CN113118488A - 一种内嵌模块化陶瓷封装监测芯片的数控刀具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种内嵌模块化陶瓷封装监测芯片的数控刀具，包括刀杆，刀杆的一端设置有刀头，刀杆的另一端为自由端，刀头上方连接有刀片，刀杆靠近刀头的一端上方连接有夹紧块，夹紧块设置在刀片上方，且夹紧块与刀片接触设置；刀片的上表面内嵌有陶瓷封装监测芯片，且陶瓷封装监测芯片与夹紧块底部接触设置；自由端可拆卸连接在数控车床的刀库中；刀头上设置有与刀片随形的结构。本发明可以实时测量并读取刀具在加工过程中状态信号，供研发人员和刀具使用者收集并分析，最终达到优化刀片材料、结构，监测刀片健康状况的目的。

Description

一种内嵌模块化陶瓷封装监测芯片的数控刀具
技术领域
本发明属于机械加工技术和数控刀具制造领域，尤其涉及一种内嵌模块化陶瓷封装监测芯片的数控刀具。
背景技术
数控刀具作为机械加工过程中的关键组成部分，如何更科学的管理和使用数控刀具直接影响生产效率和成品质量。对于处于加工过程的刀具，如果能够实时测试并反馈刀具状态，对使用者优化成品质量和预判刀具寿命有较大辅助作用。然而由于处在高速运转的机床中，所以一直以来难以对刀具状态进行直接测试和表征。无论是刀具研发人员还是刀具使用者，均只能以测试和加工结果来优化刀具材料、结构和判断刀具是否可以继续使用。目前已公开的专利中，对刀具加工状态的在线监测通常采取间接形式，如摄像法(CN111735764A一种利用多角度摄像的刀具磨损检测装置)和主轴信号传感法(CN111774934A基于端到端模型的刀具健康状况监测方法、装置及系统)。为了高效的使用刀具，提高刀具的使用寿命，亟需一种解决以上问题的数控刀具。
发明内容
本发明的目的是提供一种内嵌模块化陶瓷封装监测芯片的数控刀具，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种内嵌模块化陶瓷封装监测芯片的数控刀具，包括刀杆，所述刀杆的一端设置有刀头，所述刀杆的另一端为自由端，所述刀头上方连接有刀片，所述刀杆靠近所述刀头的一端上方连接有夹紧块，所述夹紧块设置在所述刀片上方，且所述夹紧块与所述刀片接触设置；所述刀片的上表面内嵌有陶瓷封装监测芯片，且所述陶瓷封装监测芯片与所述夹紧块底部接触设置；所述自由端可拆卸连接在数控车床的刀库中；所述刀头上设置有与所述刀片随形的结构。
优选的，所述陶瓷封装监测芯片为身份识别芯片。
优选的，所述陶瓷封装监测芯片为测温芯片，用来实时测量和读取刀具温度。
优选的，所述陶瓷封装监测芯片为应力-应变传感芯片，用来实时测量和读取刀具振动或应力-应变。
优选的，所述刀片的中心开设有第四固定孔，所述刀片的上表面开设有芯片放置槽；所述陶瓷封装监测芯片靠近所述刀片上表面的一端面等间距开设有若干第二限位槽，所述陶瓷封装监测芯片另一端面设置为倾斜面，所述倾斜面靠近所述陶瓷封装监测芯片中心的一边高于相对的一边；所述陶瓷封装监测芯片与所述芯片放置槽相适配。
优选的，所述刀头上表面开设有第三固定孔，所述第三固定孔与所述第四固定孔通过螺钉固定连接。
优选的，所述刀杆靠近所述刀头的一端开设有第一限位槽，所述第一限位槽与所述刀头之间开设有第二固定孔；所述夹紧块的中心开设有第一固定孔，所述夹紧块远离所述刀头的一侧设置有第一限位块，所述夹紧块底面靠近所述刀头的一侧设置有第二限位块，所述第二固定孔与所述第一固定孔通过螺钉固定连接，所述第一限位块与所述第一限位槽相适配，所述第二限位块与任一所述第二限位槽相适配。
优选的，所述芯片放置槽配合所述陶瓷封装监测芯片设置。
优选的，所述陶瓷封装监测芯片为环形芯片。
