CN114749994A - 一种实时测量切削力、振动和切削温度的多传感融合智能化刀柄监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实时测量切削力、振动和切削温度的多传感融合智能化刀柄监测装置，包括从上至下依次连接的刀柄头部、上法兰盘、力传感器、下法兰盘、刀柄尾部和刀具，信息采集系统位于外壳与刀柄头部、上法兰盘、力传感器形成的密闭腔室内，信息采集系统包括锂电池、电路板、供电模块、信号采集与处理模块、信号无线传输模块和振动传感器，刀具内有热电偶，外壳上有霍尔位置传感器。本发明装置采集的切削信号完整、集成化程度较高，结构简单，适应性强，同时测量四维切削力、三向振动以及切削区域温度，能够监测切削过程各刀齿所对应切削信号情况，提高了切削加工过程的自动化和智能化。
Description
技术领域
本发明涉及机加工切削领域，具体涉及一种实时测量切削力、振动和切削温度的多传感融合智能化刀柄监测装置。
背景技术
切削加工是一个十分复杂的动态多物理场耦合过程，加工刀具在切削时同时承受力、热、振动等多种载荷的作用。因此，多种因素所作用的刀具和刀柄往往成为切削加工过程监测的突破口，成为用来分析加工过程及状态的主要载体。
智能化刀柄技术是有效监测刀具切削状态的关键技术之一，特别是针对高速干切航天航空装备中高锰钢、钛合金等难加工材料，其硬度高，对刀具的损耗大，往往无法准确及时的判断刀具的切削状态，如刀具磨损、刀具破裂以及颤振等情况，以至于影响刀具的利用率和加工零件的表面质量。而通过切削力、振动和温度信号间接反映切削状态的方式逐步成为切削状态监控的主流，但由于刀具监控中存在切削条件多样性、切削参数多变性、切削状态随机性等复杂因素，难以通过单一信号来反映刀具的切削状态，为了有效提高刀具状态监控的可靠性和准确性，多传感器信息融合的方法成为实现刀具状态监测的有效手段。
在通常的研究中，往往是将各种传感器分别布置在不同的位置，如应变式力传感器布置在工作台上、振动传感器布置在工作台上或主轴上、温度传感器布置在工件内部。然而此种监控平台搭建耗时耗力，仅适用于工况简单、环境稳定的实验研究中，在高速干切航天航空难加工材料的实际工作环境下难以应用。故以刀柄系统为载体，将力传感器、振动传感器和温度传感器进行嵌入集成并建立感知系统的智能化刀柄成为实现实际切削加工监控的有效手段。
目前现有的切削过程监测刀柄大多数仅监测单一信号，如三维切削力、扭矩、三向振动，切削温度等，无法全面的表征加工过程的完整信息，而且无法监测切削过程刀具各刀齿的切削信息，不能准确的识别刀具刀齿状态异常位置。
因此研制一款集成度高、结构简单、适应性强，且能准确判断切削过程中刀具刀齿异常状态位置的实时测量切削力、振动和切削温度的多传感融合智能化刀柄监测装置是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种实时测量切削力、振动和切削温度的多传感融合智能化刀柄监测装置，以解决现有技术中存在的问题。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种实时测量切削力、振动和切削温度的多传感融合智能化刀柄监测装置，包括刀柄头部、上法兰盘、力传感器、下法兰盘、刀柄尾部、外壳和信息采集系统。
所述上法兰盘固定在刀柄头部的下端，力传感器与上法兰盘的下表面连接，下法兰盘固定在力传感器的下表面，刀柄尾部与下法兰盘连接。
所述下法兰盘的中央处开设有供母连接插头上端旋入的螺纹通孔，刀柄尾部开设有贯穿其上下端的空腔S，空腔S的上端与下法兰盘中央处的螺纹通孔对接。
