CN113732822A - 安装在主轴上的切削力检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种安装在主轴上的切削力检测装置，所述安装在主轴上的切削力检测装置包括刀柄主体、铣刀和切削力检测组件，刀柄主体安装在主轴的端部锥面上，刀柄主体包括安装支架，切削力检测组件包括信号采集装置和六维力传感器，信号采集装置安装在安装支架上，六维力传感器连接在安装支架的一侧，铣刀通过连接件连接在安装支架的另一侧，铣刀的切削力通过安装支架传递至六维力传感器，信号采集装置与六维力传感器通过第一导线通讯连接以获取铣刀的切削力。本发明的安装在主轴上的切削力检测装置对切削力检测直接、精准，对后续实现机床铣削力控制具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及精密检测技术领域，尤其是涉及一种安装在主轴上的切削力检测装置。
背景技术
随着制造业在国内的大力发展，诸如利用铣刀对工件进行切削成为了常用的生产工艺，相关技术中利用铣刀对工件进行切削时，需要通过切削力检测装置对切削力进行实时测量以对刀具参数进行优化，但是，相关技术中的切削力检测装置对切削力检测不准确，难以实现对刀具参数优化及机架结构改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种安装在主轴上的切削力检测装置，所述安装在主轴上的切削力检测装置对切削力检测直接、精准，对后续实现机床铣削力控制具有重要意义。
根据本发明实施例的安装在主轴上的切削力检测装置包括：刀柄主体，所述刀柄主体安装在所述主轴的端部锥面上，所述刀柄主体包括安装支架；切削力检测组件和铣刀，所述切削力检测组件包括信号采集装置和六维力传感器，所述信号采集装置安装在所述安装支架上，所述六维力传感器连接在所述安装支架的一侧，所述铣刀通过连接件连接在所述安装支架的另一侧，所述铣刀的切削力通过所述安装支架传递至所述六维力传感器，所述信号采集装置与所述六维力传感器通过第一导线通讯连接以获取所述铣刀的切削力。
根据本发明实施例的安装在主轴上的切削力检测装置，通过将切削力检测组件安装在刀柄主体上，可以规避工件对传力性能的影响，且切削力检测组件与铣刀之间的力传递部件少，从而可以使切削力检测装置对切削力检测直接、精准，对后续实现机床铣削力控制具有重要意义。
在一些实施例中，所述连接件包括弹簧夹套和夹套螺母，所述安装支架朝向所述连接件的侧面上设有朝向所述连接件凸出的连接部，所述连接部具有配合孔，所述弹簧夹套的部分配合在所述配合孔内，且所述弹簧夹套的一端伸出所述配合孔，所述铣刀的一端伸入所述弹簧夹套内，所述夹套螺母连接在所述连接部上以将所述弹簧夹套束紧在所述铣刀上。
在一些实施例中，所述刀柄主体还包括刀柄椎体，所述刀柄椎体通过拉钉与所述主轴锥面贴合并连接，所述六维力传感器安装在所述刀柄椎体和所述安装支架之间。
在一些实施例中，所述信号采集装置包括力采集模块、5G通信模块和电池组，所述力采集模块通过第一导线与所述六维力传感器通讯连接以采集所述铣刀的受力信息，且所述力采集模块适于将所述受力信息转换成数字量，并通过第二导线与所述5G通信模块通讯连接以将所述数字量传输给5G通信模块，所述电池组通过第三导线和第四导线分别与所述力采集模块和所述5G通信模块电连接以实现供电。
