CN115007939B - 一种智能拉削设备及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能拉削设备及其工作方法；该智能拉削设备包括机座、拉削驱动组件、快速定位夹紧装置、智能拉削单元和电缆接头装拆机构。智能拉削单元包括同轴安装的拉刀主体和检测装置。所述的检测装置包括电缆插座、检测外壳、伸缩式图像采集组件和拉削力采集组件。伸缩式图像采集组件包括伸缩驱动组件，以及沿着检测外壳中心轴线的周向排列的若干个拍摄单元。电缆接头装拆机构包括支架、活塞推杆、电缆插头、插拔驱动组件和旋转驱动组件。本发明中的电缆接头装拆机构在不使用外部检测元件的情况下实现了任意初始角度的电缆插头与电缆插座之间的自动对接，提高了自动化程度，减少了拉削辅助时间。

Description

一种智能拉削设备及其工作方法
技术领域
本发明属于智能制造技术领域，具体涉及一种数控拉床用的智能拉削设备，可对数控拉床拉削过程的状态参数进行监测，并进行拉刀的故障诊断和寿命预测。
背景技术
高效精密数控拉削装备是高端制造装备，是智能制造不可缺少的关键装备。高效精密拉削工艺主要用于汽车工业和航空工业，是汽车和飞机高精密核心零部件的主要加工方法和手段，如发动机、齿轮箱、差速器、传动轴系统、刹车制动系统、轮毂单元、方向机等。高效精密数控拉削工艺的高端应用在军工和航天航空领域，如炮管、飞机发动机等高精密核心零部件的加工。现代汽车工业、工程机械等制造业，逐步采用拉削取代传统的插削、铣削、刨削等加工方式生产零部件。因此，拉削加工的技术水平，从某一个侧面也标志着国家的汽车等制造业的水平。目前，国内高端数控拉削工艺和装备主要靠进口，以德国为首。国内拉床企业尚处于起步转成长期阶段。
汽车和飞机关键零件，大多采用高温合金、粉末高温合金、钛合金等难加工材料制造，零件形状复杂，尺寸精度要求高，技术条件严格，对零件表面质量、表面完整性要求高，其加工质量的高低直接影响到汽车和飞机的使用寿命和安全可靠性。另一方面，特别是汽车零件的加工，由于产品更新换代速度加快，对其生产效率要求越来越高。
近年来，随着车辆工程和航空发动机技术的不断进步和发展，这些关键零部件的加工技术有了大幅度的提升，从传统的加工工艺和手段，转向复合工艺和数控加工等自动化、集成化、精准化及高效化的方向推进和发展。对于形状复杂的汽车和飞机关键零件加工，目前基本上采用传统的数控铣削或拉削加工方式和装备。由于形状复杂，加工工序多，普遍存在加工效率和精度等主要问题。因此，迫切需要一种数控拉床用的智能拉削单元，可对数控拉床拉削过程的状态参数进行监测，并进行拉刀的故障诊断和寿命预测。
为此，本发明提出一种智能拉削设备，实现数控拉床拉削过程状态监测、拉刀的故障诊断和寿命预测，从而提高加工精度和刀具使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种数控拉床用的智能拉削单元，可对数控拉床拉削过程的状态参数进行监测，并进行拉刀的故障诊断和寿命预测。
第一方面，本发明提供一种智能拉削设备，包括机座、拉削驱动组件、快速定位夹紧装置、智能拉削单元和电缆接头装拆机构。快速定位夹紧装置中的溜板滑动连接在机座上，并拉削驱动组件驱动进行拉削进给运动。智能拉削单元包括同轴安装的拉刀主体和检测装置。所述的检测装置包括电缆插座、检测外壳、伸缩式图像采集组件和拉削力采集组件。检测外壳与拉刀主体通过拉削力采集组件连接。工作过程中，检测外壳装夹在快速定位夹紧装置上。电缆插座安装在检测外壳远离拉刀主体的端部。
