CN113714524B - 一种面向车床刀具的多级自适应保护装置及其保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向车床刀具的多级自适应保护装置及其保护方法，包括用于夹持工件的夹持座、用于安装车刀的刀座、配合刀座的一级自适应保护结构和配合一级自适应保护结构的二级自适应保护结构，所述一级自适应保护结构通过微调弹簧，实现对车刀的自适应保护功能，所述二级自适应保护结构通过粗调弹簧与传感器，实现对车刀的二级自适应保护功能。本发明能在当车刀轴向或径向的进给量较大或者冲击载荷过大时，通过微量地调整车刀进给量，减少了对加工工件和车刀造成的损害；当加工工件的轴径过大时，还可以通过粗量地调整车刀进给量，避免了由于受载过大对车刀造成地损害；可对现有车床的通用车刀提供保护，无需特别制造新的刀具，适应性强。

Description

一种面向车床刀具的多级自适应保护装置及其保护方法

技术领域

本发明涉及一种车床的辅助装置，尤其涉及一种面向车床刀具的多级自适应保护装置及其保护方法。

背景技术

在机械加工行业中，车床是一种非常常见的加工设备，是主要用车刀对旋转的工件进行车削加工的机床。

现有的车床加工过程中，由于被加工工件与刀具间会产生较大的载荷且无法对刀具进行自适应保护，会造成对刀具的损伤，减少刀具的使用寿命。

现有的车床设备中，有的为了提高加工的灵活性，可实现多轴加工，但大多数不具备刀具保护功能（如CN111957988A、CN105904286A）。为了实现对刀具的保护，现有技术主要针对加工过程中刀具发热的问题，运用冷却装置对对刀具降温冷却，以达到刀具保护的作用，但该方法需增加较大的成本（如：CN210968070U）；或者通过对刀具本身的机构改进，在刀具与工件相接触时起缓冲作用，但该装置需要对刀具进行改进，无法适用于普通刀具（如：CN211539520U）。或者在现有的保护装置通过对刀具因为震动而产生轻微偏移时，固定刀具的有效切割面积，从而起到保护刀具作用，但当刀具受到较大载荷时，无法对其起到保护作用 (如:CN207723995U)。

发明内容

本发明为了解决上述现有技术中存在的缺陷和不足，提供了一种采用多级自适应保护结构对车刀进行保护，能够在当车刀轴向或径向的进给量较大或者冲击载荷过大时，通过微量地调整车刀进给量，减少了对加工工件和车刀造成的损害；当加工工件的轴径过大时，还可以通过粗量地调整车刀进给量，避免了由于受载过大对车刀造成地损害；可对现有车床的通用车刀提供保护，无需特别制造新的刀具，适应性强的面向车床刀具的多级自适应保护装置及其保护方法。

本发明的技术方案：一种面向车床刀具的多级自适应保护装置，包括用于夹持工件的夹持座、用于安装车刀的刀座、配合刀座的一级自适应保护结构和配合一级自适应保护结构的二级自适应保护结构，所述一级自适应保护结构通过微调弹簧，实现对车刀的自适应保护功能，所述二级自适应保护结构通过粗调弹簧与传感器，实现对车刀的二级自适应保护功能。

本发明采用多级自适应保护结构对车刀进行保护，能够在当车刀轴向或径向的进给量较大或者冲击载荷过大时，通过微量地调整车刀进给量，减少了对加工工件和车刀造成的损害；当加工工件的轴径过大时，还可以通过粗量地调整车刀进给量，避免了由于受载过大对车刀造成地损害；可对现有车床的通用车刀提供保护，无需特别制造新的刀具，适应性强。

优选地，所述一级自适应保护结构包括一级自适应保护座、轴向微调弹簧、径向微调弹簧和挡块，所述二级自适应保护结构包括二级自适应保护座、径向粗调弹簧、限位座、挡柱和传感器，所述一级自适应保护座的内侧设有配合刀座的刀座槽，所述二级自适应保护座的内侧设有配合一级自适应保护座的一级自适应保护座槽，所述轴向微调弹簧安装在刀座的一侧和一级自适应保护座的一侧之间，所述径向微调弹簧安装在一级自适应保护座的后端和二级自适应保护座的后端之间，所述挡块位于一级自适应保护座的前端，所述二级自适应保护座的前端设有配合挡块的限位板，所述限位座位于二级自适应保护座的后方，所述挡柱位于二级自适应保护座的前方，所述径向粗调弹簧位于限位座和二级自适应保护座的后端之间，所述传感器安装在二级自适应保护座上。

