CN209189872U - 一种具有断刀检测功能的数控铣床 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有断刀检测功能的数控铣床，包括铣床本体、断刀检测电路和控制电路，断刀检测电路包括断刀信号采集电路；铣床本体包括机座、X轴运动机构、Y轴运动机构、Z轴运动机构、主轴和工作台、断刀信号采集电路包括刀具接线端和工件接线端，刀具接线端与主轴电连接，工件接线端与工件电连接；工作台与主轴之间的连接链中包括绝缘部件，所述的绝缘部件的本体由绝缘材料制作；在铣床非切削状态下，安装在主轴上的刀具与工件绝缘。本实用新型断刀信号采集电路的两个采集端只要分别与绝缘部件两侧任意导电可靠的金属部件连接，便于采集工件与刀具之间的电压作为断刀采样信号，断刀信号采集电路结构简单、便于实现。

Description

一种具有断刀检测功能的数控铣床

[技术领域]

本实用新型涉及数控铣床，尤其涉及一种具有断刀检测功能的数控铣床。

[背景技术]

直径较小的刀具在高精度的加工中心上工作时经常发生意外断裂的故障。由于刀具断裂没有预兆，刀具断裂后加工中心还按照预先编辑好的刀路在继续运转，这不但浪费时间，而且如果不良工件流向下游工序，会给产品的装配带来较大的问题。

专利号为CN200820187132.X的实用新型公开了一种PCB钻孔机断刀检测装置。包括单片机、信号接口模块以及由主轴外壳、气隙电容、主轴转子、刀具和被加工PCB板上的导体互联构成的外围信号传输回路。外围信号传输回路上连接有高频变压器，与单片机、信号接口模块互联组成断刀检测回路。检测时，由单片机输出周期性窄脉冲信号驱动高频变压器的初级，根据单片机输入管脚的波形变化判断是否断刀，若检测到断刀现象，则输出相应的信号给数控机床控制系统。

申请号为CN201320146691.7的实用新型公开了一种钻头断刀检测装置，包括高频信号发生器、信号放大电路、光电耦合器、电压比较模块、机床刀具装置，所述的高频信号发生器、信号放大电路、光电耦合器通过导线依次连接，所述机床刀具装置与所述光电耦合器导线连接；所述电压比较模块的一端通过一电平电路连接所述光电耦合器，所述电压比较模块的另一端接出一输出端和一接地端；所述的高频信号发射器发射出高频信号后，经所述的信号放大电路将高频信号发生器产生的高频信号放大，再由所述的光电耦合器接收经放大后的信号，最终该高频信号经过光电耦合器的二极管侧接到机床刀具装置上。

以上实用新型的断刀检测装置的采样电路结构复杂，断刀检测准确性较低。

[发明内容]

本实用新型要解决的技术问题是提供一种便于采集断刀信号的具有断刀检测功能的数控铣床。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是，一种具有断刀检测功能的数控铣床，包括铣床本体、断刀检测电路和控制电路，断刀检测电路包括断刀信号采集电路；铣床本体包括机座、X轴运动机构、Y轴运动机构、Z轴运动机构、主轴和工作台、断刀信号采集电路包括刀具接线端和工件接线端，刀具接线端与主轴电连接，工件接线端与工件电连接；工作台与主轴之间的连接链中包括绝缘部件，所述的绝缘部件的本体由绝缘材料制作；在铣床非切削状态下，安装在主轴上的刀具与工件绝缘。

以上所述的数控铣床，断刀检测电路包括直流电源和第一微控制器，断刀信号采集电路包括第一电阻和采样信号输出端；直流电源的正极接工件接线端，直流电源的负极通过第一电阻接刀具接线端和采样信号通信端，采样信号输出端接第一微控制器的采样信号输入端；第一微控制器的信号通信端与控制电路通信连接。

以上所述的数控铣床，断刀检测电路包括第一无线发射模块；第一无线发射模块接第一微控制器的信号通信端；控制电路包括直流电源、第二微控制器、人机交互电路、报警电路和第二无线发射模块，人机交互电路、报警电路和第二无线发射模块分别接第二微控制器；断刀检测电路的第一无线发射模块与控制电路的第二无线发射模块通信连接。

以上所述的数控铣床，包括挡板，工作台为所述的绝缘部件，挡板固定在工作台上；装夹工件的夹具固定在工作台的顶面，X轴运动机构的滑板固定在工作台的底面。

以上所述的数控铣床，X轴运动机构的滑板为所述的绝缘部件，X轴运动机构的滑板固定在工作台的底面，X轴丝杆螺母副的螺母和X轴直线导轨副的滑块组固定在X轴运动机构滑板的底面。