所述的伸缩式图像采集组件包括伸缩驱动组件，以及沿着检测外壳中心轴线的周向排列的若干个拍摄单元。检测外壳的中部开设有若干个径向滑槽。拍摄单元安装在对应的径向滑槽内。所述的拍摄单元包括径向移动块和图像传感器。径向移动块滑动连接在径向滑槽内。图像传感器安装在径向移动块朝向拉刀主体的侧面上。伸缩驱动组件包括伸缩驱动组件和活塞推拉锥柱。活塞推拉锥柱滑动连接在检测外壳的内部，并由伸缩驱动组件驱动进行滑动。活塞推拉锥柱的外侧面开设有与拍摄单元数量对应的导向槽。导向槽的长度方向与检测外壳的轴线不平行。径向移动块的内端与导向槽构成滑动副。通过活塞推拉锥柱的移动，能够带动图像传感器伸出检测外壳外，或缩入检测外壳内。
所述的电缆接头装拆机构包括支架、活塞推杆、电缆插头、插拔驱动组件和旋转驱动组件。支架安装在快速定位夹紧装置的溜板上。活塞推杆与支架构成圆柱副。活塞推杆与智能拉削单元上的电缆插座同轴设置。活塞推杆的外端同轴固定有电缆插头；插拔驱动组件和旋转驱动组件分别驱动活塞推杆的轴向滑动和旋转。电缆插头插入电缆插座后，电缆插头与旋转驱动组件脱离。
作为优选，所述的旋转驱动组件包括定位电机、齿轮轴、小齿轮和大齿轮。轴线平行于活塞推杆的齿轮轴转动连接在支架上。齿轮轴由定位电机驱动旋转。小齿轮、大齿轮分别固定在齿轮轴、活塞推杆上。在电缆插头抵住且未插入电缆插座的状态下，小齿轮与大齿轮啮合。在电缆插头插入电缆插座的状态下，小齿轮与大齿轮分离。
作为优选，所述的插拔驱动组件包括插拔驱动电磁铁、插拔弹簧和筒身。筒身固定在支架上。活塞推杆内端的活塞板与筒身的内腔滑动连接。筒身的内腔端部固定有插拔驱动电磁铁。活塞推杆的活塞板能够受到通电后的插拔驱动电磁铁的吸引；插拔弹簧套置在活塞推杆上，且两端分别抵住支架和大齿轮。插拔弹簧对活塞推杆施加朝向智能拉削单元的弹力；当插拔驱动电磁铁通电时，电缆插头与电缆插座分离。当插拔驱动电磁铁断电时，电缆插头在插拔弹簧的弹力作用下抵住电缆插座。
作为优选，所述的机座上固定有平行于拉削进给方向的光电栅板；智能拉削单元中的检测装置的侧部安装有光电收发器。光电收发器与光电栅板配合形成光栅尺传感器。
作为优选，所述的拉削力采集组件包括预紧板簧、力传感器和连接轴。连接轴穿过下筒体端部的让位孔；连接轴的内端设置有限位盘。限位盘与检测外壳的内腔端面之间设置有呈环形的力传感器。预紧板簧设置在检测外壳的内腔中，边缘处抵住内的第一限位台阶，中心位置抵住限位盘，对连接轴施加朝向力传感器的预紧力。连接轴的外端伸出检测外壳以外，并与拉刀主体的端部固定。
作为优选，所述的检测外壳包括上筒体和下筒体。上筒体与下筒体的开口处螺纹连接。上筒体的开口处端面形成第一限位台阶。
作为优选，所述的检测外壳内安装有控制模块；控制模块用于接收伸缩式图像采集组件、光电收发器和拉削力采集组件输出的信号，并对其进行采集、调理、滤波等操作后通过电缆发送给上位机。控制模块还用于接收外部控制信号对伸缩驱动组件进行控制。
作为优选，所述的机座上还滑动连接有第二个快速定位夹紧装置。第二个快速定位夹紧装置用于装夹智能拉削单元中拉刀主体远离检测装置的端部。
作为优选，所述的拉削驱动组件包括伺服电机、拉削丝杠、轴承和轴承座。拉削丝杠通过轴承和轴承座支承在机座上。拉削丝杠与快速定位夹紧装置的溜板上的螺母组成丝杠螺母副；伺服电机固定在机座上，且输出轴与拉削丝杠的端部固定。
作为优选，所述的快速定位夹紧装置包括溜板、正向定位夹紧块、反向定位夹紧块、溜板V型块、夹紧电机和双向丝杠。溜板V型块固定在溜板上；溜板V型块的顶部开设有V型定位槽。所述的正向定位夹紧块和反向定位夹紧块均滑动连接在溜板上，且滑动方向垂直于拉削进给方向。双向丝杠转动连接在溜板上。正向定位夹紧块和反向定位夹紧块与双向丝杠上旋向相反的两个螺纹段分别构成螺旋副。双向丝杠由夹紧电机驱动旋转。正向定位夹紧块和反向定位夹紧块的相对侧面的底部设置有高于V型定位槽的夹紧斜面。
