CN207888246U - 一种可在线采集刀具切削力信号的夹具 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种可在线采集刀具切削力信号的夹具，包括夹具体，夹具体上设置有第一螺孔、第二螺孔、刀具安装孔、夹具安装柄、第一螺钉、第二螺钉，第一螺孔与第二螺孔相互平行，刀具安装孔与第一螺孔垂直并连通，刀具安装孔与第二螺孔垂直并连通，刀具安装孔内装有刀具，第一螺钉、第二螺钉的底端都抵靠在刀具上，第二螺钉的底端设置有压电石英传感器，压电石英传感器上设有第一引出线，本实用新型提供的可在线采集刀具切削力信号的夹具测力范围广、线性度好、受温度影响小、分辨率高，能够在不影响机床加工精度的加工中在线采集切削力信号，经后续处理显示出切削力数值大小，切削力的大小可用来校验和选择机床功率，校验刀具刚性。

Description

一种可在线采集刀具切削力信号的夹具

技术领域

本实用新型涉及夹具领域，具体涉及一种可在线采集刀具切削力信号的夹具。

背景技术

目前，活塞加工厂精车外圆所采用的刀具是PCD（聚晶金刚石）刀具，而活塞外圆材料包括了铝和铸铁环槽，PCD（聚晶金刚石）刀具适合加工铝制材料，在加工铁制材料时，由于PCD（聚晶金刚石）刀具的主要成分是碳，与铁存在化学亲和力，在切削过程中会发生化学反应，不仅对刀具的磨损很严重，对工件的加工精度也会产生非常大的影响，大大缩短刀具使用寿命。

研究发现，刀具磨损与刀具切削力有很重要的关系，切削力的大小可以直接反映刀具磨损情况，切削力是在主运动方向上的分力，它是校验和选择机床功率、校验和设计机床主运动机构、刀具刚性的重要依据，而对切削力的研究又是困难重重。

现有的机床上刀具的夹具都无法实现切削力的测量，若是通过对夹具的设计，使夹具与相关的测力传感器联系在一起，测量切削力的大小，转换为相应的电信号，经后续处理电路，放大滤波，通过微型计算机分析处理直接由显示器显示出来，切削力的大小和刀具的磨损情况呈正相关，在一定范围内两者呈线性关系，若是通过夹具来检测刀具磨损，则可以大大减少刀具的更换量，目前各活塞刀具厂的刀具更换根据产品数量决定，即刀具加工产品达到一定数量，无论刀具是否损坏，换上新的刀具。若刀具提前损坏，则会生产出不合格产品；若刀具还没有损坏，将刀具更换，则造成资源的浪费，没有充分发挥其作用，造成刀具的浪费。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种可在线采集刀具切削力信号的夹具。

为实现以上目的，本实用新型采用的技术方案为：一种可在线采集刀具切削力信号的夹具，包括夹具体，所述夹具体上设置有第一螺纹孔、第二螺纹孔、刀具安装孔、夹具安装柄，所述第一螺纹孔、第二螺纹孔、刀具安装孔都为盲孔，所述第一螺纹孔和第二螺纹孔相互平行且等长，所述刀具安装孔与第一螺纹孔垂直并连通，所述刀具安装孔与第二螺纹孔垂直并连通，所述刀具安装孔内装有刀具，所述第一螺纹孔内装有第一螺钉，第二螺纹孔内装有第二螺钉，所述第一螺钉、第二螺钉的底端都抵靠在刀具上，所述第二螺钉的底端设置有压电石英传感器，所述压电石英传感器上设有第一引出线。

进一步的，所述刀具包括刀头和刀柄，所述刀头位于刀具安装孔外部，所述刀柄位于刀具安装孔内，且刀柄尾端的柄面设有平面区，所述压电石英传感器的底面抵靠在平面区上。

进一步的，所述第二螺钉底端设置有凹槽，所述压电石英传感器位于凹槽中且压电石英传感器的底面延伸至凹槽外。

进一步的，所述第二螺钉内部设置有引线孔，第二螺钉上部设置有筒状的第一绝缘套、筒状的导电片，所述第一绝缘套套设在第二螺钉上并与第二螺钉表面粘合，所述导电片套设在第一绝缘套上并与第一绝缘套粘合，所述引线孔一端通至压电石英传感器，引线孔的另一端通至导电片，所述第一引出线位于引线孔内且第一引出线的一端与压电石英传感器相连、第一引出线另一端与导电片相连。

