CN213917343U - 一种刀具磨损自动检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种刀具磨损自动检测装置，包括主轴箱、工作平台和检测组件；主轴箱的输出端连接有刀具，主轴箱可带动刀具在X、Y、Z方向进行移动，主轴箱还可带动刀具转动；工作平台设置在主轴箱的下方；检测组件用于测量刀具在X、Y、Z方向的位置；检测组件包括对刀传感器，对刀传感器包括X向对刀面、Y向对刀面和Z向对刀面；本实用新型通过主轴箱带动刀具分别与对刀传感器的X向对刀面、Y向对刀面和Z向对刀面接触，计算初始对刀时与实际检测时主轴箱在X、Y、Z方向的位移差，进而得到刀具磨损量；加工中心根据刀具磨损量对刀具进行实时检测，无需拆除刀具即可进行检测，大大提高检测效率以及检测精度，降低工人的工作强度。

Description

一种刀具磨损自动检测装置

技术领域

本实用新型涉及刀具检测设备技术领域，特别是涉及一种刀具磨损自动检测装置。

背景技术

刀具磨损在机械加工中是一种普遍存在的现象，刀具磨损后，使工件加工精度降低，表面粗糙度增大，并导致切削力加大、切削温度升高，甚至产生振动，不能继续正常切削。因此，刀具磨损直接影响加工效率、质量和成本。现有的磨损度检测组件一次只能检测一个刀具，检测下一个时需要将前面的取下再放置夹紧下一个，操作复杂，工作量大，效率低。

因此，刀具的寿命、磨损量、刀具破裂等形式的刀具故障对刀具的工作状态和系统的加工效率、精度的影响日益显著。

现有技术中，围绕刀具磨耗检测的研究主要有直接测量法和间接测量法。其中，直接测量法通过图像采集装置检测刀具的刀刃表面粗糙度、刀刃表面状态、刀具几何尺寸的变化程度来检测刀具的磨损状态，实现加工精度要求相对较低的场合的快速检测。

现有的刀具测量方式的效率不高，工作人员需要时刻手动取出损耗刀具，工作强度高，无法实时检测刀具在X、Y、Z方向的磨损量。为此，有必要设计一种高效率的刀具磨损自动检测装置。

实用新型内容

基于此，本实用新型的目的在于克服现有技术中的缺点和不足，提供一种刀具磨损自动检测装置。

一种刀具磨损自动检测装置，包括主轴箱、工作平台和检测组件；

所述主轴箱的输出端连接有刀具，所述主轴箱可带动刀具在X、Y、Z方向进行移动，主轴箱还可带动刀具转动；

所述工作平台设置在所述主轴箱的下方；

所述检测组件用于测量刀具在X、Y、Z方向的位置；所述检测组件包括对刀传感器，所述对刀传感器包括X向对刀面、Y向对刀面和Z向对刀面；

通过主轴箱带动刀具分别与对刀传感器的X向对刀面、Y向对刀面和Z向对刀面接触，计算初始对刀时与实际检测时主轴箱在X、Y、Z方向的位移差，进而得到刀具磨损量。

本实用新型所述的刀具磨损自动检测装置，通过对刀传感器具有三个对刀方向，能够分别在X、Y、Z向测量刀具的位置；通过转动刀具，得到X、Y、Z方向上的最大位移量，通过与初始对刀时的位移量求差值，即得到X、Y、Z方向上刀具磨损量；对刀具在X向和Y向的磨损量求平均值，刀具磨损检测更精确；加工中心根据刀具磨损量对刀具进行实时检测，无需拆除刀具即可进行检测，大大提高检测效率以及检测精度，降低工人的工作强度。

进一步地，所述主轴箱夹紧刀具，所述刀具沿Z方向以可滑动的方式设置在主轴箱上；所述主轴箱内设有位移感应器，所述位移感应器用于感应刀具沿Z方向的位移；还包括补偿组件，所述补偿组件与所述位移感应器电连接，所述补偿组件与所述对刀传感器连接，所述补偿组件根据位移感应器检测的位移量补偿对刀传感器在Z方向的位移量。

采用上述进一步方案的有益效果是，当刀具受到较大的阻力时，刀具可克服摩擦力沿Z方向被向上顶起，此时从而起到保护刀具的目的，同时通过计算刀具在主轴箱内Z方向的位移，对所述对刀传感器进行Z方向上的位移补偿，进而保持对刀传感器与刀具在Z方向上的基准不便，保持检测准确。