优选地，车刀的刀身安装在刀座内通过车刀紧定螺钉固定，所述挡块和挡柱的数量均为两个，两个挡块插入一级自适应保护座的前端两侧后通过挡块紧定螺钉固定，所述限位座和挡柱均固定在车床支架上。

优选地，所述刀座的一侧设有配合轴向微调弹簧的刀座轴向弹簧槽，所述一级自适应保护座的一侧设有配合轴向微调弹簧的保护座轴向弹簧槽，所述二级自适应保护座的后端设有配合径向微调弹簧的前保护座径向弹簧槽和配合径向粗调弹簧的后保护座径向弹簧槽，所述限位座上设有配合径向粗调弹簧的限位座径向弹簧槽。

优选地，所述一级自适应保护座的内侧设有配合刀座的轴向导轨，所述刀座的底部设有配合轴向导轨的轴向滑块，所述轴向微调弹簧的数量为两个，两个轴向微调弹簧相互对称设置在轴向导轨的两侧。

优选地，所述二级自适应保护座的内侧设有配合一级自适应保护座的一级径向导轨，所述一级自适应保护座的底部设有配合一级径向导轨的一级径向滑块，所述径向微调弹簧的数量为两个，两个径向微调弹簧相互对称设置在一级径向导轨的两侧。

优选地，所述限位座和挡柱之间设有配合二级自适应保护座的二级径向导轨，所述二级自适应保护座的底部设有配合二级径向导轨的二级径向滑块，所述径向粗调弹簧的数量为两个，两个径向粗调弹簧相互对称设置在二级径向导轨的两侧。

优选地，所述传感器为红外传感器，其安装在二级自适应保护座的后端。

优选地，所述轴向微调弹簧位于远离车刀的刀刃侧。

一种面向车床刀具的多级自适应保护装置的保护方法，步骤如下：

初始时，刀座受到轴向微调弹簧的弹力作用，车刀轴向进给时，当进给量过大时，车刀受到过大冲击载荷，此载荷大于轴向微调弹簧施加给刀座的弹力值，此时一级自适应保护结构开始作用，轴向微调弹簧压缩，刀座沿轴向导轨后退；刀座在沿轴向导轨轴向退回过程中，受到的冲击载荷减小，由于轴向微调弹簧的弹力作用，车刀继续沿轴向进给，完成加工；

初始时，一级自适应保护座受到径向微调弹簧弹力作用，而位于一级自适应保护座前端两侧的挡块被二级自适应保护座前端的限位板阻挡；车刀径向进给时，当进给量过大时，会受到较大的冲击载荷，且此载荷大于径向微调弹簧施加给刀座的弹力值，此时一级自适应保护结构开始作用；车刀受到过大冲击载荷，径向微调弹簧压缩，沿一级径向导轨后退；刀座在沿一级径向导轨退回过程中，受到的冲击载荷减小，由于径向微调弹簧的弹力作用，车刀继续沿径向进给，完成加工；

初始时，二级自适应保护座受到径向粗调弹簧弹力作用，而二级自适应保护座被位于其前方的挡柱阻挡；当加工工件的轴径过大，车刀受到较大冲击载荷，该冲击载荷大于粗调弹簧施加给二级自适应保护座的弹力值时，此时径向微调弹簧压缩量已达极限值，二级自适应保护结构开始作用，径向粗调弹簧受力压缩，二级自适应保护座沿二级径向导轨方向后退；二级自适应保护座在沿轴向退回的过程中，受到冲击载荷减小后，二级自适应保护座继续沿着导轨径向进给，完成加工；