作为优选，所述的活塞推拉锥柱包括同轴连接的活塞部和锥形部。活塞部与检测外壳的内腔滑动连接。导向槽开设在锥形部的外侧面上。导向槽为T型槽。在沿着智能拉削单元的轴线靠近拉刀主体的方向上，导向槽到智能拉削单元轴线的距离逐渐增大。四个拍摄单元内的径向移动块的内端均设置有倾斜的T形滑块；T形滑块与对应的导向槽滑动连接。
作为优选，所述的伸缩驱动组件包括伸缩驱动电磁铁和复位弹簧。伸缩驱动电磁铁固定在检测外壳的内腔远离拉刀主体的端部。复位弹簧设置在检测外壳内，且两端分别抵住检测外壳内腔端部和活塞推拉锥柱的活塞部。活塞推拉锥柱能够受到通电后的伸缩驱动电磁铁的吸引。
该智能拉削设备的工作方法，包括以下步骤：
步骤一、将检测装置与拉刀主体端部同轴固定。
步骤二、将检测装置放置在快速定位夹紧装置上。
步骤三、插拔驱动组件带动活塞推杆端部的电缆插头抵住检测装置上的电缆插座；之后，旋转驱动组件带动电缆插头旋转。当电缆插头与电缆插座在周向上对齐时，电缆插头插入电缆插座，并与旋转驱动组件脱离。
步骤四、快速定位夹紧装置夹紧检测装置。拉削驱动组件带动拉刀主体进行拉削作业。每次拉削进给完成后，检测装置内的活塞推拉锥柱移动，推动径向移动块沿径向向外位移；各图像传感器伸出后拍摄拉刀主体的刃口图像；根据所得刃口图像测量拉刀主体刀刃的尺寸以及磨损情况。
若拉刀主体损坏或磨损情况超过预设值时，上位机提醒工作人员换刀。换刀时，插拔驱动组件带动电缆插头与电缆插座分离。之后，快速定位夹紧装置解除对检测装置的夹紧。
本发明具有的有益效果是：
1、本发明设计了检测装置，集成了图像传感器、光电收发器、力传感器，在拉削过程中对位移、速度、加速度、拉力等工况参数进行监测，并对拉削进行计数；在检测装置内部还设计了电磁驱动的图像传感器伸缩机构，在拉削时，将图像传感器收缩到筒体内，在检测时，将图像传感器伸出到筒体外，用于测量拉刀刀刃的尺寸以及磨损情况。该装置可以对拉削过程中的工况参数进行在线监测，并进行拉刀的故障诊断和寿命预测。
2、本发明设计了电缆接头装拆机构，通过定位电机带动小齿轮和大齿轮旋转，使电缆插头跟着旋转，实现与检测装置上的电缆插座对齐；在电缆插头与电缆插座对齐时，电缆插头在弹簧弹力作用下自动插入电缆插座，并与旋转驱动组件分离；在不使用外部检测元件的情况下实现了任意初始角度的电缆插头与电缆插座之间的自动对接，提高了自动化程度，减少了拉削辅助时间。
3、本发明设计了拉刀快速定位夹紧装置，通过启动夹紧电机，正反旋向丝杠带动正反向两个定位夹紧块相向运动，快速自动地夹紧检测装置和拉刀，减少了辅助时间，提高了拉削效率。
4、本发明对数控拉床拉削过程的状态参数进行监测，并进行拉刀的故障诊断和寿命预测，大大提高了加工效率和刀具使用寿命，从而明显降低了生产成本。因此，具有显著的经济、社会和环境效益。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为图1中的A-A截面的剖视图(本发明中的快速定位夹紧装置的示意图)；
图3为图1中B-B截面的剖视图(本发明中的快速定位夹紧装置和电缆接头装拆机构的示意图)；
图4为图1中C-C截面的剖视图(本发明中的快速定位夹紧装置和电缆接头装拆机构的示意图)；
图5为本发明中检测装置的剖面图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种超智能拉削设备，包括机座9、拉削驱动组件、溜板导轨6、光电栅板4、快速定位夹紧装置3、智能拉削单元和电缆接头装拆机构11。溜板导轨6和光电栅板4均安装在机座9上。两个快速定位夹紧装置3均滑动连接在溜板导轨6上。其中一个快速定位夹紧装置3由拉削驱动组件驱动进行滑动，用于夹紧智能拉削单元的一段，且安装有电缆接头装拆机构11。另一个快速定位夹紧装置夹紧拉刀另一端，起到固定拉刀中心线的作用。
