CN116922159B - 智能刀柄的加工方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能刀柄的加工方法及系统，涉及数控机床与智能刀柄领域，加工方法包括：对于一目标刀柄，获取目标刀柄的刀柄模型以及材质参数；在刀柄模型上按预设尺寸开设若干模型安装孔以获取刀柄仿真模型；对刀柄仿真模型进行有限元仿真计算；获取有限元仿真计算中的刀柄工作参数；判断刀柄工作参数是否满足预设要求，若是则在目标刀柄上开设实际安装孔；在实际安装孔中安装形变传感器以及用于传输形变传感器采集信号的无线通信装置。本发明能够对刀柄进行改造并加装多维力采集装置，能够对加工过程中刀柄的轴向力、弯矩、扭矩数据进行采集，并通过蓝牙模块将数据传递给上位机分析系统，实现刀具的磨损检测。
Description
技术领域
本发明涉及数控机床与智能刀柄领域，特别涉及智能刀柄的加工方法及系统的技术领域。
背景技术
近20年来国内机床行业取得了长足的发展，行业总体现状是体量巨大，但在高精尖核心技术方面和国外先进技术还有一定差距。
数控机床是使用较为广泛的数控机床之一。它主要用于轴类工件或盘类工件的内外圆柱面、任意锥角的内外圆锥面、复杂回转内外曲面和圆柱、圆锥螺纹等切削加工，并能进行切槽、钻孔、扩孔、铰孔及镗孔等。
数控机床是按照事先编制好的加工程序，自动地对被加工工件进行加工。我们把工件的加工工艺路线、工艺参数、刀具的运动轨迹、位移量、切削参数以及辅助功能，按照数控机床规定的指令代码及程序格式编写成加工程序单，再把这程序单中的内容记录在控制介质上，然后输入到数控机床的数控装置中，从而指挥机床加工工件。
目前数控机床使用的均为普通刀柄，无法采集刀柄受力数据，现有的智能刀柄成本高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中智能刀柄成本高的缺陷，提供一种对刀柄进行改造并加装多维力采集装置，能够对加工过程中刀柄的轴向力、弯矩、扭矩数据进行采集，并通过蓝牙模块将数据传递给上位机分析系统，实现机床的安全保护及刀具磨损检测的智能刀柄的加工方法及系统。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种智能刀柄的加工方法，其特点在于，所述加工方法包括：
对于一目标刀柄，获取目标刀柄的刀柄模型以及材质参数；
在刀柄模型上按预设尺寸开设若干模型安装孔以获取刀柄仿真模型；
对刀柄仿真模型进行有限元仿真计算；
获取所述有限元仿真计算中的刀柄工作参数；
判断刀柄工作参数是否满足预设要求，若是则按照刀柄仿真模型中模型安装孔的位置在目标刀柄上开设实际安装孔；
在实际安装孔中安装形变传感器以及用于传输形变传感器采集信号的无线通信装置。
较佳地，所述刀柄工作参数包括刀柄的一阶固有频率以及刀柄的刚度，所述在实际安装孔中安装形变传感器以及用于传输形变传感器采集信号的无线通信装置，包括：
在实际安装孔中安装形变传感器以及用于传输形变传感器采集信号的无线通信装置；
根据所述刀柄工作参数对形变传感器的灵敏度进行标定；
通过无线通信装置向处理终端传输形变传感器采集的刀柄形变数据。
较佳地，所述智能刀柄包括刀柄部分、开孔部分以及刀具夹持部分，
所述刀柄部分用于与数控机床的主轴连接；
所述刀具夹持部分用于夹持数控机床的刀具；
所述开孔部分设于刀柄部分与刀具夹持部分之间，所述开孔部分上开设有工艺孔、导线槽、轴向应变测力区以及形变应变测力区，所述导线槽围绕开孔部分的外表面一圈开设的环槽，所述轴向应变测力区和形变应变测力区内用于贴设形变传感器，所述工艺孔用于安装无线发送装置；
形变传感器采集的传感器信号通过设于导线槽内的导线发送至无线发送装置，所述无线发送装置向处理终端传输传感器信号。
较佳地，所述在刀柄模型上按预设尺寸开设若干模型安装孔以获取刀柄仿真模型，包括：
获取所述刀柄模型的轴线剖面图；
识别轴线剖面图中外表面与内表面的线条；
获取轴线剖面图中外表面与内表面之间的水平距离；
标记水平距离大于预设厚度的区域；
在所述区域上开设若干模型安装孔以获取刀柄仿真模型。
较佳地，所述标记水平距离大于预设厚度的区域，包括：