进一步地，所述主轴箱设有夹具；所述夹具用于夹持刀具；所述夹具沿Z方向设有供刀具插入的插孔；所述刀具的侧面绕其周向设有若干滑槽，所述滑槽沿刀具的长度方向设置；所述夹具的周侧设有对应插孔螺纹孔，所述螺纹孔的轴线方向与插孔的轴线方向垂直；还包括若干螺栓，所述螺栓与螺纹孔螺纹连接，并顶紧刀具的滑槽。

采用上述进一步方案的有益效果是，通过设置插孔和滑槽，实现刀具Z方向上的滑动，可通过螺栓可配合夹具顶紧刀具，同时在刀具受到较大阻力时，可使刀具克服夹具的摩擦以及螺栓的摩擦，实现刀具顶起，达到保护刀具的目的。

进一步地，所述位移感应器为电容感应器和处理器；所述电容感应器包括定极板和动极板，所述定极板固定安装在插孔的底部，所述动极板设置在刀具上，并跟随刀具移动；所述定极板和动极板对应设置；所述电容感应器将刀具工作时位移产生的位移差转化为电容变化，所述处理器计算电容变化进而得到刀具位移差值；所述处理器与所述补偿组件电连接。

采用上述进一步方案的有益效果是，刀具安装后记录刀具的初始位置，并测定电容感应器的初始电容，在刀具工作过程中，当刀具被向上顶起时刀具带动所述动极板移动，从而改变电容感应器两个极板间的距离，导致电容发生改变，通过处理器将微小的电容变化转化为频率变化并对其放大，通过对方波信号进行测频并使用曲线拟合算法能够通过频率值来获得对应的距离值，得到刀具向上移动的距离值，进而通过补偿组件补偿对刀传感器的位移，实现补偿距离的精准控制。

进一步地，所述补偿组件包括升降电机；所述升降电机与所述处理器电连接；所述对刀传感器与所述升降电机的输出轴连接，所述升降电机带动对刀传感器沿Z方向位移。

采用上述进一步方案的有益效果是，通过升降电机简单实现升降对刀传感器，进而使对刀传感器Z方向上的补偿距离与刀具Z方向上的位移值一致。

进一步地，所述检测组件还包括保护罩；所述保护罩以可拆卸的方式设置在对刀传感器的外侧。

采用上述进一步方案的有益效果是，通过设置保护罩，可在刀具工作时，保护对刀传感器，同时避免对刀传感器造成破坏而影响测量精度。

进一步地，所述检测组件还包括转动电机；所述转动电机与所述保护罩的一侧连接，通过转动电机带动保护罩转动，控制保护罩打开或罩住对刀传感器。

采用上述进一步方案的有益效果是，通过设置转动电机，实现保护罩的自动打开或关闭，实现智能化控制，进一步降低工人的工作强度。

进一步地，还包括吹气组件；所述吹气组件包括吹风管，所述吹风管设置在检测组件的一侧，所述吹风管的输入端与外部气源连接，所述吹风管设有对应对刀传感器的若干出风孔。

采用上述进一步方案的有益效果是，通过设置吹风管，可在检测前对所述对刀传感器进行吹风，将对刀传感器表面以及附近的杂物杂质吹走，避免影响检测精度。

进一步地，所述吹气组件还包括若干支管，所述支管与所述出风孔连接，并向对刀传感器方向延伸。

采用上述进一步方案的有益效果是，通过设置支管，可更精准有效地将风吹到对刀传感器上。

进一步地，还包括检测平台；所述检测平台设置在工作平台上，检测平台可在工作平台上沿X方向和Y方向移动；所述检测组件和补偿组件设置在所述检测平台上。

采用上述进一步方案的有益效果是，通过设置检测平台，并可沿X方向和Y方向移动，可在主轴箱带动刀具移动的过程中，同时移动检测平台，提高检测效率；在计算刀具磨损量的时候，应把检测平台的位移量与主轴箱的位移量结合计算，进而再与初始对刀时的位移值进行差值计算，进而得到刀具磨损量。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本实用新型。

