CN113523905A - 一种立铣刀在机磨损检测装置 - Google Patents
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Abstract
本专利公开了一种立铣刀磨损在机检测装置，包括基座、传动系统、磁场检测系统、位置检测系统、信号处理系统。所述的传动系统包括手轮、蜗轮、蜗杆和支架，用于固定和驱动磁场检测装置。所述磁场检测系统包括激励线圈、磁芯和磁场传感器，激励线圈在检测区域产生交变磁场，铣刀处于交变磁场中时产生感应电流，由于集肤效应，交变电流主要集中于铣刀表面；当刀具发生磨损时，切削刃附近的感应电流分布发生变化，从而改变磁场的分布，传感器通过检测铣刀的感应磁场来复映刀具的磨损边界。所述位置检测系统包括红外感应器和角位移传感器，位置传感器用于标定铣刀的位置，角位移传感器用于记录磁场检测系统的角度。所述的信号处理系统包括前置放大电路、信号调节电路、信号处理电路和显示控制电路，用于处理和分析所测信号。本发明适合在机检测立铣刀的磨损，避免了铣刀的装夹所消耗的时间，提高了生产效率；同时避免了由于铣刀拆装产生的误差，提高了检测精度，保证了加工生产的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种机械加工检测装置，具体涉及立铣刀磨损状态的在机检测装置，可实现在机检测。
背景技术
随着机械加工技术的快速发展，航空航天、汽车、机床、零件加工等方面对加工精度的要求越来越高，而刀具磨损不仅影响加工精度，还会增加制造成本，影响加工效率，甚至损坏机床。由于刀具的后刀面上磨损比较严重，通常将后刀面磨损带的宽度作为评判刀具是否磨损的依据。
目前对刀具磨损的检测大都停留在凭经验判断阶段，通过判断切削时的声音、切屑的颜色、工件加工表面的粗糙度等方法来判断刀具是否磨损。如果对刀具寿命估计过于宽泛，会导致加工工件的缺陷产生，影响工件表面质量和尺寸精度，从而增加次品率；如果刀具寿命估计过于保守，则不能对刀具进行充分利用，从而增加换刀次数和刀具成本。另一种主要的检测方法是利用工具显微镜进行人工检测，其缺点主要是需要人工进行辅助检测，增加了人力物力，而且需要刀具的拆卸，程序繁琐，影响加工效率。
发明内容
为了解决刀具磨损检测程序繁琐、检测误差较大等问题，本发明设计了一种无需拆卸刀具的在机磨损检测装置，该装置能够实现对立铣刀的在机磨损检测，减少因刀具的拆卸带来的误差；并且能自动获取立铣刀后刀面的磨损值，信号经过处理后可对刀具的磨损进行测定。
为达到上述发明目的，本发明采用下述技术方案：
一种立铣刀磨损在机检测装置，主要由基座、传动系统、磁场检测系统、位置检测系统、信号处理系统组成。所述基座通过T型槽固定在机床工作台上，所述传动系统安装在基座上，所述磁场检测装置固定在支架上，所述位置检测装置安装在基座上。
所述传动系统包括手轮、蜗杆、蜗轮和支架。蜗轮装置通过推力轴承与蜗轮轴安装在基座上，蜗杆安装在轴承座上与蜗轮啮合。蜗轮上开有滑槽，滑槽上设置有水平标尺用于记录立铣刀与磁场检测系统之间的距离。手轮与蜗杆固定连接。
所述的支架固定连接磁场检测装置，其底部利用锁紧装置与蜗轮上的滑槽固定，支架高度可以调节，支架上刻有标尺，用于记录磁场检测装置的高度。
所述磁场检测装置包括矩形激励线圈、磁芯与磁场传感器，所述矩形激励线圈通以12V正弦交变电流，为了产生匀强激励磁场，在激励线圈中加入磁芯。磁场传感器固定在磁芯中心，上面均匀缠绕着单层线圈，每线圈的输出端与信号处理系统的输入端相连，测量刀具一条母线上的磁场大小及其对应的位置高度。