在一些实施例中，所述力采集模块包括模拟量采集端口、模数转换模块和数字量传输模块，所述模拟量采集端口用于采集所述六维力传感器感应到的力信号并将力信号传输至所述模数转换模块，所述模数转换模块适于将力信号转换成数字量并将数字量传输至所述数字量传输模块，所述数字量传输模块适于将数字量传输至所述5G通信模块。
在一些实施例中，所述电池组包括第一电池组和第二电池组，所述第一电池组用于向所述力采集模块供电，所述第二电池组用于向所述5G通信模块供电供电，所述第一电池组和/或所述第二电池组通过充电座感应充电。
在一些实施例中，所述安装支架上设有第一安装槽、第二安装槽、第三安装槽和第四安装槽，所述第一安装槽、所述第二安装槽、所述第三安装槽和所述第四安装槽均具有敞开口，所述第一电池组设于所述第一安装槽内，所述第二电池组设于所述第二安装槽内，所述力采集模块设于所述第三安装槽内，所述5G通信模块设于所述第四安装槽内。
在一些实施例中，所述安装支架还具有隔板，所述第一安装槽和所述第二安装槽分别位于所述隔板的厚度方向上的两侧，且所述第一安装槽和所述第二安装槽关于所述隔板对称布置，所述第三安装槽和所述第四安装槽分别位于所述隔板的宽度方向上的两侧，且所述第三安装槽和所述第四安装槽关于所述隔板对称布置。
在一些实施例中，所述安装支架的朝向所述六维力传感器的侧板上设有第一通孔、第二通孔、第三通孔和第四通孔，所述第一通孔与所述第一安装槽连通，所述第二通孔与所述第二安装槽连通，所述第三通孔与所述第三安装槽连通，所述第四通孔与所述第四安装槽连通。
在一些实施例中，所述第一导线穿过所述第三通孔以实现所述力采集模块与所述六维力传感器的通讯连接，所述第二导线穿过所述第三通孔和所述第四通孔以实现所述力采集模块和所述5G通信模块之间的通讯连接，所述第三导线穿过所述第一通孔和所述第三通孔以实现所述第一电池组合和所述力采集模块的电连接，所述第四导线穿过所述第二通孔和所述第四通孔以实现所述第二电池组和所述5G通信模块的电连接。
在一些实施例中，所述安装在主轴上的切削力检测装置还包括密封橡胶，所述密封橡胶适于封闭所述第一安装槽的敞开口、所述第二安装槽的敞开口、所述第三安装槽的敞开口和所述第四安装槽的敞开口。
附图说明
图1是根据本发明实施例的安装在主轴上的切削力检测装置的刀柄主体和切削力检测组件的爆炸图。
图2是根据本发明实施例的安装在主轴上的切削力检测装置的刀柄主体和切削力检测组件的装配图。
附图标记：
拉钉1，刀柄椎体2，六维力传感器3，第一电池组4，5G通信模块5，安装支架6，第一安装槽61，第二安装槽62，第三安装槽63，连接部64，弹簧夹套7，夹套螺母8，铣刀9，力采集模块10，第二电池组11，密封橡胶12，充电座13，刀柄主体14。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1-图2所示，根据本发明实施例的安装在主轴上的切削力检测装置包括刀柄主体14、切削力检测组件和铣刀9。
刀柄主体14安装在主轴(未示出)的端部锥面上，刀柄主体14包括安装支架6，切削力检测组件包括信号采集装置和六维力传感器3，信号采集装置安装在所述安装支架6上，六维力传感器3连接在安装支架6的一侧，铣刀9通过连接件连接在安装支架6的另一侧，铣刀9的切削力通过安装支架6传递至六维力传感器3，信号采集装置与六维力传感器3通过第一导线通讯连接以获取铣刀9的切削力。
可以理解的是，刀柄主体14结构简单，中间传力部件少，另外切削力检测组件对切削力的检测包括切削力的大小和方向。
