CN115042014B - 一种用于四维切削力检测的智能刀柄 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种用于四维切削力检测的智能刀柄,其包括刀柄、偶数个压力传感器、无线传输模块及供电模块,刀柄外壁同轴开设有检测环槽,刀柄内壁同轴开设有形变环槽,压力传感器周向设置于检测环槽内,压力传感器的检测端与检测环槽靠近形变环槽的侧壁抵接,无线传输模块及供电模块均设置于检测环槽内,压力传感器及无线传输模块电连接。利用刀柄上的形变环槽及检测环槽的配合增加检测环槽内壁的形变幅度,使压力传感器在检测的过程中更易检测到检测环槽内壁的变化情况,从而切削力的检测的结果更加准确,同时检测的结构皆设置于刀柄上,此时对于加工的零件的尺寸不会有过多的要求,使其可更多尺寸的工件进行加工,增加其适用范围。
Description
技术领域
本申请涉及机床配件的技术领域,尤其是涉及一种用于四维切削力检测的智能刀柄。
背景技术
机械制造的现代化对切削加工的速度与精度提出了越来越高的 要求,为保证这一点,对切削加工过程中切削力的变化进行实时监控显得尤为重要。 而目前绝大多数机床等各种加工设备本身并不具有状态监控的功能, 为了使这些高度自动化的加工设备实现高精度、高速度加工,需要对加工设备的加工过程中的切削力的变化状态进行监控。
目前通常是将压电式切削测力仪安装于机床工作台上,并将加工工件安装于测力仪上,但是在将工件安装于测力仪上时,会对工件的尺寸产生限制,从而难以满足不同尺寸的工件的加工。
因此需要提出一种新的技术方案来解决上述问题。
发明内容
为了在能够对切削力的变化状态进行监控的状态下,对于加工的工件的尺寸不会有较大的限制,本申请提供一种用于四维切削力检测的智能刀柄。
本申请提供的一种用于四维切削力检测的智能刀柄,采用如下技术方案:
一种用于四维切削力检测的智能刀柄,包括刀柄、设置于刀柄上的偶数个压力传感器、用于传输无线信号的无线传输模块及供电的供电模块,所述刀柄外壁同轴开设有检测环槽,所述刀柄内壁同轴开设有形变环槽,所述形变环槽设置于检测环槽靠近刀具安装孔的一侧,所述压力传感器周向设置于检测环槽内,所述压力传感器的检测端与检测环槽靠近形变环槽的侧壁抵接,所述无线传输模块及供电模块均设置于检测环槽内,所述压力传感器及无线传输模块电连接。
通过采用上述技术方案,利用刀柄上的形变环槽及检测环槽的配合增加检测环槽内壁的形变幅度,使压力传感器在检测的过程中更易检测到检测环槽内壁的变化情况,从而切削力的检测的结果更加准确,同时检测的结构皆设置于刀柄上,此时对于加工的零件的尺寸不会有过多的要求,使其可更多尺寸的工件进行加工,增加其适用范围。
可选的:所述无线传输模块及供电模块均设置为两个,且分别周向设置于检测环槽内,所述无线传输模块及供电模块分别与相同数量的压力传感器连接。
通过采用上述技术方案,使无线传输模块及供电模块分别设置于刀柄轴线的两侧,从而使刀柄上各个部位的重量可以保持一致,在刀柄转动的过程中其各个部位受到的离心力可以保持平衡,从而使铣刀在转动的过程中其径向的跳动不易产生,使铣刀在加工的过程中能够保持稳定。
可选的:所述刀柄上同轴固定有防护壳,所述防护壳的一端位于检测环槽远离形变环槽的一侧且与刀柄固定,所述防护壳的另一端位于检测环槽靠近形变环槽的一侧且与刀柄之间留有间隙,所述压力传感器、供电模块及无线传输模块皆固定于防护壳内。
通过采用上述技术方案,利用防护壳将检测环槽的开口处进行遮挡,使铣刀在切削加工过程中产生的冷却液及切屑不易朝向检测环槽内移动,从而使检测环槽内的压力传感器的检测过程不易受到影响,使最终的检测结果保持准确。
可选的:所述防护壳内同轴设置有遮挡环,所述遮挡环设置于检测环槽靠近形变环槽的一侧,所述遮挡环的端面呈倾斜设置,所述遮挡环靠近其内环的位置朝向形变环槽的方向倾斜,所述遮挡环内壁与刀柄之间留有间隙。