刀具的上端通过卡簧和压帽安装到刀柄尾部的空腔S内，刀具的下端具有刀刃且伸出刀柄尾部。
所述母连接插头的上端设置有外螺纹，母连接插头的上端旋入下法兰盘中央处的螺纹通孔，下端位于空腔S内。
公连接插头的上端与所述母连接插头的下端配合连接，公连接插头的下端设置有外螺纹。
连接头为轴线竖直的圆筒结构，所述连接头靠近其上端的内壁上设置有螺纹，公连接插头的下端与连接头的上端螺纹连接，连接头的下端与刀具的上端过盈配合。
所述外壳通过若干外壳固定螺钉与刀柄头部紧密连接，刀柄头部、上法兰盘、力传感器和外壳围合成密闭空腔H，信息采集系统安装到空腔H内。
所述信息采集系统包括锂电池、电路板以及安装在电路板上的供电模块、信号采集与处理模块、信号无线传输模块和振动传感器。
所述刀具的内部安装有热电偶，热电偶的上端伸出刀具并通过延伸导线Ⅱ与公连接插头连接，母连接插头与延伸导线Ⅰ连接。
所述上法兰盘的下表面开设有供延伸导线Ⅰ穿过的凹槽A，延伸导线Ⅰ穿过力传感器和凹槽A并与信号采集与处理模块连接。
所述外壳的上表面安装有电源开关和霍尔位置传感器。
加工时，将所述刀柄头部与拉钉连接，机床主轴带动装置转动进行铣削，刀具的刀刃上的工件反作用切削力传递到力传感器，振动传感器监测刀具、刀柄和机床主轴产生的切削振动，霍尔位置传感器监测每个刀齿所对应的切削力和振动信号，热电偶监测刀刃与工件发生摩擦以及工件塑性变形产生的切削热，所有监测装置的监测信号传递至信号采集与处理模块进行处理，信号无线传输模块将处理结果传送至上位机。
进一步，所述上法兰盘通过若干上法兰盘固定螺钉与刀柄头部连接，力传感器通过若干力传感器固定螺钉与上法兰盘的连接，下法兰盘通过若干力传感器固定螺钉与力传感器连接，刀柄尾部通过若干刀柄尾部固定螺钉与下法兰盘连接。
进一步，所述下法兰盘的下表面开设有供刀柄尾部上端插入的圆形凹槽，圆形凹槽的侧壁上开设有供下法兰盘调整螺钉旋入的若干螺纹孔Ⅰ，若干螺纹孔Ⅰ贯穿下法兰盘的外侧且沿下法兰盘的周向等间距布置。
所述刀柄尾部为轴线竖直的回转体结构，刀柄尾部沿其轴线的中段具有环形凸起，环形凸起上开设有供调整块、调整环和刀柄尾部调整螺钉安装的若干通孔Ⅰ，若干通孔Ⅰ贯穿环形凸起的上下面且沿环形凸起的周向等间距布置。
所述调整块上开设有供调整环安装的环形槽，调整环安装到调整块的环形槽内，若干调整块和调整环的组合体分别安装到若干通孔Ⅰ内，调整块的上端与环形凸起的上表面齐平。
所述通孔Ⅰ靠近其下端的内壁上设置有螺纹，若干刀柄尾部调整螺钉旋入通孔Ⅰ并与对应的调整块接触。
所述刀柄尾部的上端插入下法兰盘下表面的圆形凹槽，若干下法兰盘调整螺钉旋入对应螺纹孔Ⅰ并与刀柄尾部接触。
加工前，通过旋动若干所述下法兰盘调整螺钉调整下法兰盘的径向位置，通过旋动若干刀柄尾部调整螺钉调整下法兰盘的轴向位置，待刀柄的动平衡符合要求后，采用若干刀柄尾部固定螺钉将刀柄尾部与下法兰盘固定。
进一步，所述母连接插头位于其外螺纹的管段上开设有竖直凹槽Ⅰ，公连接插头位于其外螺纹的管段上开设有竖直凹槽Ⅱ，竖直凹槽Ⅰ和竖直凹槽Ⅱ的底部均开设有供接线螺钉旋入的螺纹孔Ⅱ，通过接线螺钉旋入母连接插头的螺纹孔Ⅱ将延伸导线Ⅰ与母连接插头连接，通过接线螺钉旋入公连接插头的螺纹孔Ⅱ将延伸导线Ⅱ与公连接插头连接。
进一步，所述外壳为圆柱体结构，外壳包括两个相互拼接的部件，两个部件由外壳沿其轴向对切而成，两个部件的拼接处采用若干外壳紧固螺栓和若干外壳紧固螺母连接。
每个所述部件的内侧均安装有固定块，固定块与部件的内壁之间形成供锂电池安装的腔室并采用若干固定块固定螺栓和固定块固定螺母连接，锂电池安装到该腔室内。