以上所述的数控铣床，X轴运动机构的滑座与Y轴运动机构的滑板为所述的绝缘部件，X轴运动机构滑座与Y轴运动机构的滑板连接，两者为一体结构；X轴运动机构滑座的顶面固定有X轴直线导轨副的导轨组和和X轴丝杆螺母副的丝杆组件，Y轴运动机构滑板的底面固定有Y轴直线导轨副的滑块组和Y轴丝杆螺母副的螺母。

以上所述的数控铣床，Y轴运动机构的滑座为所述的绝缘部件，Y轴运动机构滑座的顶面固定有Y轴直线导轨副的导轨组和Y轴丝杆螺母副的丝杆组件，Y轴运动机构滑座的底面固定在机座的底座上。

以上所述的数控铣床，Z轴运动机构的滑座为所述的绝缘部件，Z轴运动机构滑座的正面固定有Z轴直线导轨副的导轨组和Z轴丝杆螺母副的丝杆组件，Z轴运动机构滑座的背面固定在机座的立柱上。

以上所述的数控铣床，Z轴运动机构的滑板为所述的绝缘部件，Z轴运动机构滑板的背面固定有Z轴直线导轨副的滑块组和Z轴丝杆螺母副的螺母，主轴固定在Z轴运动机构滑板的正面。

以上所述的数控铣床，所述的绝缘部件的本体在与其他零部件螺纹连接的部位嵌有金属螺纹套。

本实用新型数控铣床断刀信号采集电路的两个采集端只要分别与绝缘部件两侧任意导电可靠的金属部件连接，便于采集工件与刀具之间的电压作为断刀采样信号，用以判定刀具是否折断，断刀信号采集电路结构简单、便于实现。

[附图说明]

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型实施例具有断刀检测功能的数控铣床的立体图。

图2是本实用新型实施例具有断刀检测功能的数控铣床的分解图。

图3是本实用新型实施例工作台与X轴运动机构滑板的分解图。

图4是本实用新型实施例X轴运动机构滑座与Y轴运动机构滑板的结构图。

图5是本实用新型实施例Y轴运动机构的滑座与机床底座的分解图。

图6是本实用新型实施例Z轴运动机构的滑座与机床立柱的分解图。

图7是本实用新型实施例Z轴运动机构的滑板与主轴的分解图。

图8是本实用新型实施例断刀检测电路的原理框图。

图9是本实用新型实施例控制电路的原理框图。

图10是本实用新型实施例断刀信号采集电路的电路图。

[具体实施方式]

本实用新型实施例具有断刀检测功能的数控铣床如图1至图10所示，包括铣床本体、断刀检测电路和控制电路，断刀检测电路包括断刀信号采集电路。如图1和图2所示，铣床本体包括机座10、X轴运动机构30、Y轴运动机构40、Z轴运动机构50、主轴60和工作台20。

如图1和图2所示，机座10包括底座11和立柱12。断刀检测电路的主体部分封装在信号采集处理模块70中，断刀信号采集电路的两个采样端从信号采集处理模块70中伸出，与铣床本体中的金属部件连接。

如图3所示，用于装夹金属工件的夹具(工件和夹具在图中未示出)固定在工作台20的顶面，挡板21固定在工作台20周围。

X轴运动机构30的滑板31固定在工作台20的底面，X轴丝杆螺母副的螺母32和X轴直线导轨副的滑块组33固定在X轴运动机构滑板31的底面。

如图4所示，X轴运动机构30的滑座34与Y轴运动机构40的滑板41连接，两者为一体结构。X轴运动机构滑座34的顶面固定有X轴直线导轨副的导轨组35和X轴丝杆螺母副的丝杆组件36。

Y轴运动机构滑板41的底面固定有Y轴直线导轨副的滑块组42和Y轴丝杆螺母副的螺母(螺母图中未示出)。

如图5所示，Y轴运动机构40滑座44的顶面固定有Y轴直线导轨副的导轨组45和Y轴丝杆螺母副的丝杆组件46，Y轴运动机构40滑座44的底面固定在机座10的底座11上。

如图6所示，Z轴运动机构50滑座51的正面固定有Z轴直线导轨副的导轨组52和Z轴丝杆螺母副的丝杆组件53，Z轴运动机构50滑座51的背面固定在机座10的立柱12上。