通过采用上述技术方案,利用遮挡环进一步对防护壳内的空间进行遮挡,从而在有冷却液或切屑通过防护壳与刀柄的间隙进入防护壳内时,利用遮挡环再次对防护壳内的冷却液及切屑的移动进行阻碍,使切屑及冷却液更加难以进入检测环槽内,使压力传感器的检测过程不易受到影响。
可选的:所述防护壳上设置有阻碍切屑进入防护壳与刀柄之间的吹风机构,所述吹风机构包括同轴设置于防护壳上的转动环及连接于转动环上的气管,所述防护壳外壁周向开设有若干与其内腔连通的连通孔,所述连通孔设置于遮挡环远离检测环槽的一侧,所述转动环设置于连通孔外且转动环的内壁与防护壳外壁之间留有间隙,所述转动环呈中空设置,所述转动环内壁同轴开设有出气孔,所述气管与转动环内腔连通,所述气管能够固定于机床上并与刀柄同步移动。
通过采用上述技术方案,通过吹风机构驱动空气通过保护壳与刀柄的间隙朝向保护壳外流动,从而在冷却液及切屑朝向保护壳及刀柄的间隙移动时,流动的空气会对冷却液及切屑产生阻碍,从而使冷却液及切屑不易朝向保护壳内移动,使压力传感器的检测结果不易受到影响。
可选的:所述防护壳外同轴设置有凹陷部,所述连通孔设置于凹陷部靠近刀柄的侧壁上,所述转动环的内壁嵌设于凹陷部内,所述转动环与凹陷部内壁之间留有间隙。
通过采用上述技术方案,通过凹陷部与转动环的配合使转动环内流出的空气不易从凹陷部与转动环之间的间隙流走,从而使空气在进入保护壳内时的流速不易降低过多,从而使流动的空气对切屑及冷却液的阻碍效果更好,并且在保护壳转动的过程中转动环与保护壳之间没有接触,使保护壳在转动的过程中不易受到外力的作用而产生形变,也使保护壳不易对压力传感器的检测结果产生影响。
可选的:所述转动环上下两个端面皆同轴设置有防护环,所述防护环内壁与防护壳外壁之间留有间隙。
通过采用上述技术方案,利用防护环进一步阻碍空气从转动环与防护壳之间的间隙流走,增加了空气从两者之间流失所需要经过的距离,使流动的空气更多的进入保护壳内,从而使外界的冷却液及切屑等更加不易进入保护壳与刀柄之间的间隙内,使压力传感器的检测结果更加准确。
可选的:所述连通孔靠近刀柄的一端向下倾斜。
通过采用上述技术方案,通过对转动环进入保护壳内的空气的流动方向进行引导,从而在转动环内的空气朝向保护壳内流动时,空气不易通过遮挡环与刀柄的间隙而向上流动,进一步减少切屑及冷却液进入检测环槽内的概率,从而使压力传感器的检测精度更高。
综上所述,本申请包括以下至少一种有益技术效果:
1、利用形变环槽及检测环槽增加了检测环槽靠近刀柄的刀具安装孔的侧壁的可形变几率,从而在铣刀对工件进行加工的过程中,形变环槽内壁更易产生相应拜年话,从而使压力传感器更易检测到铣刀的切削力的变化情况,从而使检测的结果更加准确,并且压力传感器直接设置于刀柄上,从而不易对待加工零件的尺寸提出要求,可对更多不同尺寸的产品进行加工。
2、通过设置防护壳对朝向检测环槽移动的冷却液及切屑进行阻碍,使冷却液及切屑不易进入检测环槽内,从而不易对压力传感器的检测过程产生阻碍。
附图说明
图1为本申请实施例的结构示意图;
图2为本申请实施例用于展示防护壳内部结构的示意图;
图3为本申请实施例用于展示刀柄结构的剖视图;
图4为图3的A部放大图。
图中,1、刀柄;11、检测环槽;12、形变环槽;2、压力传感器;3、无线传输模块;4、供电模块;5、防护壳;51、遮挡环;52、凹陷部;521、连通孔;6、吹风机构;61、转动环;611、出气孔;62、气管;63、防护环。
具体实施方式
以下结合附图对本申请作进一步详细说明。
本申请公开的一种用于四维切削力检测的智能刀柄1,如图1、图2和图3所示,包括刀柄1、设置于刀柄1上的八个压力传感器2、用于传输无线信号的两个无线传输模块3及进行供电的两个供电模块4。刀柄1选用CNC的标准刀柄1-HSK-63A,刀柄1外壁靠近刀具安装口的位置同轴开设有检测环槽11,刀柄1内壁靠近刀具安装口的位置同轴开设有形变环槽12,形变环槽12设置于检测环槽11靠近刀具安装口的位置,通过设置形变环槽12使刀柄1在受力时形变幅度更易于检测环槽11靠近形变环槽12的侧壁上检测到。八个压力传感器2均选用应变片式压力传感器2,压力传感器2周向设置于应变环槽内,且压力传感器2的检测端与检测环槽11靠近形变环槽12的侧壁抵接,从而对形变环槽12的形变进行检测。无线传输模块3分别与位于同一侧的四个压力传感器2连接,供电模块4分别与无线传输模块3连接,并为无线传输模块3及其连接的四个压力传感器2供电,相互连接的无线传输模块3及供电模块4位于刀柄1轴线的同一侧,互不连接的则围绕刀柄1轴线周向设置。通过压力传感器2对检测环槽11的形变进行监测,并将监测到的数据通过无线传输模块3传输至外界的处理设备上,对数据进行计算从而对刀具的切削力的变化进行实时监控。