进一步，所述电路板通过若干电路板固定螺钉与外壳固定。
进一步，所述电源开关的下端连接有螺杆，电源开关下端的螺杆伸入外壳内并采用电源开关紧固螺母与外壳固定。
本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明所述装置结构简单，且不影响刀具的安装和使用，能够同时的实时测量切削过程中的四维切削力信号、三向振动信号以及温度信号，可通过霍尔位置传感器判断刀具各刀齿的切削状态，利用转换器可装夹嵌有热电偶的不同直径的刀具，具有适应性强、集成度高、结构稳定等优点，利用高精度的应变式力传感器和MEMS振动传感器能够有效地提高检测精度。此外，所述装置的应用对提高切削加工自动化和智能化有着积极作用，具有良好的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为智能化刀柄监测装置外观示意图；
图2是智能化刀柄监测装置整体装配图；
图3是智能化刀柄监测装置柄身部分结构图；
图4是图3中A-A向的剖面图；
图5是图3中B-B向的剖面图；
图6是外壳结构示意图；
图7是母连接插头、公连接插头和连接头的装配爆炸图；
图8是上法兰盘的底面示意图；
图9是本发明所涉及的信息采集系统的示意图。
图中：刀柄头部1、上法兰盘2、上法兰盘固定螺钉3、力传感器4、力传感器固定螺钉5、下法兰盘6、下法兰盘调整螺钉7、刀柄尾部8、刀柄尾部固定螺钉9、调整块10、调整环11、刀柄尾部调整螺钉12、外壳13、外壳固定螺钉14、外壳紧固螺栓15、外壳紧固螺母16、固定块17、固定块固定螺栓18、固定块固定螺母19、供电模块20、信号采集与处理模块21、信号无线传输模块22、锂电池23、电路板24、电路板固定螺钉25、母连接插头26、公连接插头27、接线螺钉28、连接头29、延伸导线Ⅰ30、电源开关31、电源开关紧固螺母32、卡簧33、压帽34、刀具35、振动传感器36、热电偶37和霍尔位置传感器38。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
参见图1，本实施例公开了一种实时测量切削力、振动和切削温度的多传感融合智能化刀柄监测装置，包括刀柄头部1、上法兰盘2、力传感器4、下法兰盘6、刀柄尾部8、外壳13和信息采集系统。
参见图2或3，所述上法兰盘2固定在刀柄头部1的下端，力传感器4与上法兰盘2的下表面连接，下法兰盘6固定在力传感器4的下表面，刀柄尾部8与下法兰盘6连接。参见图4和5，分别显示出上法兰盘2和下法兰盘6的截面图。
所述上法兰盘2通过若干上法兰盘固定螺钉3与刀柄头部1连接，力传感器4通过若干力传感器固定螺钉5与上法兰盘2的连接，下法兰盘6通过若干力传感器固定螺钉5与力传感器4连接，刀柄尾部8通过若干刀柄尾部固定螺钉9与下法兰盘6连接。
所述下法兰盘6的下表面开设有供刀柄尾部8上端插入的圆形凹槽，圆形凹槽的侧壁上开设有供下法兰盘调整螺钉7旋入的若干螺纹孔Ⅰ，若干螺纹孔Ⅰ贯穿下法兰盘6的外侧且沿下法兰盘6的周向等间距布置。
参见图3，所述刀柄尾部8为轴线竖直的回转体结构，刀柄尾部8沿其轴线的中段具有环形凸起，环形凸起上开设有供调整块10、调整环11和刀柄尾部调整螺钉12安装的若干通孔Ⅰ，若干通孔Ⅰ贯穿环形凸起的上下面且沿环形凸起的周向等间距布置。
所述调整块10上开设有供调整环11安装的环形槽，调整环11安装到调整块10的环形槽内，若干调整块10和调整环11的组合体分别安装到若干通孔Ⅰ内，调整块10的上端与环形凸起的上表面齐平。