智能拉削单元包括拉刀主体1和检测装置2。检测装置2同轴安装在拉刀主体1的一端，与拉刀主体1形成一体，用来监测拉刀主体1的受力、拉刀主体1往返次数-位移-速度-加速度、刀刃尺寸。检测装置2的外端设置有电缆插座2-1。智能拉削单元的两端分别夹持在两个快速定位夹紧装置3上，且检测装置2的电缆插座2-1与电缆接头装拆机构11中的电缆插头11-7对接。
拉削驱动组件包括伺服电机10、拉削丝杠5、轴承8和轴承座7。拉削丝杠5通过轴承8和轴承座7支承在机座9上。拉削丝杠5与快速定位夹紧装置3的溜板3-1上的螺母组成丝杠螺母副；伺服电机10固定在机座9上，且输出轴与拉削丝杠5的端部固定。在伺服电机10驱动下，使快速定位夹紧装置3在溜板导轨6上移动，带动拉刀主体1及检测装置2作直线运动，实现拉削过程的工作进给和快速退回。电缆接头装拆机构11用于自动将输送电源和信号的电缆接头快速插入检测装置2上的电缆插座2-1内，或者快速将电缆接头从检测装置2上的电缆插座2-1中拔出，实现智能拉削单元的电缆插座2-1与外部的控制器及电源的快速对接。
如图1和2所示，快速定位夹紧装置3包括溜板3-1、正向定位夹紧块3-6、反向定位夹紧块3-4、溜板V型块3-3、夹紧电机3-7和双向丝杠3-2。溜板3-1的下部与溜板导轨6构成滑动副；溜板V型块3-3固定在溜板3-1上；溜板V型块3-3的顶部开设有V型定位槽。V型定位槽用于实现智能拉削单元的定位。
正向定位夹紧块3-6和反向定位夹紧块3-4均滑动连接在溜板3-1上，且滑动方向垂直于溜板导轨6的长度方向。双向丝杠3-2转动连接在溜板3-1上。正向定位夹紧块3-6和反向定位夹紧块3-4与双向丝杠3-2上旋向相反的两个螺纹段分别构成螺旋副。夹紧电机3-7固定在溜板3-1上，且输出轴与双向丝杠3-2的一段固定。正向定位夹紧块3-6和反向定位夹紧块3-4由夹紧电机3-7和双向丝杠3-2驱动进行反向运动。正向定位夹紧块3-6和反向定位夹紧块3-4的相对侧面的底部设置有夹紧斜面。正向定位夹紧块3-6和反向定位夹紧块3-4位于溜板V型块3-3的上方，两个夹紧斜面分别挤压智能拉削单元上半部的两侧。
如图1和5所示，检测装置2包括电缆插座2-1、导线管2-2、检测外壳、伸缩式图像采集组件、光电收发器2-8、拉削力采集组件和控制模块2-13。拉削力采集组件和伸缩式图像采集组件均安装在检测外壳的内腔中。
检测外壳包括上筒体2-3和下筒体2-12。上筒体2-3与下筒体2-12的开口处螺纹连接。上筒体2-3的开口处端面形成位于下筒体2-12内侧的第一限位台阶。拉削力采集组件、控制模块2-13和伸缩式图像采集组件均安装在检测外壳的内部且沿着远离拉刀主体1的方向依次排列。控制模块2-13用于接收伸缩式图像采集组件、光电收发器2-8和拉削力采集组件输出的信号，并对其进行采集、调理、滤波等操作后通过电缆发送给上位机。控制模块2-13还用于接收外部控制信号对伸缩驱动电磁铁2-4进行控制。
拉削力采集组件安装在检测外壳的内腔中，包括预紧板簧2-9、力传感器2-10和连接轴2-11。下筒体2-12的端面上开设有让位孔。让位孔的内端形成第二限位台阶。连接轴2-11穿过下筒体2-12端部的让位孔；连接轴2-11的内端设置有限位盘。限位盘与下筒体2-12的内腔端面之间设置有呈环形的力传感器2-10。预紧板簧2-9设置在检测外壳的内腔中，边缘处抵住第一限位台阶，中心位置抵住限位盘，对连接轴施加朝向力传感器2-10的预紧力，使连接轴2-11压紧在力传感器2-10上；该预紧力大于作用在检测装置2上的推力，以免检测不到推力大小。连接轴2-11的外端与拉刀主体1固定。力传感器2-10能够检测到限位盘与下筒体2-12的内腔端面之间的挤压力，从而获得拉刀主体1对工件的拉削力。