当轴向进给量过大时，车刀受到较大冲击载荷，且此时一级自适应保护结构已无法起到保护作用，当传感器感应到刀座沿轴向退回的量过大时，该传感器向控制刀具进给的电机传递逻辑信号，电机收到信号后，会减少刀具沿轴向的进给量，待进给量减少后，受到的冲击载荷减小，由于轴向微调弹簧的弹力作用，刀具继续沿轴向导轨进给，完成加工。

本发明采用多级自适应保护结构对车刀进行保护，能够在当车刀轴向或径向的进给量较大或者冲击载荷过大时，通过微量地调整车刀进给量，减少了对加工工件和车刀造成的损害；当加工工件的轴径过大时，还可以通过粗量地调整车刀进给量，避免了由于受载过大对车刀造成地损害；可对现有车床的通用车刀提供保护，无需特别制造新的刀具，适应性强，起到保护刀具作用的同时也提高了加工精度。

附图说明

图1为本发明去掉夹持座后的结构示意图；

图2为本发明中刀座、一级自适应保护结构和二级自适应保护结构之间的装配示意图；

图3为本发明中一级自适应保护结构和二级自适应保护结构之间的装配示意图；

图4为本发明装到车床上后的结构示意图；

图中1.刀座，2.车刀，3.一级自适应保护座，4.二级自适应保护座，5.轴向微调弹簧，6.径向微调弹簧，7.径向粗调弹簧，8.限位座，9.挡块，10.限位板，11.车刀紧定螺钉，12.挡块紧定螺钉，13.挡柱，14.红外传感器，15.轴向导轨，16.轴向滑块，17.一级径向导轨，18.一级径向滑块，19.二级径向导轨，20.二级径向滑块，21.刀座轴向弹簧槽，22.保护座轴向弹簧槽，23.前保护座径向弹簧槽，24.后保护座径向弹簧槽，25.限位座径向弹簧槽，26.夹持座，27.一级自适应保护座，28.二级自适应保护座，29.工件，30.车床支架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明，但并不是对本发明保护范围的限制。

如图1-4所示，一种面向车床刀具的多级自适应保护装置，包括用于夹持工件29的夹持座26、用于安装车刀2的刀座1、配合刀座1的一级自适应保护结构27和配合一级自适应保护结构27的二级自适应保护结构28，一级自适应保护结构27通过微调弹簧，实现对车刀2的自适应保护功能，二级自适应保护结构28通过粗调弹簧与传感器，实现对车刀2的二级自适应保护功能。

一级自适应保护结构27包括一级自适应保护座3、轴向微调弹簧5、径向微调弹簧6和挡块9，二级自适应保护结构28包括二级自适应保护座4、径向粗调弹簧7、限位座8、挡柱13和红外传感器14，一级自适应保护座3的内侧设有配合刀座1的刀座槽，二级自适应保护座4的内侧设有配合一级自适应保护座3的一级自适应保护座槽，轴向微调弹簧5安装在刀座1的一侧和一级自适应保护座3的一侧之间，径向微调弹簧6安装在一级自适应保护座3的后端和二级自适应保护座4的后端之间，挡块9位于一级自适应保护座3的前端，二级自适应保护座4的前端设有配合挡块9的限位板10，限位座8位于二级自适应保护座4的后方，挡柱13位于二级自适应保护座4的前方，径向粗调弹簧7位于限位座8和二级自适应保护座4的后端之间，红外传感器14安装在二级自适应保护座4上。车刀2的刀身安装在刀座1内通过车刀紧定螺钉11固定，挡块9和挡柱13的数量均为两个，两个挡块9插入一级自适应保护座3的前端两侧后通过挡块紧定螺钉12固定，限位座8和挡柱13均固定在车床支架30上。刀座1的一侧设有配合轴向微调弹簧5的刀座轴向弹簧槽21，一级自适应保护座3的一侧设有配合轴向微调弹簧5的保护座轴向弹簧槽22，二级自适应保护座4的后端设有配合径向微调弹簧6的前保护座径向弹簧槽23和配合径向粗调弹簧7的后保护座径向弹簧槽24，限位座8上设有配合径向粗调弹簧7的限位座径向弹簧槽25。一级自适应保护座3的内侧设有配合刀座1的轴向导轨15，刀座1的底部设有配合轴向导轨15的轴向滑块16，轴向微调弹簧5的数量为两个，两个轴向微调弹簧相互对称设置在轴向导轨15的两侧。二级自适应保护座4的内侧设有配合一级自适应保护座3的一级径向导轨17，一级自适应保护座3的底部设有配合一级径向导轨17的一级径向滑块18，径向微调弹簧6的数量为两个，两个径向微调弹簧相互对称设置在一级径向导轨17的两侧。限位座8和挡柱13之间设有配合二级自适应保护座4的二级径向导轨19，二级自适应保护座4的底部设有配合二级径向导轨19的二级径向滑块20，径向粗调弹簧7的数量为两个，两个径向粗调弹簧相互对称设置在二级径向导轨19的两侧。红外传感器14安装在二级自适应保护座4的后端。轴向微调弹簧5位于远离车刀1的刀刃侧。