如图1和图2所示,由于在刀具切削的过程中,会有冷却液及碎屑进入检测环槽11内,从而对检测环槽11内壁的形变产生一定的影响,并且影响压力传感器2的检测结果,因此刀柄1上同轴套接有防护壳5,防护壳5包括两个二分之一的圆管,两个二分之一圆管通过螺栓固定从而拼合为完整的圆管,防护壳5的一端位于检测环槽11远离形变环槽12的一侧,且防护壳5使用螺栓与刀柄1固定。防护壳5的另一端位于检测环槽11靠近形变环槽12的一侧,防护壳5靠近形变环槽12的一端朝向刀柄1外壁的方向倾斜,且防护壳5呈倾斜设置的一端与刀柄1外壁之间留有间隙。压力传感器2、供电模块4及无线传输模块3分别使用螺栓固定于防护壳5内,且相互电连接的四个压力传感器2、供电模块4及无线传输模块3皆连接于防护壳5上的一个圆管内。通过防护壳5对朝向检测环槽11移动的冷却液及切屑等进行阻碍,使检测环槽11内不易进入冷却液及切屑等,从而使压力传感器2的检测不易受到影响。
由于防护壳5与刀柄1之间仍然留有间隙,冷却液及切屑仍易从该间隙内进入检测环槽11内,因此二分之一的圆管内接同轴固定二分之一的遮挡环51,两个二分之一的遮挡环51的端面抵接从而拼合为一完整的圆环。遮挡环51的内环朝向刀柄1的刀具安装孔的方向倾斜,且遮挡环51的内壁与刀柄1的外壁之间留有间隙。通过遮挡环51再一次对进入防护壳5内的冷却液及切屑的移动进行阻碍,使进入防护壳5内的切屑更易停留于遮挡环51与防护壳5呈倾斜设置的位置之间,从而使压力传感器2的检测过程不易受到影响。
如图4所示,为了使切屑及冷却液不易留存于遮挡环51靠近刀柄1的刀具安装孔的一侧,防护壳5上还设置有阻碍切屑进入防护壳5与刀柄1之间的间隙的吹风机构6,吹风机构6包括同轴设置于防护壳5外的转动环61及连接于转动环61上的若干气管62,转动环61包括两个呈半圆环型且中空设置的环体,两个环体之间通过螺栓同轴固定,且两个环体的内腔互不连通,若干气管62分别固定于环体上,且气管62与机床固定连接,从而使刀柄1与转动环61能够同步移动。防护壳5外壁同轴设置有凹陷部52,凹陷部52的侧壁上周向开设有若干与防护壳5内腔连通的连通孔521。转动环61内壁同轴开设有出气孔611,且转动环61能够部分嵌设于凹陷部52内,从而在刀柄1转动而转动环61不进行转动的情况下,转动环61内的空气能够朝向防护壳5内流动,接着空气流动至防护壳5与刀柄1之间的连接处,利用气流对冷却液及切屑进行驱动,使冷却液及切屑不易通过防护壳5与刀柄1之间的间隙进入防护壳5内。
如图4所示,由于转动环61与凹陷部52之间留有间隙,此时在转动环61内的空气在驱动下朝向防护壳5内流动时,空气易从凹陷部52与转动环61的间隙流失,从而影响吹气机构对冷却液及切屑的阻碍效果。因此转动环61的上下两端面分别同轴设置有防护环63,防护环63分别与环体固定连接,且防护环63的内壁与防护壳5的外壁之间留有间隙,通过防护环63阻碍空气从转动环61的外壁与凹陷部52的间隙之间流动的速度,使更多的空气可朝向防护壳5内流动。
如图4所示,由于在空气进入防护壳5内时,空气还会沿着刀柄1向上移动,从而仍会带动切屑及冷却液朝上移动,因此连通孔521靠近刀柄1的一端向下倾斜,从而利用连通孔521对进入防护壳5内的空气的流向进行引导,使空气朝向斜下方的方向流动,从而使空气更易从防护壳5与刀柄1之间的间隙向下流动,使切屑及冷却液不易进入检测环槽11内。