需要说明的是，主轴在控制铣刀对工件进行切削时，工件固定在工作台上，主轴可带动铣刀运动以进行切削作业。发明人发现，相关技术中的铣刀9在对工件进行切削时，为实时掌握切削力信息，通常在工作台上设置测量仪，铣刀9的切削力信息可通过工件传递至测量仪上，以利用测量仪来检测切削力信息，但是，而由于工件本身存在振动或形变，其切削力在传递过程中易受外部因素干扰，导致测量仪所接受的受力信息并不准确。
基于上述问题，本申请通过将切削力检测组件安装在刀柄主体14上来直接检测铣刀9的切削力信息，以规避力的长距离传递，并避免工件形变和振动对切削力传递的影响。
根据本发明实施例的安装在主轴上的切削力检测装置，通过将切削力检测组件安装在刀柄主体上，可以规避工件对传力性能的影响，且切削力检测组件与铣刀之间的力传递部件少，即切削力直接通过刀柄主体传输至切削力检测装置，从而可以使切削力检测装置对切削力检测直接、精准，对后续实现机床铣削力控制具有重要意义。
可以理解的是，在铣刀9对工件切削的过程中，铣刀9的切削力依次通过连接件、安装支架6传递至六维力传感器3，六维力传感器3感受切削力并将切削力通过第一导线传输至切削力检测组件上。
进一步地，如图1和图2所示，连接件包括弹簧夹套7和夹套螺母8，安装支架6朝向连接件的侧面上设有朝向连接件凸出的连接部64，连接部64具有配合孔，弹簧夹套7的部分配合在配合孔内，且弹簧夹套7的一端(图1中弹簧夹套7的右端)伸出配合孔，铣刀9的一端伸入弹簧夹套7内，夹套螺母8连接在连接部64上以将弹簧夹套7束紧在铣刀9上。
可以理解的是，夹套螺母8在旋拧的过程中可以压缩弹簧夹套7，位于弹簧夹套7内的铣刀9与弹簧夹套7之间形成紧贴固连的效果，且在拆卸时，只需拆除夹套螺母8即可，拆装方便。另外，弹簧夹套7的外周面上可以设置环形凹槽，以为弹簧夹套7提供较大的可形变空间，提高弹簧夹套7对铣刀9的束紧能力。
进一步地，如图1所示，刀柄主体14还包括刀柄椎体2，刀柄椎体2通过拉钉1与主轴锥面贴合并连接，六维力传感器3安装在刀柄椎体2和安装支架6之间。
具体地，如图1和图2所示，刀柄椎体2通过拉钉1与主轴连接，安装支架6位于刀柄椎体2的右侧且刀柄椎体2和安装支架6之间通过六维力传感器3连接，信号采集装置设于安装支架6内，且信号采集装置通过第一导线与六维力传感器3通讯连接，连接件连接在安装支架6的右端，铣刀9安装在连接件上。
进一步地，如图1所示，信号采集装置包括力采集模块10、5G通信模块5和电池组，力采集模块10通过第一导线(未示出)与六维力传感器3通讯连接以采集铣刀9的受力信息，且力采集模块10适于将受力信息转换成数字量，并通过第二导线(未示出)与5G通信模块5通讯连接以将数字量传输给5G通信模块5，电池组通过第三导线(未示出)和第四导线(未示出)分别与力采集模块10和5G通信模块5电连接以实现供电。
进一步地，力采集模块10包括模拟量采集端口、模数转换模块和数字量传输模块，模拟量采集端口用于采集六维力传感器3感应到的力信号并将力信号传输至模数转换模块，模数转换模块适于将力信号转换成数字量并将数字量传输至数字量传输模块，数字量传输模块适于将数字量传输至5G通信模块5。
进一步地，如图1所示，电池组包括第一电池组4和第二电池组11，第一电池组4用于向力采集模块10供电，第二电池组11用于向5G通信模块5供电供电，第一电池组4和/或第二电池组11通过充电座13感应充电。
在一些实施例中，如图1所示，安装支架6上设有第一安装槽61、第二安装槽62、第三安装槽63和第四安装槽(未示出)，第一安装槽61、第二安装槽62、第三安装槽63和第四安装槽均具有敞开口，第一电池组4设于第一安装槽61内，第二电池组11设于第二安装槽62内，力采集模块10设于第三安装槽63内，5G通信模块5设于第四安装槽内。