如图7所示，Z轴运动机构50滑板54的背面固定有Z轴直线导轨副的滑块组55和Z轴丝杆螺母副的螺母56，主轴60固定在Z轴运动机构50滑板54的正面。

以上描述的铣床本体，主轴——Z轴滑板——Z轴滑座——立柱——底座——Y轴滑座——Y轴滑板——X轴滑座——X轴滑板——工作台，形成一个连接链。

断刀信号采集电路有一个刀具接线端和一个工件接线端，刀具接线端与主轴60电连接，工件接线端与夹具电连接。夹具与主轴60之间的连接链中有一个绝缘部件，这个的绝缘部件的本体由绝缘材料制作，绝缘材料可以是大理石、花岗岩或陶瓷等。在铣床非切削状态下，安装在主轴60上的刀具与工件绝缘。

断刀检测电路如图8和图10所示，包括可充电电池、微控制器、无线发射模块、电池充电电路和断刀信号采集电路。无线发射模块接微控制器的信号通信端。

断刀信号采集电路包括电阻R1、电阻R2、LED指示灯D1、工件接线端、刀具接线端和采样信号输出端。可充电电池B的正极接工件接线端，电阻R2和LED指示灯串接在可充电电池B的正极与工件接线端之间；可充电电池B的负极通过电阻R1接刀具接线端和采样信号输出端，采样信号输出端接微控制器的采样信号输入端；微控制器的信号通信端通过无线发射模块实现与控制电路通信连接。

断刀检测电路还包括存储芯片、缓存芯片和电池电量检测模块，断刀检测电路的存储芯片、缓存芯片、电池电量检测模块和电量指示灯分别接微控制器。缓存芯片用来暂时储存采集到的数据；储存芯片用来保存采样形成的电压数据样板。

控制电路包括可充电电池、微控制器、无线发射模块、电池充电电路、人机交互电路和报警电路。控制电路的人机交互电路、报警电路和无线发射模块分别接控制电路的微控制器。断刀检测电路的无线发射模块与控制电路的无线发射模块通信连接。报警电路包括蜂鸣器和报警灯。

控制电路包括电池电量检测模块和LED灯，控制电路的电池电量检测模块和LED分别接控制电路的微控制器。LED灯用于标识控制电路的工作状态，主控制器正常工作时，LED灯长亮；主控制器中的无线发射模块接收信息时，LED灯闪烁；主控制器故障时LED灯不亮；电量检测模块用于检测电池中的剩余电量，在触摸屏中显示出来。

人机交互电路包括触摸屏和多个按键，触摸屏和多个按键分别接控制电路的微控制器。

数控机床运行时，断刀信号采集电路实时采集工件与刀具之间的电压，当采集的电压出现异常时，断刀检测电路的微控制器可以通知控制电路报警。

本实用新型以上实施例的断刀检测系统采用独立的断刀检测电路和独立的控制电路，两者之间无线通信连接，装有断刀检测电路的断刀检测台和装有控制电路的便携式控制器使用时都不需要接线，可以节省机台辅助时间。本实用新型以上实施例的断刀检测系统不需要对机床的电路进行改造；采样电路结构简单，模块式的电路便于移动和维护，出现故障时可以整体替换，不需要在机床上维修。

本实用新型实施例1铣床本体的结构如图3所示，在工作台与主轴之间的连接链中，工作台20为大理石制作的绝缘部件，安装在工作台20顶面上的夹具和工件(图中未示出)与工作台20下方的X轴运动机构的滑板31绝缘。

本实用新型实施例2铣床本体的结构如图3所示，在工作台与主轴之间的连接链中，X轴运动机构的滑板31为大理石制作的绝缘部件，安装在滑板31上方的金属工作台20与安装在滑板31下方的X轴丝杆螺母副的螺母32和X轴直线导轨副的滑块组33绝缘。

本实用新型实施例3铣床本体的结构如图4所示，在工作台与主轴之间的连接链中，X轴运动机构的滑座34与Y轴运动机构的滑板41的组合体为大理石制作的绝缘部件，安装在滑座34的顶面的导轨组35和丝杆组件36与安装在滑板41底面的滑块组42和Y轴丝杆螺母副的螺母(螺母图中未示出)绝缘。

本实用新型实施例4铣床本体的结构如图5所示，在工作台与主轴之间的连接链中，Y轴运动机构40的滑座为大理石制作的绝缘部件，安装在Y轴运动机构滑座44顶面的Y轴直线导轨副的导轨组45和Y轴丝杆螺母副的丝杆组件46与机座10绝缘。

本实用新型实施例5铣床本体的结构如图6所示，在工作台与主轴之间的连接链中，Z轴运动机构50的滑座为大理石制作的绝缘部件，机座10与安装在滑座51的正面的Z轴直线导轨副的导轨组52和Z轴丝杆螺母副的丝杆组件53绝缘。