附图说明

图1为本实用新型的刀具磨损自动检测装置的结构示意图；

图2为本实用新型的主轴箱的局部剖面结构示意图；

图3为图1中A处的局部放大图。

图中：10、主轴箱；11、刀具；111、滑槽；12、夹具；121、插孔；122、螺纹孔；123、螺栓；20、工作平台；21、X轨道；22、Y平台；23、Y轨道；30、检测平台；40、检测组件；41、对刀传感器；411、X向对刀面；412、Y向对刀面；413、Z向对刀面；42、保护罩；43、转动电机；51、定极板；52、动极板；60、升降电机；71、吹风管；72、支管。

具体实施方式

请参阅图1至图3，本实施例的一种刀具磨损自动检测装置，包括主轴箱10、工作平台20、检测平台30、检测组件40、补偿组件和吹气组件；

具体的，所述主轴箱10的输出端连接有刀具11，所述主轴箱10可带动刀具11在X、Y、Z方向进行移动，主轴箱10还可带动刀具11转动；

具体的，所述工作平台20设置在所述主轴箱10的下方；

具体的，所述检测平台30设置在工作平台20上，检测平台30可在工作平台20上沿X方向和Y方向移动；实现检测平台30在工作平台20上的移动，可选用常规的技术手段实现，再次不作赘述，优选地，所述工作平台20上设置X轨道21，在X轨道21上滑动设置Y平台22，Y平台22沿Y方向设置，且Y平台22上设置Y向轨道，所述检测平台30滑动设置在Y轨道23上，进而通过电机带动Y平台22在X轨道21上移动，通过电机带动检测平台30在Y轨道23上移动，进而实现检测平台30在工作平台20上的位置；

具体的，所述检测组件40设置在所述检测平台30上；

具体的，所述检测组件40用于测量刀具11在X、Y、Z方向的位置；所述检测组件40包括对刀传感器41，所述对刀传感器41包括X向对刀面411、Y向对刀面412和Z向对刀面413。

在优选的本实施例中，

所述主轴箱10设有夹具12；所述夹具12用于夹持刀具11；所述夹具12沿Z方向设有供刀具11插入的插孔121，所述刀具11沿Z方向以可滑动的方式设置在插孔121内；所述刀具11的侧面绕其周向设有若干滑槽111，所述滑槽111沿刀具11的长度方向设置；所述夹具12的周侧设有对应插孔121螺纹孔122，所述螺纹孔122的轴线方向与插孔121的轴线方向垂直；还包括若干螺栓123，所述螺栓123与螺纹孔122螺纹连接，并顶紧刀具11的滑槽111。

所述主轴箱10内设有位移感应器，所述位移感应器用于感应刀具11沿Z方向的位移；优选地，所述位移感应器为电容感应器和处理器(图未示)；所述电容感应器包括定极板51和动极板52，所述定极板51固定安装在插孔121的底部，所述动极板52设置在刀具11上，并跟随刀具11移动；所述定极板51和动极板52对应设置；所述电容感应器将刀具11工作时位移产生的位移差转化为电容变化，所述处理器计算电容变化进而得到刀具11位移差值；所述处理器与所述补偿组件电连接；

所述补偿组件与所述位移感应器电连接，所述补偿组件与所述对刀传感器41连接，所述补偿组件根据位移感应器检测的位移量补偿对刀传感器41在Z方向的位移量；优选地，所述补偿组件包括升降电机60；所述升降电机60设置在所述检测平台30上；所述升降电机60与所述处理器电连接；所述对刀传感器41与所述升降电机60的输出轴连接，所述升降电机60带动对刀传感器41沿Z方向位移；

在优选的本实施例中，

所述检测组件40还包括保护罩42和转动电机43；所述保护罩42以可拆卸的方式设置在对刀传感器41的外侧；

所述转动电机43与所述保护罩42的一侧连接，通过转动电机43带动保护罩42转动，控制保护罩42打开或罩住对刀传感器41。

所述吹气组件包括吹风管71和若干支管72，所述吹风管71设置在检测组件40的一侧，所述吹风管71的输入端与外部气源连接，所述吹风管71设有对应对刀传感器41的若干出风孔；所述支管72与所述出风孔连接，并向对刀传感器41方向延伸。

本实施例的工作过程：

在安装检测组件40和刀具11后，通过主轴箱10带动刀具11移动，同时检测平台30带动检测组件40移动，使刀具11分别与对刀传感器41的X向对刀面411、Y向对刀面412和Z向对刀面413接触，获得主轴箱10和检测平台30的初始位移值；