进一步的，所述夹具体上还设置有筒状的电刷、筒状的第二绝缘套、第二引出线、接线插头，所述第二绝缘套镶嵌于第二螺孔上部并与第二螺孔粘合，所述电刷套设在第二绝缘套中并与第二绝缘套粘合，所述电刷还与导电片表面贴合，所述第二引出线一端与电刷连接，第二引出线的另一端与接线插头连接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下技术效果：本实用新型提供的可在线采集刀具切削力信号的夹具具有结构简单、易于加工、安全性好，适用于各种加工机床，通过刀具安装孔、第一螺钉、第二螺钉即可将刀具紧固安装，同时夹具安装柄与刀具的刀柄外形相同，使得可在线采集刀具切削力信号的夹具可以像刀具一样安装在机床上，而可在线采刀具切削力信号的夹具上设置的压电石英传感器测力范围广、线性度好、受温度影响小、分辨率高，能够在不影响机床加工精度的加工过程中在线采集切削力信号，经后续电路处理，放大滤波，通过微型计算机处理并由显示器显示出来，切削力的大小可用来校验和选择机床功率，校验和设计机床主运动机构、刀具的刚性，同时，可在线采集刀具切削力信号的夹具克服了刀具切削力无法在线监测不足，有利于提高产品的合格率和监控刀具磨损。

附图说明

图1是本实用新型所述可在线采集刀具切削力信号的夹具结构示意图；

图2是本实用新型所述刀具加工工件时的受力示意图；

图3是本实用新型所述第一绝缘套的结构示意图；

图4是本实用新型所述导电片的结构示意图；

图5是本实用新型所述第二绝缘套的结构示意图；

图6是本实用新型所述电刷的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

根据图1、2所示，一种可在线采集刀具切削力信号的夹具，包括夹具体10，所述夹具体上设置有第一螺纹孔11、第二螺纹孔12、刀具安装孔13、夹具安装柄14，所述第一螺纹孔11、第二螺纹孔12、刀具安装孔13都为盲孔，所述第一螺纹孔11和第二螺纹孔12相互平行且等长，所述刀具安装孔13与第一螺纹孔11垂直并连通，所述刀具安装孔13与第二螺纹孔12垂直并连通，所述刀具安装孔13内装有刀具20，所述第一螺纹孔11内装有第一螺钉30，第二螺纹孔12内装有第二螺钉40，所述第一螺钉30、第二螺钉40的底端都抵靠在刀具20上，所述第二螺钉40的底端设置有压电石英传感器50，所述压电石英传感器50上设有第一引出线51。

进一步的，所述刀具20包括刀头21和刀柄22，所述刀头21位于刀具安装孔13外部，所述刀柄22位于刀具安装孔13内，且刀柄22尾端的柄面设有平面区22a，所述压电石英传感器50的底面抵靠在平面区22a上。

在获得切削力大小的具体数据过程中，会涉及到一些设备，工件60、机床、机床主轴、电压反馈运算放大器、仪表放大器、微型计算机、显示器，刀具20顶在工件60上，机床主轴位于机床上，工件60夹持在机床主轴上，刀具20夹持在可在线采集刀具切削力信号的夹具上，可在线采集刀具切削力信号的夹具安装于机床上，可在线采集刀具切削力信号的夹具上的第一引出线51通过接口与电压反馈运算放大器的信号输入端连接，电压反馈运算放大器的信号输出端与仪表放大器的信号输入端连接，仪表放大器的信号输出端与微型计算机的信号输入端连接，微型计算机的信号输出端与端显示器信号输入端连接，在机床主轴做回转运动进行切削时，会使刀具20受到切削力，切削力的大小变化，会传到可在线采集刀具切削力信号的夹具上，进而会引起压电石英传感器50上的电压变化，压电石英传感器50输出的电压即为所采集的切削力大小的信号，压电石英传感器50将信号传输给电压反馈运算放大器放大处理，电压反馈运算放大器将处理后的信号输送到仪表放大器处理，仪表放大器将处理后的信号传输到微型计算机进行数据处理，并通过显示器将具体的切削力大小以数字和折线图的形式显示出来，电压反馈运算放大器采用OPA656型电压反馈运算放大器，OPA656型电压反馈运算放大器具有超宽频带、单位增益稳定的特点，仪表放大器11采用INA129型仪表放大器，INA129型仪表放大器具有低功耗、高精度的特点，压电石英传感器测力范围广，线性度好，受温度影响小，分辨率高，能够在不影响机床加工精度的加工中在线测量出切削力，所以选择压电石英传感器。

