[发明专利]一种旋转式切削力动态监测装置

说明书

技术领域

本发明属于机械加工与测试领域，特别是涉及一种精密加工过程中三向切削力的实时动态监测装置。

背景技术

在精密零件的机械加工过程中，切削力的精确测量不仅有利于研究切削机理、优化工艺参数和选择刀具几何参数，更重要的是通过切削力的变化，可以监控切削过程中刀具磨损状态以及机床工作状态等，以实现零件加工过程的监控，为保证零件的加工质量，提高机床效率有着重要的意义。

目前，在国外，瑞士kislter公司研制有压电式三向力传感器，并可直接安装在主轴的前端，进行切削力的实时监测。但对国内用户来说，不仅购置成本高，而且使用和维护成本也高。在国内，用来测量切削力的传感器多数是工作台式的结构，即工件通过夹具或直接用螺钉固定在台式传感器的上面，然后作为一个整体安放在机床的工作台面上。这类传感器虽然安装方便，但受到工作台面限制，不适合大尺寸工件安装，并且属于间接式测力，测力精度不高，很难快速、真实的反映出机械加工过程中切削力的动态变化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种旋转式切削力动态监测装置，不仅具有结构紧凑、安装便捷、实用可靠的特点，更是能直接嵌入到旋转主轴中，在加工过程中直接实时对切削三向力进行监测，为开展微细零件切削机理研究和工艺参数优化提供硬件支持。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种旋转式切削力动态监测装置，包括主轴接口、力感应模块、刀具接口、无线供电模块和无线通讯模块，所述主轴接口底端的平面和内孔分别与力感应模块上盖的上平面和凸台贴合，并通过螺栓将主轴接口紧固于力感应模块上，所述力感应模块内部的三向压电式传感器信号输出线通过底座上的穿线孔引出，与无线通讯模块的信号发射端相连，所述力感应模块的底端通过螺栓连接刀具接口，所述无线供电模块的初级线圈通过初级线圈支架装在机床主轴前端的静止端盖上，次级线圈通过绕线环装在力感应模块的外圆周面上，并为无线通讯模块提供电源。

所述主轴接口的上部设置有与机床主轴内孔相适配的锥度，通过键槽和拉钉将整套装置在机床主轴内进行快速定位与夹紧。

所述力感应模块包括上盖、密封圈、三向压电式传感器、底座和空心螺钉，所述上盖的底端带有圆环形凸台，底座的顶端带有圆环形凹槽，凸台与凹槽相配嵌合，并在凸台与凹槽之间形成环形空腔，环形空腔内沿圆周均布有若干三向压电式传感器，所述底座顶端的环形槽内设置有密封圈，所述底座底端沿圆环形凹槽的圆周均布有若干螺纹孔，通过螺栓将上盖和底座固定连接，并对三向压电式传感器进行预紧。

所述三向压电式传感器的数量为4个。

所述无线通讯模块包括接线盒、信号发射端和设置于外围的信号接收端，所述接线盒为两个上下拼接、带有空腔的环形壳体，通过螺栓固定在力感应模块的上盖和底座上，所述空腔上下两端的内壁上装有信号发射端的电路板及电子元器件，所述信号发射端包括电荷放大电路、压频转换器、调质与功放电路和信号发射器，所述信号接收端包括信号接收器、解调电路和压频转换器，并与计算机串口进行连接。

所述无线供电模块包括绕线环、次级线圈、固定架、初级线圈支架和初级线圈；所述次级线圈缠绕在绕线环上，绕线环通过固定架紧固于接线盒内，所述初级线圈位于初级线圈支架的一端，初级线圈支架另一端通过螺栓固定在机床主轴前端的静止端盖上。

所述刀具接口包括刀座、弹簧夹头和锁紧螺母，所述刀座的顶部通过螺栓连接底座的底端，所述刀座底部的外圆周面上设置有外螺纹，所述锁紧螺母的内圆周面上设置有内螺纹，所述锁紧螺母通过弹簧夹头预紧刀具，所述刀座通过旋动螺纹将带有刀具的锁紧螺母固定连接。

有益效果

本发明具有以下的优点和积极效果：

1、本发明设计了能够快速安装在机床主轴内的切削力动态监测装置，实现了精密加工过程中三向力的实时监测，具有响应速度快、灵敏度高、测量精度高等显著优点，为开展微细零件切削机理研究和工艺参数优化提供了重大技术支撑。

2、本发明实现了无线供电和通讯方式，很好的解决了加工过程中监测装置随着主轴旋转难以进行有线通讯的问题。

附图说明

图1为本发明的总体构成；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明在机床上的安装示意图。

具体实施方式