CN113043072A - 一种刀具工作状态监测装置 - Google Patents

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丁允念
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Abstract

本发明提供一种刀具工作状态监测装置，包括刀具夹具、电路板和多个传感器；刀具夹具的一端形成有用于固定刀具的第一夹口，另一端形成有用于安装所述电路板的第二夹口；电路板安装于刀具夹具的第二夹口中，包括内置有软件的芯片、传感器信号接收装置、WIFI模块以及电源装置；多个传感器均设置于刀具夹具上并与电路板的传感器信号接收装置均相连，包括接收声发射传感器、振动信号传感器、切削力信号传感器、温度传感器和霍尔传感器。实施本发明，能克服传统直接监测和间接监测所存在的问题，及时获取切削力信号、声发射信号、刀具转速、温度等相关状态参数信息。

Description

一种刀具工作状态监测装置
技术领域
本发明涉及刀具测量技术领域，尤其涉及一种刀具工作状态监测装置。
背景技术
在现今的制造业中，人工智能和大数据处理分析挖掘等技术的迅速发展，机械设备的健康状态监测也逐渐从加工设备的事后故障诊断慢慢发展到对于加工设备的故障提前预警维护和寿命预测管理。
目前，数控机床的刀具实时工作状态也需要实现智能化的预警维护和寿命预测管理，主要在于刀具生产中的工作状态对工件的质量起着决定性作用。一旦刀具受损，可能会损害工件，甚至造成机床事故，从而影响产品生产效率。因此，对刀具实时工作状态的监测能够提高产品生产的稳定性和保障产品的生产效率。
传统的监测方法包括直接监测(光学图谱法、接触法、放电性技术)和间接监测(切削温度测量法、声发射检测法、振动监测法、切削力监测法)。直接监测虽然操作性强，能够得到直观数据，但受环境干扰，导致数据有误差，精度不够。间接监测虽然可以采集相对准确数据，但是实时的监测是不够的，且监测的状态信息不全面。
因此，亟需一种刀具工作状态监测装置，能克服传统直接监测和间接监测所存在的问题，及时获取切削力信号、声发射信号、刀具转速、温度等相关状态参数信息。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种刀具工作状态监测装置，能克服传统直接监测和间接监测所存在的问题，及时获取切削力信号、声发射信号、刀具转速、温度等相关状态参数信息。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种刀具工作状态监测装置，包括刀具夹具、电路板和多个传感器；其中，
所述刀具夹具的一端形成有用于固定刀具的第一夹口，另一端形成有用于安装所述电路板的第二夹口；
所述电路板安装于所述刀具夹具的第二夹口中，包括内置有软件的芯片、传感器信号接收装置、WIFI模块以及电源装置；
所述多个传感器均设置于所述刀具夹具上并与所述电路板的传感器信号接收装置均相连，包括接收声发射传感器、振动信号传感器、切削力信号传感器、温度传感器和霍尔传感器。
其中，所述第一夹口的外侧设有可对夹口大小进行调整的调节旋钮。
其中，所述电路板安装在安装器件内部，并通过所述安装器件固定安装于所述刀具夹具的第二夹口中。
其中，所述安装器件的外表面上设有外螺纹，并与所述刀具夹具的第二夹口内壁形成的内螺纹实现螺纹连接；其中，所述安装器件所采用的材质与所述刀具夹具所采用的材质相同。
其中，所述安装器件上的外螺纹靠近所述刀具夹具的第一夹口设置，且其朝向所述刀具夹具的一端与所述刀具夹具之间设有止挡件。
其中，所述安装器件远离所述刀具夹具的第一夹口的一端设置有与所述刀具夹具的第二夹口相锁扣的锁钩。
其中，所述多个传感器均通过所述刀具夹具上预先加工的通槽进行安装。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明基于多个传感器感应刀具实时状态的各类信号，及时获取切削力信号、声发射信号、刀具转速、温度等相关状态参数信息，从而能够对刀具实时的磨损状态和寿命进行较为精确的预测，克服例如传统直接监测和间接监测所存在的问题。
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，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1为本发明实施例提供的一种刀具工作状态监测装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图1所示，为本发明实施例中，提供的一种刀具工作状态监测装置，包括刀具夹具1、电路板2和多个传感器A～F；其中，
刀具夹具1的一端形成有用于固定刀具(未图示)的第一夹口11，另一端形成有用于安装电路板2的第二夹口12；
电路板2安装于刀具夹具1的第二夹口11中，包括内置有软件的芯片4、传感器信号接收装置5、WIFI模块6以及电源装置3；