识别全部水平距离大于预设厚度的区域的最大长度；
显示所述最大长度大于预设长度的区域作为目标区域；
选取离目标刀柄中线最近的目标区域作为开设模型安装孔的区域。
较佳地，所述在实际安装孔中安装形变传感器以及用于传输形变传感器采集信号的无线通信装置，包括：
利用安装刀具的所述智能刀柄进行加工；
形变传感器通过无线通信装置向处理终端传输测试信号；
获取测试信号中单元结构参数；
判断单元结构参数是否满足预设条件，若是则判定实际安装孔满足测试要求。
较佳地，所述在实际安装孔中安装形变传感器以及用于传输形变传感器采集信号的无线通信装置，包括：
对单元结构参数的信号进行采集；
获取单元结构参数的连续性，所述连续性包括参数在时序上的完整性以及波动幅度；
根据所述单元结构参数的连续性判断单元结构参数是否满足预设条件，若是则判定实际安装孔满足测试要求。
较佳地，所述加工方法包括：
所述智能刀柄安装若干等级的刀具进行加工，并采集若干等级的刀具加工的测试信号，每一等级对应一段刀具的使用时长；
获取不同等级的刀具测试信号中单元结构参数的差异量；
根据所述差异量对形变传感器的灵敏度进行调节。
本发明还提供一种智能刀柄，所述智能刀柄通过如上所述的加工方法生产。
本发明还提供一种加工系统，所述加工系统包括一处理模块，所述处理模块用于实现如上所述的加工方法。
符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
本发明能够对普通刀柄进行改造并加装多维力采集装置，使普通刀柄升级为智能刀柄，并对加工过程中刀柄的轴向力、弯矩、扭矩数据进行采集，并通过蓝牙模块将数据传递给上位机分析系统，为上位机对数据进行分析提供硬件基础，从而实现机床的安全保护及刀具磨损检测。
附图说明
图1为本发明实施例1的加工方法的流程图。
图2为本发明实施例1的智能刀柄的结构示意图。
实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例
本实施例中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本实施例提供一种数控机床，所述数控机床包括一智能刀柄。
所述智能刀柄通过一加工系统加工，所述加工系统包括一处理模块以及一加工模块，所述处理模块包括一获取模块、一设置模块、一仿真模块、一计算模块、一判断模块。
所述加工系统可以是一处理终端，如台式机、服务器等，也可以是包括处理终端、数控机床和加工工具的数控机床系统，利用数控机床系统对刀柄进行加工。
本实施例中所述加工系统为一处理终端，所述处理模块可以是处理终端中的一个软件或多款软件。
对于一目标刀柄，所述获取模块用于获取目标刀柄的刀柄模型以及材质参数；
所述设置模块用于在刀柄模型上按预设尺寸开设若干模型安装孔以获取刀柄仿真模型；
所述仿真模块用于对刀柄仿真模型进行有限元仿真计算；
所述计算模块用于获取所述有限元仿真计算中的刀柄工作参数；
所述判断模块用于判断刀柄工作参数是否满足预设要求，若是则按照刀柄仿真模型中模型安装孔的位置在目标刀柄上开设实际安装孔；
所述加工模块用于在实际安装孔中安装形变传感器以及用于传输形变传感器采集信号的无线通信装置。
所述刀柄工作参数包括刀柄的一阶固有频率以及刀柄的刚度，所述处理模块还包括一标定模块。
在实际安装孔中安装形变传感器以及用于传输形变传感器采集信号的无线通信装置，然后标定模块用于根据所述刀柄工作参数对形变传感器的灵敏度进行标定；
通过无线通信装置向处理终端传输形变传感器采集的刀柄形变数据。
参见图2，加工完成的所述智能刀柄包括刀柄部分11、开孔部分21以及刀具夹持部分31。
所述刀柄部分11用于与数控机床的主轴连接；
所述刀具夹持部分31用于夹持数控机床的刀具；
所述开孔部分21设于刀柄部分与刀具夹持部分之间。
所述开孔部分上开设有工艺孔211、导线槽212、轴向应变测力区213以及形变应变测力区214，所述导线槽围绕开孔部分的外表面一圈开设的环槽，所述轴向应变测力区和形变应变测力区内用于贴设形变传感器，所述工艺孔用于安装无线发送装置；
形变应变测力区用于测量弯矩、扭矩应变力。