在刀具11需要检测时，再次通过主轴箱10带动刀具11移动，同时检测平台30带动检测组件40移动，使刀具11分别与对刀传感器41的X向对刀面411、Y向对刀面412和Z向对刀面413接触，通过转动刀具11，得到X、Y、Z方向上的最大的测量位移值；

通过求得初始位移值与测量位移值的差值，即得到X、Y、Z方向上刀具11磨损量。

由于刀具11与夹具12可滑动设置，当刀具11遇到较大阻力时，会被向上顶起，从而起到保护刀具11的目的；通过电容感应器感应刀具11的位移，刀具11带动所述动极板52移动，从而改变电容感应器两个极板间的距离，导致电容发生改变，通过处理器将微小的电容变化转化为频率变化并对其放大，通过对方波信号进行测频并使用曲线拟合算法能够通过频率值来获得对应的距离值，得到刀具11向上移动的距离值，进而通过升降电机60偿对刀传感器41的位移，实现补偿距离的精准控制，使对刀传感器41Z方向上的补偿距离与刀具11的Z方向上的位移值一致。

通过设置保护罩42能够防止加工中心切削工件时的切削屑或者切削液对所述对刀传感器41其造成破坏，进而影响测量精度；通过设置转动电机43，可实现保护罩42的自动打开和关闭，减轻工作人员的工作量。

在刀具11接触对刀传感器41前，先通过吹风管71对所述对刀传感器41进行吹风，将对刀传感器41表面以及附近的杂物杂质吹走，避免影响检测精度。

相对于现有技术，本实用新型通过对刀传感器具有三个对刀方向，能够分别在X、Y、Z向测量刀具的位置；通过转动刀具，得到X、Y、Z方向上的最大位移量，通过与初始对刀时的位移量求差值，即得到X、Y、Z方向上刀具磨损量；对刀具在X向和Y向的磨损量求平均值，刀具磨损检测更精确；加工中心根据刀具磨损量对刀具进行实时检测，无需拆除刀具即可进行检测，大大提高检测效率以及检测精度，降低工人的工作强度。

另外，本实用新型还具有以下有益效果：

当刀具受到较大的阻力时，刀具可克服摩擦力沿Z方向被向上顶起，此时从而起到保护刀具的目的，同时通过计算刀具在主轴箱内Z方向的位移，对所述对刀传感器进行Z方向上的位移补偿，进而保持对刀传感器与刀具在Z方向上的基准不便，保持检测准确。

通过设置插孔和滑槽，实现刀具Z方向上的滑动，可通过螺栓可配合夹具顶紧刀具，同时在刀具受到较大阻力时，可使刀具克服夹具的摩擦以及螺栓的摩擦，实现刀具顶起，达到保护刀具的目的；

刀具安装后记录刀具的初始位置，并测定电容感应器的初始电容，在刀具工作过程中，当刀具被向上顶起时刀具带动所述动极板移动，从而改变电容感应器两个极板间的距离，导致电容发生改变，通过处理器将微小的电容变化转化为频率变化并对其放大，通过对方波信号进行测频并使用曲线拟合算法能够通过频率值来获得对应的距离值，得到刀具向上移动的距离值，进而通过补偿组件补偿对刀传感器的位移，实现补偿距离的精准控制；

通过升降电机简单实现升降对刀传感器，进而使对刀传感器Z方向上的补偿距离与刀具Z方向上的位移值一致；

通过设置保护罩，可在刀具工作时，保护对刀传感器，同时避免对刀传感器造成破坏而影响测量精度；

通过设置转动电机，实现保护罩的自动打开或关闭，实现智能化控制，进一步降低工人的工作强度；

通过设置吹风管，可在检测前对所述对刀传感器进行吹风，将对刀传感器表面以及附近的杂物杂质吹走，避免影响检测精度；

通过设置支管，可更精准有效地将风吹到对刀传感器上；

通过设置检测平台，并可沿X方向和Y方向移动，可在主轴箱带动刀具移动的过程中，同时移动检测平台，提高检测效率；在计算刀具磨损量的时候，应把检测平台的位移量与主轴箱的位移量结合计算，进而再与初始对刀时的位移值进行差值计算，进而得到刀具磨损量。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种刀具磨损自动检测装置，其特征在于，包括