伸缩式图像采集组件包括伸缩驱动组件，以及沿着检测外壳中心轴线的周向均布的四个拍摄单元。检测外壳的中部开设有沿周向均布的四个径向滑槽。四个拍摄单元分别安装在四个径向滑槽内。所述的拍摄单元包括径向移动块2-6和图像传感器(采用CCD)。径向移动块2-6滑动连接在径向滑槽内。图像传感器通过嵌入方式固定在径向移动块2-6朝向拉刀主体1的侧面上。图像传感器的朝向与拉刀主体1的轴线平行。
伸缩驱动组件包括伸缩驱动组件和活塞推拉锥柱2-7。活塞推拉锥柱2-7包括同轴连接的活塞部和锥形部。活塞部与检测外壳的内腔滑动连接。锥形部的外侧面上开设有沿自身轴线的周向均布的四个导向槽。导向槽为T型槽。在沿着智能拉削单元的轴线靠近拉刀主体的方向上，导向槽到智能拉削单元轴线的距离逐渐增大。四个拍摄单元内的径向移动块2-6的内端均设置有倾斜的T形滑块；T形滑块与对应的导向槽滑动连接。活塞推拉锥柱2-7由伸缩驱动组件驱动下进行滑动。
当活塞推拉锥柱2-7向远离拉刀主体1的方向滑动时，活塞推拉锥柱2-7连接各径向移动块2-6的位置的直径逐渐增大，使得各径向移动块2-6向外滑出，使得图像传感器能够拍摄拉刀圆周上四个不同位置的图像，从而使用所得图像测量拉刀刀刃的尺寸以及磨损情况。
当活塞推拉锥柱2-7向靠近拉刀主体1的方向滑动时，活塞推拉锥柱2-7连接各径向移动块2-6的位置的直径逐渐减小，使得各径向移动块2-6向内滑动，使得图像传感器缩入径向滑槽内，避免拉削过程中产生的切屑损伤图像传感器。
伸缩驱动组件包括伸缩驱动电磁铁2-4和复位弹簧2-5。伸缩驱动电磁铁2-4固定在检测外壳的内腔远离拉刀主体的端部。复位弹簧2-5设置在检测外壳内，且两端分别抵住检测外壳内腔端部和活塞推拉锥柱2-7的活塞部。活塞推拉锥柱2-7的活塞部采用铁磁性材料，能够受到通电后的伸缩驱动电磁铁的吸引；通过伸缩驱动电磁铁2-4的通断电，控制活塞推拉锥柱2-7在两个极限位置之间切换，实现图像传感器伸出与缩回之间的切换。
沿着检测外壳的径向朝外设置的四个光电收发器2-8嵌入在检测外壳的外侧面上，且沿着检测外壳中心轴线的周向均布。其中一个光电收发器2-8与光电栅板4对齐，形成光栅尺位移传感器，用于检测拉刀主体1的位移-速度-加速度以及拉刀主体1往复次数。
电缆插座2-1固定在检测外壳的端部中心位置，且插口沿着智能拉削单元的轴向朝外设置，用于将电源和控制信号传送至检测装置2内部，将内部各传感器监测信号传出。导线管2-2固定在检测外壳内。导线管2-2内设置有电缆。各图像传感器、光电收发器2-8、伸缩驱动电磁铁2-4、控制模块的供电接口和控制接口通过电缆的不同芯线引出至电缆插座2-1；通过电缆插座2-1与电缆插头11-7对接，即可实现对拉削力采集组件的供电的信号传输。
如图1、3和4所示，电缆接头装拆机构11包括支架11-2、加强板11-11、固定螺栓11-12、活塞推杆11-3、电缆插头11-7、插拔驱动组件和旋转驱动组件。支架11-2通过固定螺栓11-12安装在溜板3-1上。支架11-2的直角转折处固定有加强板11-11，以提高支架11-2的结构强度。活塞推杆11-3与支架11-2构成圆柱副。活塞推杆11-3与智能拉削单元上的电缆插座2-1同轴设置。活塞推杆11-3的外端同轴固定有电缆插头11-7；装夹智能拉削单元后，电缆插头11-7与电缆插头2-1同轴且相互正对。电缆插头11-7由插拔驱动组件驱动进行直线插拔运动，旋转驱动组件驱动进行旋转，从而能够实现多芯的电缆插头11-7与电缆插座2-1的自动对接。