实施例的实施原理为:在刀柄1带动铣刀转动从而对工件进行铣削加工时,铣刀带动形变环槽12形变,从而使检测环槽11靠近形变环槽12的侧壁产生形变,利用压力传感器2对检测环槽11的侧壁的形变检测,进而对铣刀的切削力进行检测。同时转动环61内的空气朝向防护壳5内流动,进入防护壳5内的空气在连通孔521的引导下朝向防护壳5与刀柄1的连接处移动,从而利用流动的空气阻碍冷却液及切屑的向上移动,使冷却液及切屑不易进入防护壳5内。
本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例,并非依此限制本申请的保护范围,故:凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化,均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种用于四维切削力检测的智能刀柄,其特征在于:包括刀柄(1)、设置于刀柄(1)上的偶数个压力传感器(2)、用于传输无线信号的无线传输模块(3)及供电的供电模块(4),所述刀柄(1)外壁同轴开设有检测环槽(11),所述刀柄(1)内壁同轴开设有形变环槽(12),所述形变环槽(12)设置于检测环槽(11)靠近刀具安装孔的一侧,所述压力传感器(2)周向设置于检测环槽(11)内,所述压力传感器(2)的检测端与检测环槽(11)靠近形变环槽(12)的侧壁抵接,所述无线传输模块(3)及供电模块(4)均设置于检测环槽(11)内,所述压力传感器(2)及无线传输模块(3)电连接;
所述无线传输模块(3)及供电模块(4)均设置为两个,且分别周向设置于检测环槽(11)内,所述无线传输模块(3)及供电模块(4)分别与相同数量的压力传感器(2)连接;
所述刀柄(1)上同轴固定有防护壳(5),所述防护壳(5)的一端位于检测环槽(11)远离形变环槽(12)的一侧且与刀柄(1)固定,所述防护壳(5)的另一端位于检测环槽(11)靠近形变环槽(12)的一侧且与刀柄(1)之间留有间隙,所述压力传感器(2)、供电模块(4)及无线传输模块(3)皆固定于防护壳(5)内;
所述防护壳(5)上设置有阻碍切屑进入防护壳(5)与刀柄(1)之间的吹风机构(6),所述吹风机构(6)包括同轴设置于防护壳(5)上的转动环(61)及连接于转动环(61)上的气管(62),所述防护壳(5)外壁周向开设有若干与其内腔连通的连通孔(521),所述连通孔(521)设置于遮挡环(51)远离检测环槽(11)的一侧,所述转动环(61)设置于连通孔(521)外且转动环(61)的内壁与防护壳(5)外壁之间留有间隙,所述转动环(61)呈中空设置,所述转动环(61)内壁同轴开设有出气孔(611),所述气管(62)与转动环(61)内腔连通,所述气管(62)能够固定于机床上并与刀柄(1)同步移动。
2.根据权利要求1所述的一种用于四维切削力检测的智能刀柄,其特征在于:所述防护壳(5)内同轴设置有遮挡环(51),所述遮挡环(51)设置于检测环槽(11)靠近形变环槽(12)的一侧,所述遮挡环(51)的端面呈倾斜设置,所述遮挡环(51)靠近其内环的位置朝向形变环槽(12)的方向倾斜,所述遮挡环(51)内壁与刀柄(1)之间留有间隙。
3.根据权利要求1所述的一种用于四维切削力检测的智能刀柄,其特征在于:所述防护壳(5)外同轴设置有凹陷部(52),所述连通孔(521)设置于凹陷部(52)靠近刀柄(1)的侧壁上,所述转动环(61)的内壁嵌设于凹陷部(52)内,所述转动环(61)与凹陷部(52)内壁之间留有间隙。
4.根据权利要求1所述的一种用于四维切削力检测的智能刀柄,其特征在于:所述转动环(61)上下两个端面皆同轴设置有防护环(63),所述防护环(63)内壁与防护壳(5)外壁之间留有间隙。
5.根据权利要求4所述的一种用于四维切削力检测的智能刀柄,其特征在于:所述连通孔(521)靠近刀柄(1)的一端向下倾斜。
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