根据图1、2所示，通过刀具安装孔13安装刀具20，第一螺钉30紧固刀具20，对第二螺钉40施加一定的预紧力将刀具20夹紧，预紧力可通过具体的实验数据获得，可在机床开机前进行压电石英传感器50的标定，如图2所示，当刀具20顶在工件60上时，刀具20会受到切削力、背向力、进给力，切削力的方向铅锤向下，背向力的方向为沿刀具长度方向并指向刀柄22，进给力的方向为沿着工件60长度方向并指向未被刀具20切削的一端，当使刀具20受到切削力时，第一螺钉30相当于一个支点，由于切削力方向向下，刀具20前端受切削力向下，刀具20后端会微微翘起，而固定刀具20后端的第二螺钉40会感受到刀具20上传来的切削力，切削力发生相应变化时，压电石英传感器50的输出信号也会发生变化，通过信号的变化来反映切削力的大小，由于机床主轴转速较大的原因，刀具20受到的切削力大，所以，线采集刀具切削力信号的夹具在刀具20的变形很小的范围内即可得到切削力变化的信号，刀具20包括刀头21和刀柄22，刀柄22位于刀具安装孔13内，夹具安装柄14的外表面与刀柄22的外表面相同，线采集刀具切削力信号的夹具可以像刀具20一样安装在机床上，第一螺钉30底端抵靠在整个刀具20的中央，第二螺钉40的底端抵靠在整个刀具20的后端，压电石英传感器50位于第二螺钉40的底端，压电石英传感器50的底面抵靠在刀柄22的平面区22a上，压电石英传感器50与刀柄22接触面积大，可以更好的感受到刀柄22上传来的切削力大小变化。

进一步的，根据图1、2所示，所述第二螺钉40底端设置有凹槽41，所述压电石英传感器50位于凹槽41中且压电石英传感器50的底面延伸至凹槽41外；将压电石英传感器50放置于凹槽41中并与凹槽41粘连在一起，拧紧或松开第二螺钉40，压电石英传感器50也会跟随第二螺钉40移动，这样可以方便刀具20的安装与拆卸，压电石英传感器50的底面延伸至凹槽41外，可使压电石英传感器50更好的接收从刀具20上传来的切削力。

进一步的，根据图1-4所示，所述第二螺钉40内部设置有引线孔42，第二螺钉40上部设置有筒状的第一绝缘套43、筒状的导电片44，所述第一绝缘套43套设在第二螺钉40上并与第二螺钉40表面粘合，所述导电片44套设在第一绝缘套43上并与第一绝缘套43粘合，所述引线孔42一端通至压电石英传感器50，引线孔42的另一端通至导电片44，所述第一引出线51位于引线孔42内且第一引出线51的一端与压电石英传感器50相连、第一引出线51另一端与导电片44相连；由于第二螺钉40为导体，所以设置第一绝缘套43将导电片44与第二螺钉40隔绝，引线孔42在第二螺钉40内部，第一引出线51位于引线孔42中，使得在刀具20安装与拆卸时，第一引出线51不会影响第二螺钉40转动。使得刀具20与可在线采集刀具切削力信号的夹具安装或拆卸方便，可在线采集刀具切削力信号的夹具通过第一引出线51、导电片44将信号传输至其他信号处理设备。