所述信号处理系统包括前置放大电路、信号调理电路、信号处理电路、显示控制电路。用来将磁场检测装置检测到的信号进行处理、分析。
所述位置检测系统包括红外感应器和角位移传感器，位置传感器固定在传动装置的蜗轮轴端盖上检测刀具位置，角位移传感器固定在基座上测量蜗轮的旋转角度。位置传感器与角位移传感器的数据信号输出端与信号处理系统的输入端连接。
上述装置在使用时，调整铣刀位置直至红外感应器检测到铣刀位于蜗轮轴的中心轴线上，调整支架和磁场检测装置的位置，通过转动手轮使蜗杆带动蜗轮上的磁场检测装置绕螺旋立铣刀旋转一周，测出刀具后刀面上的磁场信号，通过磁场信号的分布与复映出刀具后刀面上的磨损边界，从而检测后刀面上的磨损情况。
附图说明
图1为磨损检测装置结构示意图。
图2为支架结构示意图。
图3为滑块结构示意图。
图4为信号处理系统结构图。
图5为磨损立铣刀磨损边界复映曲线图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
参见图1，一种立铣刀在机磨损检测装置，包括基座、传动系统、磁场检测系统、位置检测系统、信号处理系统。基座1通过T型槽固定在机床工作台上；传动系统包括手轮2、蜗杆4、蜗轮5和支架6，蜗杆4、蜗轮5安装在基座上，手轮2与蜗杆5固定连接，支架6通过锁紧装置固定在蜗轮4上的滑槽中；磁场检测装置包括激励线圈7、磁芯8和磁场传感器9，激励线圈7绕在磁芯8上，磁场传感器9固定在磁芯8两端之间，磁场传感器9由单层排列的线圈组成，每个线圈都标有编号且信号输出端与信号处理系统的输入端相连，磁场检测装置通过支架6固定在蜗轮5上；位置检测装置包括红外感应器10和角位移传感器12，红外感应器10固定在蜗轮轴端盖11上，角位移传感器12固定在基座1上，其信号输出端均与信号处理系统的信号输入端相连。
支架6的结构如图2所示，支架6主要由锁紧机构和导轨滑块机构组成。
锁紧机构包括锁紧螺栓61，底板62，圆柱滑块63。底板62上开有螺纹孔，圆柱滑块63的与滑槽宽度相同，圆柱滑块63的高度小于滑槽深度，圆柱滑块63中心开有通孔，通孔直径等于锁紧螺栓61杆部直径。安装时将底板62放置到滑槽下表面，圆柱滑块63置于滑槽中，支架导轨64置于滑槽上表面，用锁紧螺栓61连接。由于圆柱滑块63的直径与滑槽宽度相同，高度小于滑槽深度，通过摩擦力的作用使锁紧支架6在滑槽中不发生窜动。
导轨滑块机构包括支架导轨64和滑块65。滑块65的结构参见图3，滑块65包括滑块体651，锁紧螺钉652，顶块653。滑块体651两端各有一个腔体，两个顶块653分别位于滑块体651上的两个腔体中，腔体壁上各有一个通透的螺纹孔，锁紧螺钉652旋入其中。工作时，滑块65与支架导轨64通过燕尾槽联接，旋转锁紧螺钉652推动顶块653夹紧支架导轨64实现滑块65的锁紧。
刀具磨损检测由两部分组成：信号采集部分与信号处理部分。
螺旋立铣刀的表面上每一点都可由柱坐标系表示，其表示形式为(r,θ,z)。刀具半径r保持不变，测得转角θ与高度z即可得到刀具表面上每一点的位置。
首先采集未磨损铣刀切削刃上的磁场强度分布作为参照。将未磨损的立铣刀置于检测装置中，移动立铣刀，直至红外感应器10检测到立铣刀轴线移动到与蜗轮轴线重合的位置上；移动滑槽中的支架6，通过滑槽上的标尺使磁场传感器9移动到距离立铣刀表面1mm的位置；调节磁场传感器9的高度，使切削刃部分完全置于磁场传感器9能够检测到的位置，并通过支架6上的标尺记录磁场检测系统的高度y，磁场将激励线圈7通以12V的正弦交流电；转动手轮2，使蜗轮蜗杆装置带动磁场检测装置绕刀具表面一周，磁场传感器9中排布的线圈能够采集铣刀圆柱每一条母线上不同点i处的磁场强度B。