本发明具有如下技术效果：陶瓷封装监测芯片内嵌在刀片上，数控机床可以实时获取刀片在加工零件的过程中的状态变化信息，能够及时记录和提醒刀片的质量变化趋势，根据收集的数据及时更换或者维护刀片；并利用陶瓷封装具有的绝缘、导热或压电效应，配合不同功能的陶瓷封装监测芯片，实时测量并读取刀具在加工过程中状态信号，供研发人员和刀具使用者收集并分析，最终达到优化刀片材料、结构，监测刀片健康状况的目的。
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为数控刀具的主视图；
图2为数控刀具的俯视图；
图3为刀杆的俯视图；
图4为刀片的俯视图；
图5为刀片左视方向的剖视图；
图6为陶瓷封装监测芯片的俯视图；
图7为陶瓷封装监测芯片主视方向剖视图；
图8为夹紧块的仰视图
图9为装夹机构结构示意图；
图10为夹持块结构示意图；
图11为铣刀刀片结构示意图；
图12为球刀刀片结构示意图；
其中，1、刀杆；2、刀片；3、夹紧块；301、第一限位块；302、压紧块；303、第二限位块；304、第一固定孔；4、陶瓷封装监测芯片；5、第二固定孔；6、刀头；7、第三固定孔；8、第一限位槽；9、第二限位槽；10、芯片放置槽；11、夹持区；12、第四固定孔；13、第一支架；14、芯片装夹座；15、第二支架；16、第一调节旋钮；17、夹持块；18、第一丝杆；19、第二丝杆；20、第二调节旋钮；21、第三丝杆；22、第三调节旋钮。
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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一：
参照图1-8、11-12所示，本发明提供了一种内嵌模块化陶瓷封装监测芯片的数控刀具，包括刀杆1，所述刀杆1的一端设置有刀头6，所述刀杆1的另一端为自由端，所述刀头6上方连接有刀片2，所述刀杆1靠近所述刀头6的一端上方连接有夹紧块3，所述夹紧块3设置在所述刀片2上方，且所述夹紧块3与所述刀片2接触设置；所述刀片2的上表面内嵌有陶瓷封装监测芯片4，且所述陶瓷封装监测芯片4与所述夹紧块3底部接触设置；所述自由端可拆卸连接在数控车床的刀库中；所述刀头6上设置有与所述刀片2随形的结构。所述陶瓷封装监测芯片4内嵌在所述刀片2上，数控机床可以实时获取所述刀片2在加工零件的过程中的状态变化信息，能够及时记录和提醒所述刀片2的质量变化趋势，根据收集的数据及时更换或者维护所述刀片2；并利用陶瓷封装具有的绝缘、导热或压电效应，配合不同功能的所述陶瓷封装监测芯片4，实时测量并读取刀具在加工过程中状态信号，供研发人员和刀具使用者收集并分析，最终达到优化所述刀片2材料、结构，监测所述刀片2健康状况的目的。
进一步优化方案，所述陶瓷封装监测芯片4为身份识别芯片。帮助非接触式探测器读取并识别所述刀片2的基础信息。
进一步优化方案，所述陶瓷封装监测芯片4为测温芯片，用来实时测量和读取刀具温度。
进一步优化方案，所述陶瓷封装监测芯片4为应力-应变传感芯片，用来实时测量和读取刀具振动或应力-应变。
进一步优化方案，所述刀片2的中心开设有第四固定孔12，所述刀片2的上表面开设有芯片放置槽10；所述陶瓷封装监测芯片4靠近所述刀片2上表面的一端面等间距开设有若干第二限位槽9，所述陶瓷封装监测芯片4另一端面设置为倾斜面，所述倾斜面靠近所述陶瓷封装监测芯片4中心的一边高于相对的一边；所述陶瓷封装监测芯片4与所述芯片放置槽10相适配。所述倾斜面是为了使所述陶瓷封装监测芯片4更好地贴近所述刀片2的金属表面，才可以有效检测所述刀片2的状态；所述第二限位槽9是为了确定所述陶瓷封装监测芯片4的相对位置，避免在加工零件的过程中，由于所述刀片2振动而影响所述陶瓷封装监测芯片4的相对位置。