旋转驱动组件包括定位电机11-8、齿轮轴11-9、小齿轮11-10和大齿轮11-6。轴线平行于活塞推杆11-3的齿轮轴11-9转动连接在支架11-2上。定位电机11-8固定在支架11-2上，且输出轴与齿轮轴11-9的端部固定。小齿轮11-10、大齿轮11-6分别固定在齿轮轴11-9、活塞推杆11-3上。在电缆插头11-7抵住且未插入电缆插座2-1的状态(电缆插头11-7与电缆插座2-1的周向上未完全对齐，导致无法插合)下，小齿轮11-10与大齿轮11-6啮合。在电缆插头11-7插入电缆插座2-1的状态下，小齿轮11-10与大齿轮11-6分离。
插拔驱动组件包括插拔驱动电磁铁11-4、插拔弹簧11-1和筒身11-5。筒身11-5固定在支架11-2远离智能拉削单元的一侧。活塞推杆11-3内端的活塞板与筒身11-5的内腔滑动连接。筒身11-5的内腔端部固定有插拔驱动电磁铁11-4。插拔弹簧11-1套置在活塞推杆11-3上，且两端分别抵住支架11-2和大齿轮11-6。
插拔弹簧11-1对活塞推杆11-3施加朝向智能拉削单元的弹力；活塞推杆11-3的活塞板采用铁磁性材料，能够受到通电后的插拔驱动电磁铁11-4的吸引；插拔驱动电磁铁11-4对活塞推杆11-3吸引力朝向远离智能拉削单元的方向。
当插拔驱动电磁铁11-4通电时，电缆插头11-7与电缆插座2-1分离。当插拔驱动电磁铁11-4断电时，电缆插头11-7在插拔弹簧11-1的弹力作用下抵住电缆插座2-1，当电缆插头11-7转动至与电缆插座2-1所有插针插孔对齐的状态时，电缆插头11-7在插拔弹簧11-1的弹力作用下插入电缆插座2-1。
该智能拉削设备的工作过程具体如下：
步骤一、将检测装置2与拉刀主体1端部同轴固定，得到智能拉削单元。
步骤二、将检测装置2、拉刀主体1的末端分别放置到两个快速定位夹紧装置3的溜板V型块3-3的溜板V型块3-3上；启动夹紧电机3-7，双向丝杠3-2带动正向定位夹紧块3-6和反向定位夹紧块3-4相向运动，夹紧检测装置2和拉刀主体1的末端。
步骤三、插拔驱动电磁铁11-4失电，插拔弹簧11-1推动活塞推杆11-3端部的电缆插头11-7抵住检测装置2上的电缆插座2-1；之后，电缆接头装拆机构11上的定位电机11-8带动小齿轮11-10转动预设角度θ＝2π·Z1/Z2。Z1为大齿轮11-6的齿数，R2为小齿轮11-10的齿数。小齿轮11-10带动大齿轮11-6和电缆插头11-7旋转；当电缆插头11-7与电缆插座2-1在周向上对齐时，电缆插头11-7在插拔弹簧11-1的弹力作用下插入电缆插座2-1。
步骤四、在伺服电机10驱动下，快速定位夹紧装置3在溜板导轨6上移动，带动拉刀主体1及检测装置2作直线运动，实现拉削过程的工作进给和快速退回。
步骤五、检测装置2在拉削过程中对位移、速度、加速度、拉力等工况参数进行监测，并对拉削进行计数。每次拉削进给完成后，检测装置2的伸缩驱动电磁铁2-4得电，拉动活塞推拉锥柱2-7移动，其锥面推动四个径向移动块2-6沿径向向外位移；各图像传感器伸出后拍摄拉刀主体1的刃口图像；根据所得刃口图像测量拉刀主体1刀刃的尺寸以及磨损情况。
若拉刀主体1损坏或磨损情况超过预设值时，上位机提醒工作人员换刀。换刀时，插拔驱动电磁铁11-4通电，吸引电缆插头11-7向外移动，与电缆插座2-1分离。之后，快速定位夹紧装置3上的正向定位夹紧块3-6和反向定位夹紧块3-4相背运动，解除智能拉削单元的夹紧。

Claims (10)

1.一种智能拉削设备，包括机座(9)、拉削驱动组件、快速定位夹紧装置(3)、智能拉削单元和电缆接头装拆机构(11)；其特征在于：快速定位夹紧装置(3)中的溜板滑动连接在机座(9)上，并拉削驱动组件驱动进行拉削进给运动；智能拉削单元包括同轴安装的拉刀主体(1)和检测装置(2)；所述的检测装置(2)包括电缆插座(2-1)、检测外壳、伸缩式图像采集组件和拉削力采集组件；检测外壳与拉刀主体(1)通过拉削力采集组件连接；工作过程中，检测外壳装夹在快速定位夹紧装置(3)上；电缆插座(2-1)安装在检测外壳远离拉刀主体的端部；