在转动过程中，磁场传感器9测量铣刀每一条母线上的磁场强度，每一条母线都穿过铣刀的容屑槽区域和切削刃区域，并且磁场传感器9与容屑槽的距离远远大于与切削刃区域的距离，因此切削刃线上的磁场强度将大于容屑槽区域的磁场强度，此时从容屑槽过渡到切削刃上的磁场强度会存在突变。磁场传感器9记录磁场突变处磁场强度的大小B′、对应的线圈编号i即对应高度z、角位移传感器记录蜗轮的旋转角度θ。最终获取到各个磁场强度突变为B′(实际切削刃)处的位置(θ,z)，并将数据传入信号处理系统中。
信号处理系统的结构如图4所示，磁场传感器9和角位移传感器12的输出端接前置放大电路的输入端，前置放大电路的输出端接信号调理电路的输入端，信号调理电路的输出端接信号处理电路的输入端，信号处理电路的输出端与显示控制电路的输入端连接。工作时，磁场传感器9和角位移传感器12将磁场信号B、磁场所对应的高度z和转角信号θ转换为电信号的形式输出，由于电信号过于微弱，将电信号输入前置放大电路进行放大，将放大后的电信号输入信号调理电路进行降噪和模数转换，转换为信号处理电路可识别的信号，信号处理电路处理将所得到的切削刃位置信息在柱坐标系中进行重建，最后通过显示控制电路显示出来。
当立铣刀发生磨损时，切削刃的形状将会产生变化，从而影响刃线上的每一个位置的磁场强度B。对发生磨损的立铣刀重复未磨损刀具磁场强度分布采集的过程，采集每一条母线上磁场强度突变为B′处的位置(r,θ,z)，并将这些点输入信号处理系统中进行后刀面磨损边界重建，如图5所示。通过与未磨损刀具切削刃的位置进行对比，判断立铣刀磨损量的大小。
Claims (6)
1.一种立铣刀在机磨损检测装置，其特征在于：主要由基座、传动系统、磁场检测系统、位置检测系统、信号处理系统组成，所述基座(1)通过底部T型槽固定在机床的工作台上；所述传动系统安装在基座(1)上；所述磁场检测装置固定在支架(6)上；所述位置检测装置安装在基座(1)上。
2.根据权利要求1所述的传动系统包括手轮(2)、蜗杆(4)、蜗轮(5)和支架(6)，蜗轮(5)通过推力轴承与基座(1)联接，蜗轮(5)上开有滑槽，滑槽上设置有水平标尺，蜗杆(4)安装在轴承座(3)上与蜗轮(5)啮合，手轮(2)与蜗杆(4)固定连接。
3.根据权利要求2所述的支架(6)用于固定磁场检测装置，其底部利用锁紧装置固定在蜗轮(5)的滑槽中，支架(6)的高度可以调节，支架(6)上刻有标尺，用于记录所述磁场检测装置的高度。
4.根据权利要求1所述的磁场检测装置包括矩形激励线圈(7)、磁芯(8)和磁场传感器(9)，矩形激励线圈(7)通以12V正弦交变电流，为了产生匀强激励磁场，在激励线圈中加入磁芯(8)，磁场传感器(9)固定在磁芯(8)中心，上面均匀缠绕着单层线圈，每线圈的输出端与信号处理系统的输入端相连。
5.根据权利要求1所述的信号处理系统包括前置放大电路、信号调节电路、信号处理电路、显示控制电路。
6.根据权利要求1所述的位置检测系统包括红外感应器(10)和角位移传感器(12)，红外感应器(10)固定在传动装置的蜗轮轴端盖(11)上，用于检测刀具位置；角位移传感器(12)固定在基座(1)上测量蜗轮(5)的旋转角度；红外感应器(11)与角位移传感器(12)的数据信号输出端与信号处理系统的数据接收端连接。
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