一种面向车床刀具的多级自适应保护装置的保护方法，步骤如下：

初始时，刀座受到轴向微调弹簧的弹力作用，车刀轴向进给时，当进给量过大时，车刀受到过大冲击载荷，此载荷大于轴向微调弹簧施加给刀座的弹力值，此时一级自适应保护结构开始作用，轴向微调弹簧压缩，刀座沿轴向导轨后退；刀座在沿轴向导轨轴向退回过程中，受到的冲击载荷减小，由于轴向微调弹簧的弹力作用，车刀继续沿轴向进给，完成加工；

初始时，一级自适应保护座受到径向微调弹簧弹力作用，而位于一级自适应保护座前端两侧的挡块被二级自适应保护座前端的限位板阻挡；车刀径向进给时，当进给量过大时，会受到较大的冲击载荷，且此载荷大于径向微调弹簧施加给刀座的弹力值，此时一级自适应保护结构开始作用；车刀受到过大冲击载荷，径向微调弹簧压缩，沿一级径向导轨后退；刀座在沿一级径向导轨退回过程中，受到的冲击载荷减小，由于径向微调弹簧的弹力作用，车刀继续沿径向进给，完成加工；

初始时，二级自适应保护座受到径向粗调弹簧弹力作用，而二级自适应保护座被位于其前方的挡柱阻挡；当加工工件的轴径过大，车刀受到较大冲击载荷，该冲击载荷大于粗调弹簧施加给二级自适应保护座的弹力值时，此时径向微调弹簧压缩量已达极限值，二级自适应保护结构开始作用，径向粗调弹簧受力压缩，二级自适应保护座沿二级径向导轨方向后退；二级自适应保护座在沿轴向退回的过程中，受到冲击载荷减小后，二级自适应保护座继续沿着导轨径向进给，完成加工；

当轴向进给量过大时，车刀受到较大冲击载荷，且此时一级自适应保护结构已无法起到保护作用，当传感器感应到刀座沿轴向退回的量过大时，该传感器向控制刀具进给的电机传递逻辑信号，电机收到信号后，会减少刀具沿轴向的进给量，待进给量减少后，受到的冲击载荷减小，由于轴向微调弹簧的弹力作用，刀具继续沿轴向导轨进给，完成加工。

本发明中两个自适应保护结构的工作过程及功能如下：

一级自适应保护结构：通过微调弹簧，实现对刀具（车刀）的自适应保护功能。刀座的一侧面和一级自适应保护座的后端面分别安装有两个轴向微调弹簧和两个径向微调弹簧，初始时，四个弹簧处于压缩状态，对刀座和一级自适应保护座都提供有一定的弹力，刀座的前端面通过挡块被限位块挡住，不与轴向微调弹簧发生相对位移；而刀座和一级自适应保护座的下方安装有滑块，均可沿导轨方向移动,当刀具的轴向进给量过大时，刀具会受到加工工件较大的冲击载荷，当轴向的冲击载荷大于微调弹簧对于刀座的弹力时，刀座会沿着导轨方向后退；当刀具的径向进给量过大时，刀具会受到加工工件较大的冲击载荷，当径向的冲击载荷大于微调弹簧对于一级自适应保护座的弹力时，刀座会沿着导轨方向后退待冲击载荷减小后，弹簧继续向刀座施加弹力，刀座沿导轨方向前进，完成对工件的加工；根据加工时刀具受到的载荷大小，来设定初始时微调弹簧的弹力，进而确定初始时弹簧的压缩量，则当刀具受到的载荷较大时，该机构可完成对刀具的保护。