所述的伸缩式图像采集组件包括伸缩驱动组件，以及沿着检测外壳中心轴线的周向排列的若干个拍摄单元；检测外壳的中部开设有若干个径向滑槽；拍摄单元安装在对应的径向滑槽内；所述的拍摄单元包括径向移动块(2-6)和图像传感器；径向移动块(2-6)滑动连接在径向滑槽内；图像传感器安装在径向移动块(2-6)朝向拉刀主体(1)的侧面上；伸缩驱动组件包括伸缩驱动组件和活塞推拉锥柱(2-7)；活塞推拉锥柱(2-7)滑动连接在检测外壳的内部，并由伸缩驱动组件驱动进行滑动；活塞推拉锥柱(2-7)的外侧面开设有与拍摄单元数量对应的导向槽；导向槽的长度方向与检测外壳的轴线不平行；径向移动块(2-6)的内端与导向槽构成滑动副；通过活塞推拉锥柱(2-7)的移动，能够带动图像传感器伸出检测外壳外，或缩入检测外壳内；
所述的电缆接头装拆机构(11)包括支架(11-2)、活塞推杆(11-3)、电缆插头(11-7)、插拔驱动组件和旋转驱动组件；支架(11-2)安装在快速定位夹紧装置(3)的溜板(3-1)上；活塞推杆(11-3)与支架(11-2)构成圆柱副；活塞推杆(11-3)与智能拉削单元上的电缆插座(2-1)同轴设置；活塞推杆(11-3)的外端同轴固定有电缆插头(11-7)；插拔驱动组件和旋转驱动组件分别驱动活塞推杆(11-3)的轴向滑动和旋转；电缆插头(11-7)插入电缆插座(2-1)后，电缆插头(11-7)与旋转驱动组件脱离。
2.根据权利要求1所述的一种智能拉削设备，其特征在于：所述的旋转驱动组件包括定位电机(11-8)、齿轮轴(11-9)、小齿轮(11-10)和大齿轮(11-6)；轴线平行于活塞推杆(11-3)的齿轮轴(11-9)转动连接在支架(11-2)上；齿轮轴(11-9)由定位电机(11-8)驱动旋转；小齿轮(11-10)、大齿轮(11-6)分别固定在齿轮轴(11-9)、活塞推杆(11-3)上；在电缆插头(11-7)抵住且未插入电缆插座(2-1)的状态下，小齿轮(11-10)与大齿轮(11-6)啮合；在电缆插头(11-7)插入电缆插座(2-1)的状态下，小齿轮(11-10)与大齿轮(11-6)分离。
3.根据权利要求2所述的一种智能拉削设备，其特征在于：所述的插拔驱动组件包括插拔驱动电磁铁(11-4)、插拔弹簧(11-1)和筒身(11-5)；筒身(11-5)固定在支架(11-2)上；活塞推杆(11-3)内端的活塞板与筒身(11-5)的内腔滑动连接；筒身(11-5)的内腔端部固定有插拔驱动电磁铁(11-4)；活塞推杆(11-3)的活塞板能够受到通电后的插拔驱动电磁铁(11-4)的吸引；插拔弹簧(11-1)套置在活塞推杆(11-3)上，且两端分别抵住支架(11-2)和大齿轮(11-6)；插拔弹簧(11-1)对活塞推杆(11-3)施加朝向智能拉削单元的弹力；当插拔驱动电磁铁(11-4)通电时，电缆插头(11-7)与电缆插座(2-1)分离；当插拔驱动电磁铁(11-4)断电时，电缆插头(11-7)在插拔弹簧(11-1)的弹力作用下抵住电缆插座(2-1)。
4.根据权利要求1所述的一种智能拉削设备，其特征在于：所述的机座(9)上固定有平行于拉削进给方向的光电栅板(4)；智能拉削单元中的检测装置的侧部安装有光电收发器(2-8)；光电收发器(2-8)与光电栅板(4)配合形成光栅尺传感器。