形变传感器采集的传感器信号通过设于导线槽内的导线发送至无线发送装置，所述无线发送装置向处理终端传输传感器信号。
本实施例中的形变传感器为应变片。
所述设置模块用于：
获取所述刀柄模型的轴线剖面图；
识别轴线剖面图中外表面与内表面的线条；
获取轴线剖面图中外表面与内表面之间的水平距离；
标记水平距离大于预设厚度的区域；
在所述区域上开设若干模型安装孔以获取刀柄仿真模型。
具体地，所述设置模块用于：
识别全部水平距离大于预设厚度的区域的最大长度；
显示所述最大长度大于预设长度的区域作为目标区域；
选取离目标刀柄中线最近的目标区域作为开设模型安装孔的区域。
数控机床用于利用安装刀具的所述智能刀柄进行加工；
形变传感器用于通过无线通信装置向处理终端传输测试信号；
所述处理模块还包括一测试模块，用于：
获取测试信号中单元结构参数；
判断单元结构参数是否满足预设条件，若是则判定实际安装孔满足测试要求。
测试模块用于：
对单元结构参数的信号进行采集；
获取单元结构参数的连续性，所述连续性包括参数在时序上的完整性以及波动幅度；
根据所述单元结构参数的连续性判断单元结构参数是否满足预设条件，若是则判定实际安装孔满足测试要求。
所述测试模块还用于：
所述智能刀柄安装若干等级的刀具进行加工，并采集若干等级的刀具加工的测试信号，每一等级对应一段刀具的使用时长；
获取不同等级的刀具测试信号中单元结构参数的差异量；
根据所述差异量对形变传感器的灵敏度进行调节。
参见图1，本实施例还提供一种加工方法（可以利用上述加工系统实现），包括：
步骤100、对于一目标刀柄，获取目标刀柄的刀柄模型以及材质参数；
步骤101、在刀柄模型上按预设尺寸开设若干模型安装孔以获取刀柄仿真模型；
步骤102、对刀柄仿真模型进行有限元仿真计算；
步骤103、获取所述有限元仿真计算中的刀柄工作参数；
步骤104、判断刀柄工作参数是否满足预设要求，若是则执行步骤105，若否则再次执行步骤100。
步骤105、按照刀柄仿真模型中模型安装孔的位置在目标刀柄上开设实际安装孔；
步骤106、在实际安装孔中安装形变传感器以及用于传输形变传感器采集信号的无线通信装置。
其中，所述刀柄工作参数包括刀柄的一阶固有频率以及刀柄的刚度。
步骤107、根据所述刀柄工作参数对形变传感器的灵敏度进行标定；
步骤108、通过无线通信装置向处理终端传输形变传感器采集的刀柄形变数据。
其中步骤101具体包括：
获取所述刀柄模型的轴线剖面图；
识别轴线剖面图中外表面与内表面的线条；
获取轴线剖面图中外表面与内表面之间的水平距离；
标记水平距离大于预设厚度的区域；
在所述区域上开设若干模型安装孔以获取刀柄仿真模型。
其中，所述标记水平距离大于预设厚度的区域，包括：
识别全部水平距离大于预设厚度的区域的最大长度；
显示所述最大长度大于预设长度的区域作为目标区域；
选取离目标刀柄中线最近的目标区域作为开设模型安装孔的区域。
步骤108后包括：
步骤109、利用安装刀具的所述智能刀柄进行加工；
步骤110、形变传感器通过无线通信装置向处理终端传输测试信号；
步骤111、获取测试信号中单元结构参数；
步骤112、判断单元结构参数是否满足预设条件，若是则判定实际安装孔满足测试要求，若否则再次执行步骤100。
判断单元结构参数是否满足预设条件具体为：
对单元结构参数的信号进行采集；
获取单元结构参数的连续性，所述连续性包括参数在时序上的完整性以及波动幅度；
根据所述单元结构参数的连续性判断单元结构参数是否满足预设条件，若是则判定实际安装孔满足测试要求。
步骤108后还包括：
所述智能刀柄安装若干等级的刀具进行加工，并采集若干等级的刀具加工的测试信号，每一等级对应一段刀具的使用时长；
获取不同等级的刀具测试信号中单元结构参数的差异量；
根据所述差异量对形变传感器的灵敏度进行调节。
本实施例能够对普通刀柄进行改造并加装多维力采集装置，使普通刀柄升级为智能刀柄，并对加工过程中刀柄的轴向力、弯矩、扭矩数据进行采集，并通过蓝牙模块将数据传递给上位机分析系统，为上位机对数据进行分析提供硬件基础，从而实现机床的安全保护及刀具磨损检测。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种智能刀柄的加工方法，其特征在于，所述加工方法包括：