如图1所示，安装支架6为一个具有多个槽体的圆柱状结构件，圆柱状结构件的外周壁上设有在其径向上相对的第一安装槽61和第二安装槽62，以及在其径向上相对的第三安装槽63和第四安装槽，第一安装槽61、第二安装槽62、第三安装槽63和第四安装槽均具有沿安装支架6的径向向外敞开的开口，第一电池组4、第二电池组11、力采集模块10和5G通信模块5均通过各安装槽的开口装配在对应的安装槽内。需要说明的是，安装支架6不限于为具有多个槽体的圆柱状结构件，只需要满足装配需求即可。
进一步地，安装支架6还具有隔板，第一安装槽61和第二安装槽62分别位于隔板的厚度方向上的两侧，且第一安装槽61和第二安装槽62关于隔板对称布置，第三安装槽63和第四安装槽分别位于隔板的宽度方向上的两侧，且第三安装槽63和第四安装槽关于隔板对称布置。由此，对称布置的第一电池组4和第二电池组11，以及对称布置的采集模块和5G通信模块5可以避免切削力检测组件随安装支架6转动时出现偏心转动的现象，进而是六维力传感器3能够准确检测切削力信息。
进一步地，隔板朝向第一安装槽61的侧面可以为第一安装槽61的底面，隔板朝向第二安装槽62的侧面可以为第二安装槽62的底面，隔板朝向第三安装槽63的侧面可以为第三安装槽63的底面，隔板朝向第四安装槽的侧面可以为第四安装槽的底面。由此，隔板可以对第一电池组4、第二电池组11、力采集模块10和5G通信模块5起到限位作用。
进一步地，安装支架6的朝向六维力传感器3的侧板上设有第一通孔、第二通孔、第三通孔和第四通孔，第一通孔与第一安装槽61连通，第二通孔与第二安装槽62连通，第三通孔与所述第三安装槽63连通，第四通孔与第四安装槽连通。可以理解的是，第一通孔、第二通孔、第三通孔和第四通孔均可以用作过线孔，以实现各元件之间的通讯连接和电连接。
具体地，第一导线穿过第三通孔以实现力采集模块10与六维力传感器3之间的通讯连接，第二导线穿过第三通孔和第四通孔以实现力采集模块10和5G通信模块5之间的通讯连接，第三导线穿过第一通孔和第三通孔以实现第一电池组4合和力采集模块10的电连接，第四导线穿过第二通孔和所述第四通孔以实现第二电池组11和5G通信模块5的电连接。
进一步地，如图1所示，安装在主轴上的切削力检测装置还包括密封橡胶12，密封橡胶12适于封闭第一安装槽61的敞开口、第二安装槽62的敞开口、第三安装槽63的敞开口和第四安装槽的敞开口。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (11)
1.一种安装在主轴上的切削力检测装置，其特征在于，包括：
刀柄主体，所述；
切削力检测组件和铣刀，所述切削力检测组件包括信号采集装置和六维力传感器，所述信号采集装置安装在所述安装支架上，所述六维力传感器连接在所述安装支架的一侧，所述铣刀通过连接件连接在所述安装支架的另一侧，所述铣刀的切削力通过所述安装支架传递至所述六维力传感器，所述信号采集装置与所述六维力传感器通过第一导线通讯连接以获取所述铣刀的切削力。
2.根据权利要求1所述的安装在主轴上的切削力检测装置，其特征在于，所述连接件包括弹簧夹套和夹套螺母，所述安装支架朝向所述连接件的侧面上设有朝向所述连接件凸出的连接部，所述连接部具有配合孔，所述弹簧夹套的部分配合在所述配合孔内，且所述弹簧夹套的一端伸出所述配合孔，所述铣刀的一端伸入所述弹簧夹套内，所述夹套螺母连接在所述连接部上以将所述弹簧夹套束紧在所述铣刀上。
