刀头2承受的径向力，位于刀头后侧面的薄膜压力传感器引线32弯曲设置，便于此薄膜压力传感器引线绕过刀体底部；刀头左右两个侧面的薄膜压力传感器33用于测量切削时对应刀头2承受圆周切线方向的侧向力；本实施例中的薄膜压力传感器3可选用RFP803薄膜压力传感器3。
所述刀体1上圆周阵列设置有用于各个薄膜压力传感器3引线通过的缝隙13，本实施例的刀体1上仅设置有供刀头上顶面的薄膜压力传感器31和刀头左右两个侧面的薄膜压力传感器33引线穿过的缝隙13，刀头后侧面的薄膜压力传感器32引线弯曲后绕过刀体1的底部，刀体1上各个缝隙13采用电火花加工方式加工而成。
所述防护壳5同时与压环4和刀体1接触，避免切削时切屑等污染薄膜压力传感器3和电气接头，所述防护壳5与压环4和刀体1之间留有空间，用于保护各个薄膜压力传感器3，便于薄膜压力传感器3引线与外接电线连接，所述防护壳5的下部设有若干个引线通孔51，所述防护壳5通过固定螺钉52安装在刀体1上；每个所述薄膜压力传感器3的引线穿过刀体1上对应的缝隙13，并通过引线通孔51与外接电线连接。所述引线通孔51上具有螺纹，螺纹可以与外接电线防护套管相连接。
本发明可以全部刀头2都安装薄膜压力传感器3，也可以部分刀头2安装薄膜压力传感器3；可以在每个刀头2上安装多个薄膜压力传感器3，也可以根据测试需要，安装部分薄膜压力传感器3。为便于安装紧定螺栓41和固定螺钉52，本实施例采用每隔开几个刀头2就有1个没有安装薄膜压力传感器3的刀头2，此时，分割区的齿数应该大于插齿加工时同时参与切削的齿数，保证试验加工过程顺利进行，并保证加工过程中有一组完整的切削力检测和记录数据。
本发明的具体工作过程如下：
工作时，先将本发明的每个薄膜压力传感器3的引线与外接电线连接，然后将插齿刀安装在插齿机刀轴下面的刀接套上，实现切削加工。
本发明的插齿刀不仅适用于渐开线齿轮，还适用于摆线齿、花键、圆弧齿、梯形齿等不同齿形的齿轮；不仅适用于直齿插齿刀刀具，也适用于斜齿插齿刀刀具；不仅适用于圆形插齿刀刀具，也适用于只有部分齿的扇形插齿刀刀具；不仅适用于插齿刀刀具，还可以扩展适用于刮齿刀、梳齿刀等齿轮刀具。
以上所述仅是对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，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种智能圆形插齿刀，其特征在于，包括刀体、若干个刀头、薄膜压力传感器、压环、和防护壳；所述刀体中心开设有用于安装在插齿机刀轴下面的刀接套上的安装孔，所述刀体上沿圆周均布开设有若干个放置各个所述刀头的刀头槽，每个所述刀头一一置于刀头槽内，并通过压环将各个刀头压紧固定，所述压环通过紧定螺栓安装在刀体上；
每个所述刀头上设置有四个Ω形凹槽，四个Ω形凹槽分别位于刀头的上顶面、后侧面和左右两个侧面，刀头的上顶面为水平面，刀头的后侧 面为与径向方向垂直的面，刀头的左右两个侧面为与圆周切线方向垂直的面，每个Ω形凹槽内分别安装有一个薄膜压力传感器，各个薄膜压力传感器均径向布置，各个薄膜压力传感器的引线指向刀体中心轴线；刀头上顶面的薄膜压力传感器用于测量切削时对应刀头承受的轴向力，刀头后侧面的薄膜压力传感器用于测量切削时对应刀头承受的径向力，刀头左右两个侧面的薄膜压力传感器用于测量切削时对应刀头承受圆周切线方向的侧向力；
所述刀头的刀尖下表面向下倾斜一定角度，刀尖的水平截面从下向上逐渐减小；
所述刀体上圆周阵列设置有用于各个薄膜压力传感器引线通过的缝隙；
所述防护壳同时与压环和刀体接触，所述防护壳与压环和刀体之间留有空间，用于保护各个薄膜压力传感器，所述防护壳的下部设有若干个引线通孔，所述防护壳通过固定螺钉安装在刀体上；每个所述薄膜压力传感器的引线穿过刀体上对应的缝隙，并通过引线通孔与外接电线连接。
2.根据权利要求1所述的智能圆形插齿刀，其特征在于，每个所述刀头与压环配合的下底面为倾斜面，所述压环与刀头配合的上顶面具有对应的倾斜角度，用于限制刀头由内向外的径向运动。
3.根据权利要求1所述的智能圆形插齿刀，其特征在于，每个所述薄膜压力传感器的两侧均设置有硅胶片。
4.根据权利要求1所述的智能圆形插齿刀，其特征在于，位于刀头后侧面的薄膜压力传感器引线弯曲设置。
5.根据权利要求1所述的智能圆形插齿刀，其特征在于，所述刀体上的缝隙采用电火花加工方式加工而成。
6.根据权利要求1所述的智能圆形插齿刀，其特征在于，所述引线通孔上具有螺纹，螺纹用于与外接电线防护套管相连接。
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