所述通孔Ⅰ靠近其下端的内壁上设置有螺纹，若干刀柄尾部调整螺钉12旋入通孔Ⅰ并与对应的调整块10接触。
所述刀柄尾部8的上端插入下法兰盘6下表面的圆形凹槽，若干下法兰盘调整螺钉7旋入对应螺纹孔Ⅰ并与刀柄尾部8接触。
所述下法兰盘6的中央处开设有供母连接插头26上端旋入的螺纹通孔，刀柄尾部8开设有贯穿其上下端的空腔S，空腔S的上端与下法兰盘6中央处的螺纹通孔对接。
刀具35的上端通过卡簧33和压帽34安装到刀柄尾部8的空腔S内，刀具35的下端具有刀刃且伸出刀柄尾部8。
所述母连接插头26的上端设置有外螺纹，母连接插头26的上端旋入下法兰盘6中央处的螺纹通孔，下端位于空腔S内。
公连接插头27的上端与所述母连接插头26的下端配合连接，公连接插头27的下端设置有外螺纹。
连接头29为轴线竖直的圆筒结构，所述连接头29靠近其上端的内壁上设置有螺纹，公连接插头27的下端与连接头29的上端螺纹连接，连接头29的下端与刀具35的上端过盈配合。所述刀具35以任意周向旋转角度装夹，母连接插头26都与公连接插头27相接。
参见图2，所述外壳13通过若干外壳固定螺钉14与刀柄头部1紧密连接，刀柄头部1、上法兰盘2、力传感器4和外壳13围合成密闭空腔H，信息采集系统安装到空腔H内，密闭的空腔H可防止切屑和电磁干扰影响采集电路。
参见图9，所述信息采集系统包括锂电池23、电路板24以及集成安装在电路板24上的供电模块20、信号采集与处理模块21、信号无线传输模块22和振动传感器36。所述电路板24通过若干电路板固定螺钉25与外壳13固定。
参见图6，所述外壳13为圆柱体结构，外壳13包括两个相互拼接的部件，两个部件由外壳13沿其轴向对切而成，两个部件的拼接处采用若干外壳紧固螺栓15和若干外壳紧固螺母16连接。
每个所述部件的内侧均安装有固定块17，固定块17与部件的内壁之间形成供锂电池23安装的腔室并采用若干固定块固定螺栓18和固定块固定螺母19连接，锂电池23安装到该腔室内。
所述刀具35的内部安装有热电偶37，热电偶37的上端伸出刀具35并通过延伸导线Ⅱ与公连接插头27连接，母连接插头26与延伸导线Ⅰ30连接。
参见图7，所述母连接插头26位于其外螺纹的管段上开设有竖直凹槽Ⅰ，公连接插头27位于其外螺纹的管段上开设有竖直凹槽Ⅱ，竖直凹槽Ⅰ和竖直凹槽Ⅱ的底部均开设有供接线螺钉28旋入的螺纹孔Ⅱ，通过接线螺钉28旋入母连接插头26的螺纹孔Ⅱ将延伸导线Ⅰ30与母连接插头26连接，通过接线螺钉28旋入公连接插头27的螺纹孔Ⅱ将延伸导线Ⅱ与公连接插头27连接。
参见图8，所述上法兰盘2的下表面开设有供延伸导线Ⅰ30穿过的凹槽A，延伸导线Ⅰ30穿过力传感器4和凹槽A并与信号采集与处理模块21连接。
所述外壳13的上表面安装有电源开关31和霍尔位置传感器38。所述电源开关31的下端连接有螺杆，电源开关31下端的螺杆伸入外壳13内并采用电源开关紧固螺母32与外壳13固定。
加工前，通过旋动若干所述下法兰盘调整螺钉7推动调整块10和调整环11平移，进而调整下法兰盘6的径向位置，通过旋动若干刀柄尾部调整螺钉12调整下法兰盘6的轴向位置，待刀柄在高速旋转时的动平衡符合要求后，采用若干刀柄尾部固定螺钉9将刀柄尾部8与下法兰盘6固定。
可通过所述电源开关31控制锂电池23供电的通断从而控制装置电路系统的运行与停止，锂电池23和供电模块20可为力传感器4、振动传感器36和霍尔位移传感器37提供稳定的电压。