二级自适应保护结构：通过粗调弹簧与红外传感器，实现对刀具的二级自保护功能。为预防加工工件的轴径过大，会受到较大冲击载荷，或轴向的进给量过大时，一级自适应保护座不足以实现对刀具的保护;当径向进给受到较大冲击载荷时:在二级自适应保护座后面安装有粗调弹簧，该弹簧的压缩量较大，初始状态二级自适应保护座受到弹簧的弹力，被前挡块挡住，不与弹簧发生相对位移，当刀具径向进给过程中，由于受到较大冲击载荷，该冲击载荷大于粗调弹簧弹力值时（此时微调弹簧压缩量已达极限值），粗调弹簧受力压缩，二级自适应保护座沿导轨方向后退，待冲击载荷减小后，弹簧继续向刀座施加弹力，刀座沿导轨方向进给，完成对工件的加工；当轴向进给量过大时：在该装置上设有红外线传感器，当传感器感应到刀座沿轴向退回的量过大时，该传感器向控制刀具进给的电机传递逻辑信号，电机收到信号后，会对刀具沿轴向的进给量做出调整；根据加工时刀具受到的载荷大小，来设定初始时粗调弹簧的弹力，进而确定初始时弹簧的压缩量，则当刀具因加工工件轴径过大而受到较大冲击载荷，或传感器感应到刀具轴向退回的量过大时，一级保护机构无法起到保护作用的情况下，该二级保护机构可完成对刀具的保护。

本发明通过对机械结构进行创新，实现了在加工时对于刀具的多级自保护功能，在节约成本的同时又提高了加工精度；本装置可广泛适用于市面上常见的刀具，无需使用特质刀具，可适用性广泛；该装置通过多级保护机构的设计，当刀具进给量过大时，通过一级自适应保护座可以对刀具起到保护作用，当加工工件轴径过大而一级保护机构不能起到保护作用时，二级自适应保护座也能够对刀具起到保护作用。

Claims (9)

1.一种面向车床刀具的多级自适应保护装置，其特征在于：其包括用于夹持工件的夹持座、用于安装车刀的刀座、配合刀座的一级自适应保护结构和配合一级自适应保护结构的二级自适应保护结构，所述一级自适应保护结构通过微调弹簧，实现对车刀的自适应保护功能，所述二级自适应保护结构通过粗调弹簧与传感器，实现对车刀的二级自适应保护功能；所述一级自适应保护结构包括一级自适应保护座、轴向微调弹簧、径向微调弹簧和挡块，所述二级自适应保护结构包括二级自适应保护座、径向粗调弹簧、限位座、挡柱和传感器，所述一级自适应保护座的内侧设有配合刀座的刀座槽，所述二级自适应保护座的内侧设有配合一级自适应保护座的一级自适应保护座槽，所述轴向微调弹簧安装在刀座的一侧和一级自适应保护座的一侧之间，所述径向微调弹簧安装在一级自适应保护座的后端和二级自适应保护座的后端之间，所述挡块位于一级自适应保护座的前端，所述二级自适应保护座的前端设有配合挡块的限位板，所述限位座位于二级自适应保护座的后方，所述挡柱位于二级自适应保护座的前方，所述径向粗调弹簧位于限位座和二级自适应保护座的后端之间，所述传感器安装在二级自适应保护座上。

2.根据权利要求1所述的一种面向车床刀具的多级自适应保护装置，其特征在于：车刀的刀身安装在刀座内通过车刀紧定螺钉固定，所述挡块和挡柱的数量均为两个，两个挡块插入一级自适应保护座的前端两侧后通过挡块紧定螺钉固定，所述限位座和挡柱均固定在车床支架上。