多个传感器A～F均设置于刀具夹具1上并与电路板2的传感器信号接收装置5均相连，包括但不限于接收声发射传感器、振动信号传感器、切削力信号传感器、温度传感器和霍尔传感器。
在本发明实施例中，刀具夹具1保留普通夹具的加持固定刀具的功能，即可以充当机床刀具的加持件，同时充当机床主轴与刀具的连接件，且本刀具夹具1在第一夹口11的外侧设有可对夹口大小进行调整的调节旋钮7，此时刀具夹持部分可以通过调节旋钮7调整以适应不同型号的刀具，使得刀具夹具1有更好的扩展性。
在本发明实施例中，本刀具夹具1在外形上不影响机床的工作作业时，在刀具夹具1上同时构造感知单元，用于布置各类传感器A～F，用来收集相应感知信息。此时，多个传感器A～F均通过刀具夹具1上预先加工的通槽进行安装，且多个传感器A～F载体的材料和刀具夹具1的材料保持一致。因此，本刀具夹具1整体结构本身具有较高的灵敏度，降低后续传感单元和信号采集系统的设计难度。
在本发明实施例中，电路板2安装在安装器件8内部，并通过安装器件8固定安装于刀具夹具1的第二夹口12中。此时，安装器件8的外表面上设有外螺纹，并与刀具夹具1的第二夹口12内壁形成的内螺纹实现螺纹连接；其中，安装器件8所采用的材质与刀具夹具1所采用的材质相同，且安装器件8上的外螺纹靠近刀具夹具1的第一夹口11设置，其朝向刀具夹具1的一端与刀具夹具1之间设有止挡件10。
更进一步的，安装器件8远离刀具夹具1的第一夹口11的一端设置有与刀具夹具1的第二夹口12相锁扣的锁钩9，实现进一步固定。当需要对电路板2进行取出时，只需要打开安装器件8的锁钩9即可取出电路板2，该设计方便后期对电路板部分进行维护和配置。
在本发明实施例中，电路板2上选用的WIFI模块6基于TCP/IP协议设计信号传输单元，实现信号无线传输；电路板2上的电源装置3由可充电锂电池组成，它为整套系统供电；同时电源装置3设计转换电路为不同的元器件提供不同的电压供给。芯片4内置软件对各传感器A～F和相关配件对刀具实时状态信号信息及其他相关刀具参数进行采集，同时通过调用电路板的WIFI模块6将相关信号信息进行无线传输到远端的Server服务器上进行分析。当然，该电路板2还包括陀螺仪和转速计；其中，陀螺仪用来监测刀具运转是否存在偏移，是否存在运作异常；转速计用来测试当前相关刀具的转速。
在本发明实施例中，声发射传感器，通过刀具的声发射信号监测刀具加工时的声发射信号；振动信号传感器，通过振动信号监测加工过程中刀具振动加速度信号；切削力信号传感器。通过切削力信号的方式监测加工过程中的切削力；温度传感器，用来监测刀具的即时工作温度，可以忽略刀具头和刀具尾端的温度差别；霍尔传感器，可以直接卡扣在机床主轴电机电缆上采集电流信号，而无需对机床内部结构进行调整。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明基于多个传感器感应刀具实时状态的各类信号，及时获取切削力信号、声发射信号、刀具转速、温度等相关状态参数信息，从而能够对刀具实时的磨损状态和寿命进行较为精确的预测，克服例如传统直接监测和间接监测所存在的问题。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种刀具工作状态监测装置，其特征在于，包括刀具夹具、电路板和多个传感器；其中，
所述刀具夹具的一端形成有用于固定刀具的第一夹口，另一端形成有用于安装所述电路板的第二夹口；
所述电路板安装于所述刀具夹具的第二夹口中，包括内置有软件的芯片、传感器信号接收装置、WIFI模块以及电源装置；
所述多个传感器均设置于所述刀具夹具上并与所述电路板的传感器信号接收装置均相连，包括接收声发射传感器、振动信号传感器、切削力信号传感器、温度传感器和霍尔传感器。
2.如权利要求1所述的刀具工作状态监测装置，其特征在于，所述第一夹口的外侧设有可对夹口大小进行调整的调节旋钮。
3.如权利要求1所述的刀具工作状态监测装置，其特征在于，所述电路板安装在安装器件内部，并通过所述安装器件固定安装于所述刀具夹具的第二夹口中。
4.如权利要求3所述的刀具工作状态监测装置，其特征在于，所述安装器件的外表面上设有外螺纹，并与所述刀具夹具的第二夹口内壁形成的内螺纹实现螺纹连接；其中，所述安装器件所采用的材质与所述刀具夹具所采用的材质相同。
5.如权利要求4所述的刀具工作状态监测装置，其特征在于，所述安装器件上的外螺纹靠近所述刀具夹具的第一夹口设置，且其朝向所述刀具夹具的一端与所述刀具夹具之间设有止挡件。
6.如权利要求5所述的刀具工作状态监测装置，其特征在于，所述安装器件远离所述刀具夹具的第一夹口的一端设置有与所述刀具夹具的第二夹口相锁扣的锁钩。
7.如权利要求1所述的刀具工作状态监测装置，其特征在于，所述多个传感器均通过所述刀具夹具上预先加工的通槽进行安装。
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