加工时，将所述刀柄头部1与拉钉连接，并做好相关的定位工作，机床主轴带动装置转动进行铣削，刀具35的刀刃上的工件反作用切削力传递到力传感器4，力传感器4的下端面上产生水平方向的弯矩以及竖直方向的轴向力和扭矩，并使得力传感器4中的应变片发生微小变形而产生电压信号，最终分别令水平方向的弯矩、竖直方向的轴向力和扭矩对应的四路惠斯通电桥产生毫伏电压信号并传递至信号采集与处理模块21。刀具-刀柄-主轴系统在自激振动和强迫振动的共同作用下产生切削振动，最终作用到所述外壳13中的MSES振动传感器36上，振动传感器36产生的数字信号通过电路板24的内导线传递到信号采集与处理模块21。为观察和判断各个刀齿的切削状态，利用所述霍尔位置传感器38来确定每个刀齿所对应的切削力和振动信号，每当刀柄旋转至某一确定位置上时，霍尔位置传感器38刚好与固定在机床上的电磁铁相对，此时此产生激励信号并通过导线传输至信号采集与处理模块21；铣削过程中刀刃与工件发生摩擦以及工件塑性变形产生大量的切削热，其中一部分切削热传递到刀具35并传至其内部的热电偶37上，产生的毫伏电压信号通过相接的母连接插头26和公连接插头27以及穿过上法兰盘2底面矩形凹槽A的延伸导线30传递到信号采集与处理模块21。所述力传感器4、热电偶37、振动传感器36和霍尔位移传感器37产生的信号通过信号采集与处理模块21信号处理和A/D转换后进入信号无线传输模块22，传输到计算机中与该采集电路部分相对应的上位机软件上进行图像显示、数据分析与处理和保存。
值得说明的是，本发明装置克服了传统旋转式智能刀柄测量信号单一，无法全面表征切削过程信息、无法观测刀具各刀齿切削状态等缺陷，实现了高速干式铣削等复杂加工环境中刀具所受四维切削力、三向振动以及切削区域温度的实时无线监测需求，并且安装后免受切屑的影响和减轻电磁的干扰。所述多传感融合智能化刀柄监测装置可以对转动着的刀具所受的切削力、刀柄所受振动和刀具切削区域温度直接进行测量，根据旋转角度准确的识别刀具刀齿状态异常位置，不受工件大小和加工环境等的影响，测量准确，减小了传感器布置对测量数据的影响，此装置适用于航空航天难加工材料零件加工过程中切削力、振动以及切削温度的监控环节中，提高切削自动化、智能化水平。
实施例2：
参见图1，本实施例公开了一种实时测量切削力、振动和切削温度的多传感融合智能化刀柄监测装置，包括刀柄头部1、上法兰盘2、力传感器4、下法兰盘6、刀柄尾部8、外壳13和信息采集系统。
参见图2或3，所述上法兰盘2固定在刀柄头部1的下端，力传感器4与上法兰盘2的下表面连接，下法兰盘6固定在力传感器4的下表面，刀柄尾部8与下法兰盘6连接。参见图4和5，分别显示出上法兰盘2和下法兰盘6的截面图。
所述下法兰盘6的中央处开设有供母连接插头26上端旋入的螺纹通孔，刀柄尾部8开设有贯穿其上下端的空腔S，空腔S的上端与下法兰盘6中央处的螺纹通孔对接。
刀具35的上端通过卡簧33和压帽34安装到刀柄尾部8的空腔S内，刀具35的下端具有刀刃且伸出刀柄尾部8。
所述母连接插头26的上端设置有外螺纹，母连接插头26的上端旋入下法兰盘6中央处的螺纹通孔，下端位于空腔S内。
公连接插头27的上端与所述母连接插头26的下端配合连接，公连接插头27的下端设置有外螺纹。
连接头29为轴线竖直的圆筒结构，所述连接头29靠近其上端的内壁上设置有螺纹，公连接插头27的下端与连接头29的上端螺纹连接，连接头29的下端与刀具35的上端过盈配合。
参见图2，所述外壳13通过若干外壳固定螺钉14与刀柄头部1紧密连接，刀柄头部1、上法兰盘2、力传感器4和外壳13围合成密闭空腔H，信息采集系统安装到空腔H内。
参见图9，所述信息采集系统包括锂电池23、电路板24以及安装在电路板24上的供电模块20、信号采集与处理模块21、信号无线传输模块22和振动传感器36。