对于一目标刀柄，获取目标刀柄的刀柄模型以及材质参数；
在刀柄模型上按预设尺寸开设若干模型安装孔以获取刀柄仿真模型；
对刀柄仿真模型进行有限元仿真计算；
获取所述有限元仿真计算中的刀柄工作参数；
判断刀柄工作参数是否满足预设要求，若是则按照刀柄仿真模型中模型安装孔的位置在目标刀柄上开设实际安装孔；
在实际安装孔中安装形变传感器以及用于传输形变传感器采集信号的无线通信装置；
其中，所述在刀柄模型上按预设尺寸开设若干模型安装孔以获取刀柄仿真模型，包括：
获取所述刀柄模型的轴线剖面图；
识别轴线剖面图中外表面与内表面的线条；
获取轴线剖面图中外表面与内表面之间的水平距离；
标记水平距离大于预设厚度的区域；
在所述区域上开设若干模型安装孔以获取刀柄仿真模型。
2.如权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述刀柄工作参数包括刀柄的一阶固有频率以及刀柄的刚度，所述在实际安装孔中安装形变传感器以及用于传输形变传感器采集信号的无线通信装置，包括：
在实际安装孔中安装形变传感器以及用于传输形变传感器采集信号的无线通信装置；
根据所述刀柄工作参数对形变传感器的灵敏度进行标定；
通过无线通信装置向处理终端传输形变传感器采集的刀柄形变数据。
3.如权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述智能刀柄包括刀柄部分、开孔部分以及刀具夹持部分，
所述刀柄部分用于与数控机床的主轴连接；
所述刀具夹持部分用于夹持数控机床的刀具；
所述开孔部分设于刀柄部分与刀具夹持部分之间，所述开孔部分上开设有工艺孔、导线槽、轴向应变测力区以及形变应变测力区，所述导线槽围绕开孔部分的外表面一圈开设的环槽，所述轴向应变测力区和形变应变测力区内用于贴设应变传感器，所述工艺孔用于安装无线发送装置；
应变传感器采集的传感器信号通过设于导线槽内的导线发送至无线发送装置，所述无线发送装置向处理终端传输传感器信号。
4.如权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述标记水平距离大于预设厚度的区域，包括：
识别全部水平距离大于预设厚度的区域的最大长度；
显示所述最大长度大于预设长度的区域作为目标区域；
选取离目标刀柄中线最近的目标区域作为开设模型安装孔的区域。
5.如权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述在实际安装孔中安装形变传感器以及用于传输形变传感器采集信号的无线通信装置，包括：
利用安装刀具的所述智能刀柄进行加工；
形变传感器通过无线通信装置向处理终端传输测试信号；
获取测试信号中单元结构参数；
判断单元结构参数是否满足预设条件，若是则判定实际安装孔满足测试要求。
6.如权利要求5所述的加工方法，其特征在于，所述在实际安装孔中安装形变传感器以及用于传输形变传感器采集信号的无线通信装置，包括：
对单元结构参数的信号进行采集；
获取单元结构参数的连续性，所述连续性包括参数在时序上的完整性以及波动幅度；
根据所述单元结构参数的连续性判断单元结构参数是否满足预设条件，若是则判定实际安装孔满足测试要求。
7.如权利要求5所述的加工方法，其特征在于，所述加工方法包括：
所述智能刀柄安装若干等级的刀具进行加工，并采集若干等级的刀具加工的测试信号，每一等级对应一段刀具的使用时长；
获取不同等级的刀具测试信号中单元结构参数的差异量；
根据所述差异量对形变传感器的灵敏度进行调节。
8.一种智能刀柄，其特征在于，所述智能刀柄通过如权利要求1至7中任意一项所述的加工方法生产。
9.一种加工系统，其特征在于，所述加工系统包括一处理模块，所述处理模块用于实现如权利要求1至7中任意一项所述的加工方法。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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