5.根据权利要求1所述的一种智能拉削设备，其特征在于：所述的拉削力采集组件包括预紧板簧(2-9)、力传感器(2-10)和连接轴(2-11)；连接轴(2-11)穿过下筒体(2-12)端部的让位孔；连接轴(2-11)的内端设置有限位盘；限位盘与检测外壳的内腔端面之间设置有呈环形的力传感器(2-10)；预紧板簧(2-9)设置在检测外壳的内腔中，边缘处抵住内的第一限位台阶，中心位置抵住限位盘，对连接轴施加朝向力传感器(2-10)的预紧力；连接轴(2-11)的外端伸出检测外壳以外，并与拉刀主体的端部固定。
6.根据权利要求1所述的一种智能拉削设备，其特征在于：所述的机座(9)上还滑动连接有第二个快速定位夹紧装置(3)；第二个快速定位夹紧装置(3)用于装夹智能拉削单元中拉刀主体远离检测装置(2)的端部。
7.根据权利要求1所述的一种智能拉削设备，其特征在于：所述的快速定位夹紧装置(3)包括溜板(3-1)、正向定位夹紧块(3-6)、反向定位夹紧块(3-4)、溜板V型块(3-3)、夹紧电机(3-7)和双向丝杠(3-2)；溜板V型块(3-3)固定在溜板(3-1)上；溜板V型块(3-3)的顶部开设有V型定位槽；所述的正向定位夹紧块(3-6)和反向定位夹紧块(3-4)均滑动连接在溜板(3-1)上，且滑动方向垂直于拉削进给方向；双向丝杠(3-2)转动连接在溜板(3-1)上；正向定位夹紧块(3-6)和反向定位夹紧块(3-4)与双向丝杠(3-2)上旋向相反的两个螺纹段分别构成螺旋副；双向丝杠(3-2)由夹紧电机(3-7)驱动旋转；正向定位夹紧块(3-6)和反向定位夹紧块(3-4)的相对侧面的底部设置有高于V型定位槽的夹紧斜面。
8.根据权利要求1所述的一种智能拉削设备，其特征在于：所述的活塞推拉锥柱(2-7)包括同轴连接的活塞部和锥形部；活塞部与检测外壳的内腔滑动连接；导向槽开设在锥形部的外侧面上；导向槽为T型槽；在沿着智能拉削单元的轴线靠近拉刀主体的方向上，导向槽到智能拉削单元轴线的距离逐渐增大；四个拍摄单元内的径向移动块(2-6)的内端均设置有倾斜的T形滑块；T形滑块与对应的导向槽滑动连接。
9.根据权利要求1所述的一种智能拉削设备，其特征在于：所述的伸缩驱动组件包括伸缩驱动电磁铁(2-4)和复位弹簧(2-5)；伸缩驱动电磁铁(2-4)固定在检测外壳的内腔远离拉刀主体的端部；复位弹簧(2-5)设置在检测外壳内，且两端分别抵住检测外壳内腔端部和活塞推拉锥柱(2-7)的活塞部；活塞推拉锥柱(2-7)能够受到通电后的伸缩驱动电磁铁的吸引。
10.如权利要求1所述的一种智能拉削设备的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、将检测装置(2)与拉刀主体(1)端部同轴固定；
步骤二、将检测装置(2)放置在快速定位夹紧装置(3)上；
步骤三、插拔驱动组件带动活塞推杆(11-3)端部的电缆插头(11-7)抵住检测装置(2)上的电缆插座(2-1)；之后，旋转驱动组件带动电缆插头(11-7)旋转；当电缆插头(11-7)与电缆插座(2-1)在周向上对齐时，电缆插头(11-7)插入电缆插座(2-1)，并与旋转驱动组件脱离；
步骤四、快速定位夹紧装置(3)夹紧检测装置(2)；拉削驱动组件带动拉刀主体进行拉削作业；每次拉削进给完成后，检测装置(2)内的活塞推拉锥柱(2-7)移动，推动径向移动块(2-6)沿径向向外位移；各图像传感器伸出后拍摄拉刀主体(1)的刃口图像；根据所得刃口图像测量拉刀主体(1)刀刃的尺寸以及磨损情况；
若拉刀主体(1)损坏或磨损情况超过预设值时，上位机提醒工作人员换刀；换刀时，插拔驱动组件带动电缆插头(11-7)与电缆插座(2-1)分离；之后，快速定位夹紧装置(3)解除对检测装置(2)的夹紧。
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