3.根据权利要求1所述的一种面向车床刀具的多级自适应保护装置，其特征在于：所述刀座的一侧设有配合轴向微调弹簧的刀座轴向弹簧槽，所述一级自适应保护座的一侧设有配合轴向微调弹簧的保护座轴向弹簧槽，所述二级自适应保护座的后端设有配合径向微调弹簧的前保护座径向弹簧槽和配合径向粗调弹簧的后保护座径向弹簧槽，所述限位座上设有配合径向粗调弹簧的限位座径向弹簧槽。

4.根据权利要求3所述的一种面向车床刀具的多级自适应保护装置，其特征在于：所述一级自适应保护座的内侧设有配合刀座的轴向导轨，所述刀座的底部设有配合轴向导轨的轴向滑块，所述轴向微调弹簧的数量为两个，两个轴向微调弹簧相互对称设置在轴向导轨的两侧。

5.根据权利要求4所述的一种面向车床刀具的多级自适应保护装置，其特征在于：所述二级自适应保护座的内侧设有配合一级自适应保护座的一级径向导轨，所述一级自适应保护座的底部设有配合一级径向导轨的一级径向滑块，所述径向微调弹簧的数量为两个，两个径向微调弹簧相互对称设置在一级径向导轨的两侧。

6.根据权利要求5所述的一种面向车床刀具的多级自适应保护装置，其特征在于：所述限位座和挡柱之间设有配合二级自适应保护座的二级径向导轨，所述二级自适应保护座的底部设有配合二级径向导轨的二级径向滑块，所述径向粗调弹簧的数量为两个，两个径向粗调弹簧相互对称设置在二级径向导轨的两侧。

7.根据权利要求1所述的一种面向车床刀具的多级自适应保护装置，其特征在于：所述传感器为红外传感器，其安装在二级自适应保护座的后端。

8.根据权利要求1所述的一种面向车床刀具的多级自适应保护装置，其特征在于：所述轴向微调弹簧位于远离车刀的刀刃侧。

9.一种如权利要求6所述的面向车床刀具的多级自适应保护装置的保护方法，其特征在于：其步骤如下：

初始时，刀座受到轴向微调弹簧的弹力作用，车刀轴向进给时，当进给量过大时，车刀受到过大冲击载荷，此载荷大于轴向微调弹簧施加给刀座的弹力值，此时一级自适应保护结构开始作用，轴向微调弹簧压缩，刀座沿轴向导轨后退；刀座在沿轴向导轨轴向退回过程中，受到的冲击载荷减小，由于轴向微调弹簧的弹力作用，车刀继续沿轴向进给，完成加工；

初始时，一级自适应保护座受到径向微调弹簧弹力作用，而位于一级自适应保护座前端两侧的挡块被二级自适应保护座前端的限位板阻挡；车刀径向进给时，当进给量过大时，会受到较大的冲击载荷，且此载荷大于径向微调弹簧施加给刀座的弹力值，此时一级自适应保护结构开始作用；车刀受到过大冲击载荷，径向微调弹簧压缩，沿一级径向导轨后退；刀座在沿一级径向导轨退回过程中，受到的冲击载荷减小，由于径向微调弹簧的弹力作用，车刀继续沿径向进给，完成加工；

初始时，二级自适应保护座受到径向粗调弹簧弹力作用，而二级自适应保护座被位于其前方的挡柱阻挡；当加工工件的轴径过大，车刀受到较大冲击载荷，该冲击载荷大于粗调弹簧施加给二级自适应保护座的弹力值时，此时径向微调弹簧压缩量已达极限值，二级自适应保护结构开始作用，径向粗调弹簧受力压缩，二级自适应保护座沿二级径向导轨方向后退；二级自适应保护座在沿轴向退回的过程中，受到冲击载荷减小后，二级自适应保护座继续沿着导轨径向进给，完成加工；

当轴向进给量过大时，车刀受到较大冲击载荷，且此时一级自适应保护结构已无法起到保护作用，当传感器感应到刀座沿轴向退回的量过大时，该传感器向控制刀具进给的电机传递逻辑信号，电机收到信号后，会减少刀具沿轴向的进给量，待进给量减少后，受到的冲击载荷减小，由于轴向微调弹簧的弹力作用，刀具继续沿轴向导轨进给，完成加工。

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