进一步的，根据图1-6所示所述夹具体10上还设置有筒状的电刷15、筒状的第二绝缘套16、第二引出线17、接线插头18，所述第二绝缘套16镶嵌于第二螺孔12上部并与第二螺孔12粘合，所述电刷15套设在第二绝缘套16中并与第二绝缘套16粘合，所述电刷15还与导电片44表面贴合，所述第二引出线17一端与电刷15连接，第二引出线17的另一端与接线插头18连接；第二绝缘套16将电刷15与夹具体10隔绝，电刷15贴合于导电片44表面，可顺利将导电片44上的信号通过第二引出线17引导到接线插头18，接线插头18与其他信号处理设备输入端连接，将压电石英传感器50上的信号传输至其他信号处理设备中；通过第一绝缘套43、筒状的导电片44、第一引出线51、第二绝缘套16、第二引出线17、接线插头18的组合，可使得刀具20在安装与拆卸时，转动第二螺钉40，避免了外接引线缠绕在第二螺钉40上的现象出现，外接引线缠绕若是缠绕第二螺钉40的频率过高则会很容易使得外接引线断裂，（此处第一引出线51和第二引出线17统称外接引线）。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种可在线采集刀具切削力信号的夹具，其特征在于：包括夹具体（10），所述夹具体上设置有第一螺纹孔（11）、第二螺纹孔（12）、刀具安装孔（13）、夹具安装柄（14），所述第一螺纹孔（11）、第二螺纹孔（12）、刀具安装孔（13）都为盲孔，所述第一螺纹孔（11）和第二螺纹孔（12）相互平行且等长，所述刀具安装孔（13）与第一螺纹孔（11）垂直并连通，所述刀具安装孔（13）与第二螺纹孔（12）垂直并连通，所述刀具安装孔（13）内装有刀具（20），所述第一螺纹孔（11）内装有第一螺钉（30），第二螺纹孔（12）内装有第二螺钉（40），所述第一螺钉（30）、第二螺钉（40）的底端都抵靠在刀具（20）上，所述第二螺钉（40）的底端设置有压电石英传感器（50），所述压电石英传感器（50）上设有第一引出线（51）。

2.根据权利要求1所述的一种可在线采集刀具切削力信号的夹具，其特征在于：所述刀具（20）包括刀头（21）和刀柄（22），所述刀头（21）位于刀具安装孔（13）外部，所述刀柄（22）位于刀具安装孔（13）内，且刀柄（22）尾端的柄面设有平面区（22a），所述压电石英传感器（50）的底面抵靠在平面区（22a）上。

3.根据权利要求1所述的一种可在线采集刀具切削力信号的夹具，其特征在于：所述第二螺钉（40）底端设置有凹槽（41），所述压电石英传感器（50）位于凹槽（41）中且压电石英传感器（50）的底面延伸至凹槽（41）外。

4.根据权利要求1所述的一种可在线采集刀具切削力信号的夹具，其特征在于：所述第二螺钉（40）内部设置有引线孔（42），第二螺钉（40）上部设置有筒状的第一绝缘套（43）、筒状的导电片（44），所述第一绝缘套（43）套设在第二螺钉（40）上并与第二螺钉（40）表面粘合，所述导电片（44）套设在第一绝缘套（43）上并与第一绝缘套（43）粘合，所述引线孔（42）一端通至压电石英传感器（50），引线孔（42）的另一端通至导电片（44），所述第一引出线（51）位于引线孔（42）内且第一引出线（51）的一端与压电石英传感器（50）相连、第一引出线（51）另一端与导电片（44）相连。

5.根据权利要求4所述的一种可在线采集刀具切削力信号的夹具，其特征在于：所述夹具体（10）上还设置有筒状的电刷（15）、筒状的第二绝缘套（16）、第二引出线（17）、接线插头（18），所述第二绝缘套（16）镶嵌于第二螺纹孔（12）上部并与第二螺纹孔（12）粘合，所述电刷（15）套设在第二绝缘套（16）中并与第二绝缘套（16）粘合，所述电刷（15）还与导电片（44）表面贴合，所述第二引出线（17）一端与电刷（15）连接，第二引出线（17）的另一端与接线插头（18）连接。