进一步优化方案，所述刀头6上表面开设有第三固定孔7，所述第三固定孔7与所述第四固定孔12通过螺钉固定连接。
进一步优化方案，所述刀杆1靠近所述刀头6的一端开设有第一限位槽8，所述第一限位槽8与所述刀头6之间开设有第二固定孔5；所述夹紧块3的中心开设有第一固定孔304，所述夹紧块3远离所述刀头6的一侧设置有第一限位块301，所述夹紧块3底面靠近所述刀头6的一侧设置有第二限位块303，所述第二固定孔5与所述第一固定孔304通过螺钉固定连接，所述第一限位块301与所述第一限位槽8相适配，所述第二限位块303与任一所述第二限位槽9相适配。
进一步优化方案，所述芯片放置槽10配合所述陶瓷封装监测芯片4设置。所述刀片2上的所述芯片放置槽10根据所述陶瓷封装监测芯片4的尺寸来加工。
进一步优化方案，所述陶瓷封装监测芯片4为环形芯片。
进一步优化方案，所述陶瓷封装监测芯片4适用于车刀刀片、铣刀刀片、球刀刀片等可拆卸刀片的转位刀具。
本实施例的工作过程如下：首先将带有所述陶瓷封装监测芯片4的所述刀片2放置到所述刀头6位置，所述刀片2与所述刀头6随形设置，将所述第三固定孔7与所述第四固定孔12对应，然后通过所述螺钉将所述刀片2与所述刀头6固定；接着将所述夹紧块3上的所述第一限位块301放入所述第一限位槽8并且尺寸相适配，所述第二限位块303放入所述第二限位槽9，所述第二固定孔5与所述第一固定孔304对应，然后通过所述螺钉固定连接将所述夹紧块3固定在所述刀杆1上。
在加工过程中，通过陶瓷封装监测芯片4收集所述刀片2的应力变化和温度变化，并将收集的信息反馈至数控机床。
实施例二：
参照图9-10所示，本实施例的技术方案与实施例一的区别仅在于：
进一步优化方案，所述陶瓷封装监测芯片4与所述刀片2通过装夹机构进行拆装；所述装夹机构包括升降部和装夹部；所述升降部包括第一支架13，所述第一支架13底部转动连接有第三调节旋钮22，所述第三调节旋钮22下方轴接有第三丝杆21，所述第三丝杆21螺接有第二支架15，所述第二支架15与所述第一支架13竖直方向滑动连接。
进一步优化方案，所述装夹部包括芯片装夹座14，所述芯片装夹座14固定连接在所述第一支架13的底部中心，所述芯片装夹座14的装夹中心与所述第三丝杆21的轴线同轴心。
进一步优化方案，所述装夹部还包括第一双向丝杆18与第二双向丝杆19，所述第一双向丝杆18所述第二双向丝杆19分别转动连接在所述第二支架15底部内侧，所述第一双向丝杆18所述第二双向丝杆19等高且平行间距设置；所述第二支架15底部两侧分别转动连接有第一调节旋钮16和第二调节旋钮20，所述第一调节旋钮16与所述第一双向丝杆18轴接设置，所述第二调节旋钮20与所述第二双向丝杆19轴接设置；所述第一双向丝杆18中间和所述第二双向丝杆19的两端分别对称螺接有夹持块17，所述第一双向丝杆18所述第二双向丝杆19上的所述夹持块17相向设置；所述第二支架15底面开设有滑槽(图中未显示)，四个所述夹持块17底部分别在所述滑槽中滑动连接。
进一步优化方案，所述第二支架15底面设置有第三限位块(图中未显示)，所述第三限位块与所述第二限位槽9相适配，所述第三限位块与所述刀片2的相对位置和所述第二限位块303与所述刀片2的相对位置相同。
本实施例的工作过程如下：首先将所述刀片2固定在所述芯片装夹座14的中心位置；然后通过调整所述第一调节旋钮16与所述第二调节旋钮20，使所述第一双向丝杆18上的两个所述夹持块17向两端移动，即向所述陶瓷封装监测芯片4的内侧壁移动，使第二双向丝杆19上的两个所述夹持块17向中心移动，即向所述陶瓷封装监测芯片4的外侧壁移动，直至所述陶瓷封装监测芯片4被夹持，夹持的同时，必须保证所述第三限位块位于所述第二限位槽9内，使所述刀片2与所述陶瓷封装监测芯片4的安装位置与在所述刀头6上的位置一致；此时，所述陶瓷封装监测芯片4与所述芯片放置槽10上下对应；接着调整所述第三调节旋钮22，使所述第二支架15向下移动，使所述陶瓷封装监测芯片4竖直压入所述芯片放置槽10内。以相反的操作可以取出所述陶瓷封装监测芯片4。