主轴箱(10)，所述主轴箱(10)的输出端连接有刀具(11)，所述主轴箱(10)可带动刀具(11)在X、Y、Z方向进行移动，主轴箱(10)还可带动刀具(11)转动；

工作平台(20)，所述工作平台(20)设置在所述主轴箱(10)的下方；

检测组件(40)，所述检测组件(40)用于测量刀具(11)在X、Y、Z方向的位置；所述检测组件(40)包括对刀传感器(41)，所述对刀传感器(41)包括X向对刀面(411)、Y向对刀面(412)和Z向对刀面(413)；

通过主轴箱(10)带动刀具(11)分别与对刀传感器(41)的X向对刀面(411)、Y向对刀面(412)和Z向对刀面(413)接触，计算初始对刀时与实际检测时主轴箱(10)在X、Y、Z方向的位移差，进而得到刀具(11)磨损量。

2.根据权利要求1所述的刀具磨损自动检测装置，其特征在于，所述主轴箱(10)夹紧刀具(11)，所述刀具(11)沿Z方向以可滑动的方式设置在主轴箱(10)上；所述主轴箱(10)内设有位移感应器，所述位移感应器用于感应刀具(11)沿Z方向的位移；还包括补偿组件，所述补偿组件与所述位移感应器电连接，所述补偿组件与所述对刀传感器(41)连接；所述补偿组件根据位移感应器检测的位移量补偿对刀传感器(41)在Z方向的位移量。

3.根据权利要求2所述的刀具磨损自动检测装置，其特征在于，所述主轴箱(10)设有夹具(12)；所述夹具(12)用于夹持刀具(11)；所述夹具(12)沿Z方向设有供刀具(11)插入的插孔(121)；所述刀具(11)的侧面绕其周向设有若干滑槽(111)，所述滑槽(111)沿刀具(11)的长度方向设置；所述夹具(12)的周侧设有对应插孔(121)螺纹孔(122)，所述螺纹孔(122)的轴线方向与插孔(121)的轴线方向垂直；还包括若干螺栓(123)，所述螺栓(123)与螺纹孔(122)螺纹连接，并顶紧刀具(11)的滑槽(111)。

4.根据权利要求3所述的刀具磨损自动检测装置，其特征在于，所述位移感应器为电容感应器和处理器；所述电容感应器包括定极板(51)和动极板(52)，所述定极板(51)固定安装在插孔(121)的底部，所述动极板(52)设置在刀具(11)上，并跟随刀具(11)移动；所述定极板(51)和动极板(52)对应设置；所述电容感应器将刀具(11)工作时位移产生的位移差转化为电容变化，所述处理器计算电容变化进而得到刀具(11)位移差值；所述处理器与所述补偿组件电连接。

5.根据权利要求4所述的刀具磨损自动检测装置，其特征在于，所述补偿组件包括升降电机(60)；所述升降电机(60)与所述处理器电连接；所述对刀传感器(41)与所述升降电机(60)的输出轴连接，所述升降电机(60)带动对刀传感器(41)沿Z方向位移。

6.根据权利要求5所述的刀具磨损自动检测装置，其特征在于，所述检测组件(40)还包括保护罩(42)；所述保护罩(42)以可拆卸的方式设置在对刀传感器(41)的外侧。

7.根据权利要求6所述的刀具磨损自动检测装置，其特征在于，所述检测组件(40)还包括转动电机(43)；所述转动电机(43)与所述保护罩(42)的一侧连接，通过转动电机(43)带动保护罩(42)转动，控制保护罩(42)打开或罩住对刀传感器(41)。

8.根据权利要求7所述的刀具磨损自动检测装置，其特征在于，还包括吹气组件；所述吹气组件包括吹风管(71)，所述吹风管(71)设置在检测组件(40)的一侧，所述吹风管(71)的输入端与外部气源连接，所述吹风管(71)设有对应对刀传感器(41)的若干出风孔。

9.根据权利要求8所述的刀具磨损自动检测装置，其特征在于，所述吹气组件还包括若干支管(72)，所述支管(72)与所述出风孔连接，并向对刀传感器(41)方向延伸。

10.根据权利要求9所述的刀具磨损自动检测装置，其特征在于，还包括检测平台(30)；所述检测平台(30)设置在工作平台(20)上，检测平台(30)可在工作平台(20)上沿X方向和Y方向移动；所述检测组件(40)和补偿组件设置在所述检测平台(30)上。

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