所述刀具35的内部安装有热电偶37，热电偶37的上端伸出刀具35并通过延伸导线Ⅱ与公连接插头27连接，母连接插头26与延伸导线Ⅰ30连接。
参见图8，所述上法兰盘2的下表面开设有供延伸导线Ⅰ30穿过的凹槽A，延伸导线Ⅰ30穿过力传感器4和凹槽A并与信号采集与处理模块21连接。
所述外壳13的上表面安装有电源开关31和霍尔位置传感器38。
加工时，将所述刀柄头部1与拉钉连接，机床主轴带动装置转动进行铣削，刀具35的刀刃上的工件反作用切削力传递到力传感器4，振动传感器36监测刀具35、刀柄和机床主轴产生的切削振动，霍尔位置传感器38监测每个刀齿所对应的切削力和振动信号，热电偶37监测刀刃与工件发生摩擦以及工件塑性变形产生的切削热，所有监测装置的监测信号传递至信号采集与处理模块21进行处理，信号无线传输模块22将处理结果传送至上位机。
实施例3：
本实施例主要结构同实施例2，进一步，所述上法兰盘2通过若干上法兰盘固定螺钉3与刀柄头部1连接，力传感器4通过若干力传感器固定螺钉5与上法兰盘2的连接，下法兰盘6通过若干力传感器固定螺钉5与力传感器4连接，刀柄尾部8通过若干刀柄尾部固定螺钉9与下法兰盘6连接。
实施例4：
本实施例主要结构同实施例3，进一步，所述下法兰盘6的下表面开设有供刀柄尾部8上端插入的圆形凹槽，圆形凹槽的侧壁上开设有供下法兰盘调整螺钉7旋入的若干螺纹孔Ⅰ，若干螺纹孔Ⅰ贯穿下法兰盘6的外侧且沿下法兰盘6的周向等间距布置。
所述刀柄尾部8为轴线竖直的回转体结构，刀柄尾部8沿其轴线的中段具有环形凸起，环形凸起上开设有供调整块10、调整环11和刀柄尾部调整螺钉12安装的若干通孔Ⅰ，若干通孔Ⅰ贯穿环形凸起的上下面且沿环形凸起的周向等间距布置。
所述调整块10上开设有供调整环11安装的环形槽，调整环11安装到调整块10的环形槽内，若干调整块10和调整环11的组合体分别安装到若干通孔Ⅰ内，调整块10的上端与环形凸起的上表面齐平。
所述通孔Ⅰ靠近其下端的内壁上设置有螺纹，若干刀柄尾部调整螺钉12旋入通孔Ⅰ并与对应的调整块10接触。
所述刀柄尾部8的上端插入下法兰盘6下表面的圆形凹槽，若干下法兰盘调整螺钉7旋入对应螺纹孔Ⅰ并与刀柄尾部8接触。
加工前，通过旋动若干所述下法兰盘调整螺钉7调整下法兰盘6的径向位置，通过旋动若干刀柄尾部调整螺钉12调整下法兰盘6的轴向位置，待刀柄的动平衡符合要求后，采用若干刀柄尾部固定螺钉9将刀柄尾部8与下法兰盘6固定。
实施例5：
本实施例主要结构同实施例2，进一步，所述母连接插头26位于其外螺纹的管段上开设有竖直凹槽Ⅰ，公连接插头27位于其外螺纹的管段上开设有竖直凹槽Ⅱ，竖直凹槽Ⅰ和竖直凹槽Ⅱ的底部均开设有供接线螺钉28旋入的螺纹孔Ⅱ，通过接线螺钉28旋入母连接插头26的螺纹孔Ⅱ将延伸导线Ⅰ30与母连接插头26连接，通过接线螺钉28旋入公连接插头27的螺纹孔Ⅱ将延伸导线Ⅱ与公连接插头27连接。
实施例6：
本实施例主要结构同实施例2，进一步，所述外壳13为圆柱体结构，外壳13包括两个相互拼接的部件，两个部件由外壳13沿其轴向对切而成，两个部件的拼接处采用若干外壳紧固螺栓15和若干外壳紧固螺母16连接。
每个所述部件的内侧均安装有固定块17，固定块17与部件的内壁之间形成供锂电池23安装的腔室并采用若干固定块固定螺栓18和固定块固定螺母19连接，锂电池23安装到该腔室内。
实施例7：
本实施例主要结构同实施例2，进一步，所述电路板24通过若干电路板固定螺钉25与外壳13固定。
实施例8：