只有所述陶瓷封装监测芯片的尺寸4与所述芯片放置槽10的尺寸相适配，才可以更有效的监测所述刀片2在使用过程中的状态变化，固需专用的装夹机构进行操作。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，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。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种内嵌模块化陶瓷封装监测芯片的数控刀具，其特征在于：包括刀杆(1)，所述刀杆(1)的一端设置有刀头(6)，所述刀杆(1)的另一端为自由端，所述刀头(6)上方连接有刀片(2)，所述刀杆(1)靠近所述刀头(6)的一端上方连接有夹紧块(3)，所述夹紧块(3)设置在所述刀片(2)上方，且所述夹紧块(3)与所述刀片(2)接触设置；所述刀片(2)的上表面内嵌有陶瓷封装监测芯片(4)，且所述陶瓷封装监测芯片(4)与所述夹紧块(3)底部接触设置；所述自由端可拆卸连接在数控车床的刀库中；所述刀头(6)上设置有与所述刀片(2)随形的结构。
2.根据权利要求1所述的内嵌模块化陶瓷封装监测芯片的数控刀具，其特征在于：所述陶瓷封装监测芯片(4)为身份识别芯片。
3.根据权利要求1所述的内嵌模块化陶瓷封装监测芯片的数控刀具，其特征在于：所述陶瓷封装监测芯片(4)为测温芯片，用来实时测量和读取刀具温度。
4.根据权利要求1所述的内嵌模块化陶瓷封装监测芯片的数控刀具，其特征在于：所述陶瓷封装监测芯片(4)为应力-应变传感芯片，用来实时测量和读取刀具振动或应力-应变。
5.根据权利要求1所述的内嵌模块化陶瓷封装监测芯片的数控刀具，其特征在于：所述刀片(2)的中心开设有第四固定孔(12)，所述刀片(2)的上表面开设有芯片放置槽(10)；所述陶瓷封装监测芯片(4)靠近所述刀片(2)上表面的一端面等间距开设有若干第二限位槽(9)，所述陶瓷封装监测芯片(4)另一端面设置为倾斜面，所述倾斜面靠近所述陶瓷封装监测芯片(4)中心的一边高于相对的一边；所述陶瓷封装监测芯片(4)与所述芯片放置槽(10)相适配。
6.根据权利要求5所述的内嵌模块化陶瓷封装监测芯片的数控刀具，其特征在于：所述刀头(6)上表面开设有第三固定孔(7)，所述第三固定孔(7)与所述第四固定孔(12)通过螺钉固定连接。
7.根据权利要求5所述的内嵌模块化陶瓷封装监测芯片的数控刀具，其特征在于：所述刀杆(1)靠近所述刀头(6)的一端开设有第一限位槽(8)，所述第一限位槽(8)与所述刀头(6)之间开设有第二固定孔(5)；所述夹紧块(3)的中心开设有第一固定孔(304)，所述夹紧块(3)远离所述刀头(6)的一侧设置有第一限位块(301)，所述夹紧块(3)底面靠近所述刀头(6)的一侧设置有第二限位块(303)，所述第二固定孔(5)与所述第一固定孔(304)通过螺钉固定连接，所述第一限位块(301)与所述第一限位槽(8)相适配，所述第二限位块(303)与任一所述第二限位槽(9)相适配。
8.根据权利要求1-7任一项所述的内嵌模块化陶瓷封装监测芯片的数控刀具，其特征在于：所述芯片放置槽(10)配合所述陶瓷封装监测芯片(4)设置。
9.根据权利要求8所述的内嵌模块化陶瓷封装监测芯片的数控刀具，其特征在于：所述陶瓷封装监测芯片(4)为环形芯片。
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