本实用新型实施例6铣床本体的结构如图7所示，在工作台与主轴之间的连接链中，Z轴运动机构50的滑板为大理石制作的绝缘部件，安装在Z轴运动机构50滑板54背面的Z轴直线导轨副的滑块组55和Z轴丝杆螺母副的螺母56与主轴60及主轴60上的刀具绝缘。

在本实用新型实施例1至实施例6中，大理石绝缘部件的本体在与其他零部件螺纹连接的部位嵌有金属螺纹套，以提高大理石绝缘部件与其他零部件螺纹连接的强度。

在本实用新型实施例1至实施例6中，断刀检测电路的两个采样端(刀具接线端和一个工件接线端)，只要分别与铣床本体中大理石绝缘部件两侧任意导电可靠的金属部件连接，安装在主轴上的刀具与工作台上的工件绝缘，仅工件和主轴串接在断刀信号采集电路的回路中，断刀检测电路的两个采样端便可以采集工件与刀具之间的电压，以判定刀具是否折断，断刀检测电路和断刀信号采集电路结构简单、便于实现。

Claims (10)

1.一种具有断刀检测功能的数控铣床，包括铣床本体、断刀检测电路和控制电路，断刀检测电路包括断刀信号采集电路；铣床本体包括机座、X轴运动机构、Y轴运动机构、Z轴运动机构、主轴和工作台、其特征在于，断刀信号采集电路包括刀具接线端和工件接线端，刀具接线端与主轴电连接，工件接线端与工件电连接；工作台与主轴之间的连接链中包括绝缘部件，所述的绝缘部件的本体由绝缘材料制作；在铣床非切削状态下，安装在主轴上的刀具与工件绝缘。

2.根据权利要求1所述的数控铣床，其特征在于，断刀检测电路包括直流电源和第一微控制器，断刀信号采集电路包括第一电阻和采样信号输出端；直流电源的正极接工件接线端，直流电源的负极通过第一电阻接刀具接线端和采样信号通信端，采样信号输出端接第一微控制器的采样信号输入端；第一微控制器的信号通信端与控制电路通信连接。

3.根据权利要求2所述的数控铣床，其特征在于，断刀检测电路包括第一无线发射模块；第一无线发射模块接第一微控制器的信号通信端；控制电路包括直流电源、第二微控制器、人机交互电路、报警电路和第二无线发射模块，人机交互电路、报警电路和第二无线发射模块分别接第二微控制器；断刀检测电路的第一无线发射模块与控制电路的第二无线发射模块通信连接。

4.根据权利要求1所述的数控铣床，其特征在于，包括挡板，工作台为所述的绝缘部件，挡板固定在工作台上；装夹工件的夹具固定在工作台的顶面，X轴运动机构的滑板固定在工作台的底面。

5.根据权利要求1所述的数控铣床，其特征在于，X轴运动机构的滑板为所述的绝缘部件，X轴运动机构的滑板固定在工作台的底面，X轴丝杆螺母副的螺母和X轴直线导轨副的滑块组固定在X轴运动机构滑板的底面。

6.根据权利要求1所述的数控铣床，其特征在于，X轴运动机构的滑座与Y轴运动机构的滑板为所述的绝缘部件，X轴运动机构滑座与Y轴运动机构的滑板连接，两者为一体结构；X轴运动机构滑座的顶面固定有X轴直线导轨副的导轨组和和X轴丝杆螺母副的丝杆组件，Y轴运动机构滑板的底面固定有Y轴直线导轨副的滑块组和Y轴丝杆螺母副的螺母。

7.根据权利要求1所述的数控铣床，其特征在于，Y轴运动机构的滑座为所述的绝缘部件，Y轴运动机构滑座的顶面固定有Y轴直线导轨副的导轨组和Y轴丝杆螺母副的丝杆组件，Y轴运动机构滑座的底面固定在机座的底座上。

8.根据权利要求1所述的数控铣床，其特征在于，Z轴运动机构的滑座为所述的绝缘部件，Z轴运动机构滑座的正面固定有Z轴直线导轨副的导轨组和Z轴丝杆螺母副的丝杆组件，Z轴运动机构滑座的背面固定在机座的立柱上。

9.根据权利要求1所述的数控铣床，其特征在于，Z轴运动机构的滑板为所述的绝缘部件，Z轴运动机构滑板的背面固定有Z轴直线导轨副的滑块组和Z轴丝杆螺母副的螺母，主轴固定在Z轴运动机构滑板的正面。

10.根据权利要求1所述的数控铣床，其特征在于，所述的绝缘部件的本体在与其他零部件螺纹连接的部位嵌有金属螺纹套。