本实施例主要结构同实施例2，进一步，所述电源开关31的下端连接有螺杆，电源开关31下端的螺杆伸入外壳13内并采用电源开关紧固螺母32与外壳13固定。
Claims (7)
1.一种实时测量切削力、振动和切削温度的多传感融合智能化刀柄监测装置，其特征在于：包括所述刀柄头部(1)、上法兰盘(2)、力传感器(4)、下法兰盘(6)、刀柄尾部(8)、外壳(13)和信息采集系统；
所述上法兰盘(2)固定在刀柄头部(1)的下端，力传感器(4)与上法兰盘(2)的下表面连接，下法兰盘(6)固定在力传感器(4)的下表面，刀柄尾部(8)与下法兰盘(6)连接；
所述下法兰盘(6)的中央处开设有供母连接插头(26)上端旋入的螺纹通孔，刀柄尾部(8)开设有贯穿其上下端的空腔S，空腔S的上端与下法兰盘(6)中央处的螺纹通孔对接；
刀具(35)的上端通过卡簧(33)和压帽(34)安装到刀柄尾部(8)的空腔S内，刀具(35)的下端具有刀刃且伸出刀柄尾部(8)；
所述母连接插头(26)的上端设置有外螺纹，母连接插头(26)的上端旋入下法兰盘(6)中央处的螺纹通孔，下端位于空腔S内；
公连接插头(27)的上端与所述母连接插头(26)的下端配合连接，公连接插头(27)的下端设置有外螺纹；
连接头(29)为轴线竖直的圆筒结构，所述连接头(29)靠近其上端的内壁上设置有螺纹，公连接插头(27)的下端与连接头(29)的上端螺纹连接，连接头(29)的下端与刀具(35)的上端过盈配合；
所述外壳(13)通过若干外壳固定螺钉(14)与刀柄头部(1)紧密连接，刀柄头部(1)、上法兰盘(2)、力传感器(4)和外壳(13)围合成密闭空腔H，信息采集系统安装到空腔H内；
所述信息采集系统包括锂电池(23)、电路板(24)以及安装在电路板(24)上的供电模块(20)、信号采集与处理模块(21)、信号无线传输模块(22)和振动传感器(36)；
所述刀具(35)的内部安装有热电偶(37)，热电偶(37)的上端伸出刀具(35)并通过延伸导线Ⅱ与公连接插头(27)连接，母连接插头(26)与延伸导线Ⅰ(30)连接；
所述上法兰盘(2)的下表面开设有供延伸导线Ⅰ(30)穿过的凹槽A，延伸导线Ⅰ(30)穿过力传感器(4)和凹槽A并与信号采集与处理模块(21)连接；
所述外壳(13)的上表面安装有电源开关(31)和霍尔位置传感器(38)；
加工时，将所述刀柄头部(1)与拉钉连接，机床主轴带动装置转动进行铣削，刀具(35)的刀刃上的工件反作用切削力传递到力传感器(4)，振动传感器(36)监测刀具(35)、刀柄和机床主轴产生的切削振动，霍尔位置传感器(38)监测每个刀齿所对应的切削力和振动信号，热电偶(37)监测刀刃与工件发生摩擦以及工件塑性变形产生的切削热，所有监测装置的监测信号传递至信号采集与处理模块(21)进行处理，信号无线传输模块(22)将处理结果传送至上位机。
2.根据权利要求1所述的一种实时测量切削力、振动和切削温度的多传感融合智能化刀柄监测装置，其特征在于：所述上法兰盘(2)通过若干上法兰盘固定螺钉(3)与刀柄头部(1)连接，力传感器(4)通过若干力传感器固定螺钉(5)与上法兰盘(2)的连接，下法兰盘(6)通过若干力传感器固定螺钉(5)与力传感器(4)连接，刀柄尾部(8)通过若干刀柄尾部固定螺钉(9)与下法兰盘(6)连接。
3.根据权利要求2所述的一种实时测量切削力、振动和切削温度的多传感融合智能化刀柄监测装置，其特征在于：所述下法兰盘(6)的下表面开设有供刀柄尾部(8)上端插入的圆形凹槽，圆形凹槽的侧壁上开设有供下法兰盘调整螺钉(7)旋入的若干螺纹孔Ⅰ，若干螺纹孔Ⅰ贯穿下法兰盘(6)的外侧且沿下法兰盘(6)的周向等间距布置；