3.根据权利要求2所述的安装在主轴上的切削力检测装置，其特征在于，所述刀柄主体还包括刀柄椎体，所述刀柄椎体通过拉钉与所述主轴锥面贴合并连接，所述六维力传感器安装在所述刀柄椎体和所述安装支架之间。
4.根据权利要求1所述的安装在主轴上的切削力检测装置，其特征在于，所述信号采集装置包括力采集模块、5G通信模块和电池组，所述力采集模块通过所述第一导线与所述六维力传感器通讯连接以采集所述铣刀的受力信息，且所述力采集模块适于将所述受力信息转换成数字量，并通过第二导线与所述5G通信模块通讯连接以将所述数字量传输给5G通信模块，所述电池组通过第三导线和第四导线分别与所述力采集模块和所述5G通信模块电连接以实现供电。
5.根据权利要求4所述的安装在主轴上的切削力检测装置，其特征在于，所述力采集模块包括模拟量采集端口、模数转换模块和数字量传输模块，所述模拟量采集端口用于采集所述六维力传感器感应到的力信号并将力信号传输至所述模数转换模块，所述模数转换模块适于将力信号转换成数字量并将数字量传输至所述数字量传输模块，所述数字量传输模块适于将数字量传输至所述5G通信模块。
6.根据权利要求4所述的安装在主轴上的切削力检测装置，其特征在于，所述电池组包括第一电池组和第二电池组，所述第一电池组用于向所述力采集模块供电，所述第二电池组用于向所述5G通信模块供电，所述第一电池组和/或所述第二电池组通过充电座感应充电。
7.根据权利要求6所述的安装在主轴上的切削力检测装置，其特征在于，所述安装支架上设有第一安装槽、第二安装槽、第三安装槽和第四安装槽，所述第一安装槽、所述第二安装槽、所述第三安装槽和所述第四安装槽均具有敞开口，所述第一电池组设于所述第一安装槽内，所述第二电池组设于所述第二安装槽内，所述力采集模块设于所述第三安装槽内，所述5G通信模块设于所述第四安装槽内。
8.根据权利要求7所述的安装在主轴上的切削力检测装置，其特征在于，所述安装支架还具有隔板，所述第一安装槽和所述第二安装槽分别位于所述隔板的厚度方向上的两侧，且所述第一安装槽和所述第二安装槽关于所述隔板对称布置，所述第三安装槽和所述第四安装槽分别位于所述隔板的宽度方向上的两侧，且所述第三安装槽和所述第四安装槽关于所述隔板对称布置。
9.根据权利要求7所述的安装在主轴上的切削力检测装置，其特征在于，所述安装支架的朝向所述六维力传感器的侧板上设有第一通孔、第二通孔、第三通孔和第四通孔，所述第一通孔与所述第一安装槽连通，所述第二通孔与所述第二安装槽连通，所述第三通孔与所述第三安装槽连通，所述第四通孔与所述第四安装槽连通。
10.根据权利要求8所述的安装在主轴上的切削力检测装置，其特征在于，所述第一导线穿过所述第三通孔以实现所述力采集模块与所述六维力传感器的通讯连接，所述第二导线穿过所述第三通孔和所述第四通孔以实现所述力采集模块和所述5G通信模块之间的通讯连接，所述第三导线穿过所述第一通孔和所述第三通孔以实现所述第一电池组合和所述力采集模块的电连接，所述第四导线穿过所述第二通孔和所述第四通孔以实现所述第二电池组和所述5G通信模块的电连接。
11.根据权利要求8-10中任一项所述的安装在主轴上的切削力检测装置，其特征在于，还包括密封橡胶，所述密封橡胶适于封闭所述第一安装槽的敞开口、所述第二安装槽的敞开口、所述第三安装槽的敞开口和所述第四安装槽的敞开口。
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