所述刀柄尾部(8)为轴线竖直的回转体结构，刀柄尾部(8)沿其轴线的中段具有环形凸起，环形凸起上开设有供调整块(10)、调整环(11)和刀柄尾部调整螺钉(12)安装的若干通孔Ⅰ，若干通孔Ⅰ贯穿环形凸起的上下面且沿环形凸起的周向等间距布置；
所述调整块(10)上开设有供调整环(11)安装的环形槽，调整环(11)安装到调整块(10)的环形槽内，若干调整块(10)和调整环(11)的组合体分别安装到若干通孔Ⅰ内，调整块(10)的上端与环形凸起的上表面齐平；
所述通孔Ⅰ靠近其下端的内壁上设置有螺纹，若干刀柄尾部调整螺钉(12)旋入通孔Ⅰ并与对应的调整块(10)接触；
所述刀柄尾部(8)的上端插入下法兰盘(6)下表面的圆形凹槽，若干下法兰盘调整螺钉(7)旋入对应螺纹孔Ⅰ并与刀柄尾部(8)接触；
加工前，通过旋动若干所述下法兰盘调整螺钉(7)调整下法兰盘(6)的径向位置，通过旋动若干刀柄尾部调整螺钉(12)调整下法兰盘(6)的轴向位置，待刀柄的动平衡符合要求后，采用若干刀柄尾部固定螺钉(9)将刀柄尾部(8)与下法兰盘(6)固定。
4.根据权利要求1所述的一种实时测量切削力、振动和切削温度的多传感融合智能化刀柄监测装置，其特征在于：所述母连接插头(26)位于其外螺纹的管段上开设有竖直凹槽Ⅰ，公连接插头(27)位于其外螺纹的管段上开设有竖直凹槽Ⅱ，竖直凹槽Ⅰ和竖直凹槽Ⅱ的底部均开设有供接线螺钉(28)旋入的螺纹孔Ⅱ，通过接线螺钉(28)旋入母连接插头(26)的螺纹孔Ⅱ将延伸导线Ⅰ(30)与母连接插头(26)连接，通过接线螺钉(28)旋入公连接插头(27)的螺纹孔Ⅱ将延伸导线Ⅱ与公连接插头(27)连接。
5.根据权利要求1所述的一种实时测量切削力、振动和切削温度的多传感融合智能化刀柄监测装置，其特征在于：所述外壳(13)为圆柱体结构，外壳(13)包括两个相互拼接的部件，两个部件由外壳(13)沿其轴向对切而成，两个部件的拼接处采用若干外壳紧固螺栓(15)和若干外壳紧固螺母(16)连接；
每个所述部件的内侧均安装有固定块(17)，固定块(17)与部件的内壁之间形成供锂电池(23)安装的腔室并采用若干固定块固定螺栓(18)和固定块固定螺母(19)连接，锂电池(23)安装到该腔室内。
6.根据权利要求1所述的一种实时测量切削力、振动和切削温度的多传感融合智能化刀柄监测装置，其特征在于：所述电路板(24)通过若干电路板固定螺钉(25)与外壳(13)固定。
7.根据权利要求1所述的一种实时测量切削力、振动和切削温度的多传感融合智能化刀柄监测装置，其特征在于：所述电源开关(31)的下端连接有螺杆，电源开关(31)下端的螺杆伸入外壳(13)内并采用电源开关紧固螺母(32)与外壳(13)固定。
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| CN202210164934.3A CN114749994B (zh) | 2022-02-23 | 2022-02-23 | 一种实时测量切削力、振动和切削温度的多传感融合智能化刀柄监测装置 |
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| CN202210164934.3A Active CN114749994B (zh) | 2022-02-23 | 2022-02-23 | 一种实时测量切削力、振动和切削温度的多传感融合智能化刀柄监测装置 |
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