[发明专利]一种用于精密切削的智能刀具系统

说明书

本发明公开了一种用于精密切削的智能刀具系统，包括切削刀片、上刀杆、下刀杆、第一压力传感器、第二压力传感器、信号处理模块、蓝牙传输模块以及供电装置，切削刀片通过螺纹紧固件固定在所述上刀杆前端，切削刀片的刀尖位于所述上刀杆主体横截面的中心线上，切削刀片后端处开有微槽，设置有第一压力传感器和第二压力传感器竖直和水平嵌入在所述微槽，进行信号采集处理，并通过所述蓝牙传输模块将刀具双向切削力的实时状态感知信号传输给机床数控系统。本发明通解决了各向切削力相互耦合的问题，信号处理算法简单，灵敏度更高，减小对刀具的影响，提高了整体刚度；耗能极低、传输效率高、传输距离长。

技术领域

本发明涉及到切削刀具领域，尤其涉及到一种用于精密切削的智能刀具系统。

背景技术

机械加工过程中，切削力、切削温度等信息的获取，对于优化加工过程工艺参数，提高加工质量具有重要意义。为了提高超精密切削加工的零件表面质量，高效稳定的获得完整一致面形精度的大尺寸表面的零部件，切削刀具在加工过程中的实时状态信息起着至关重要的作用。

目前，在切削加工过程监测研究中，多采用集成力传感器模块的方案，但是设备复杂，体积较大，安装难度较大，且影响机床的自身特性，对机床刚度和加工精度造成负面影响。也有采用集成传感器于刀片中的方案，虽然结构紧凑，集成化高，但面临着切削过程中切削热的严重影响，导致信息失真和失效的情况。

另一方面，现有机械切削加工过程监测系统多采用有线数据、能量传输或者采用RFID、红外、WIFI等无线检测方案或基于声表面波的无线无源检测方案。存在以下不足：采用有线数据、能量传输，只能适用于刀具固定的加工过程，对于需要刀具同步运动的加工过程不适用，限制了使用范围；采用RFID的无线数据传输方案，虽然功耗较低，可采用锂电池供能，但是传输距离较短，通常小于5米，峰值速率只有200kbps左右，单位时间传输数据量少，影响监测的实时性；采用红外的无线传输方案，通信距离、方向性等要求多，比如当前红外技术的极限距离是3m，且接受角度严重受限，仅为30°，且不能用于单点对多点的情况，因此应用受限；采用WIFI能实现高速远距离传输，能符合超精密加工检测对数据传输速率的要求，能保证实时性，但是WIFI传输消耗功率大，采用电池功能时使用时间短，不适用于连续长时间的加工过程，且数据安全性能不高；基于声表面波的无线无源检测方案，装置较复杂，传输距离短，仅为0.5米。以上方案均无法满足超精密加工过程中，对长时间、连续性、实时高稳定性远距离无线监测的要求，也无法满足超精密加工应用对测量精度和灵敏度的要求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或应用需求，本发明提供了一种基于高速蓝牙传输的精密加工智能刀具系统，其目的在于实现超精密切削过程微弱物理信息的高速高精度实时检测与传输，解决了传统的智能刀具系统存在的各种问题，并具备集成度高、功耗极低、可持续工作、感知物理量多、传输速率快、实时性强、检测精度高、成本低廉且易用等诸多优点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于精密切削的智能刀具系统，包括切削刀片、上刀杆、下刀杆、第一压力传感器、第二压力传感器、信号处理模块、蓝牙传输模块以及供电装置，所述信号处理模块、蓝牙传输模块、供电装置通过导线顺序连接并固定于下刀杆后端，供电装置为各装置提供电能；

其中，所述切削刀片通过螺纹紧固件固定在所述上刀杆前端，所述切削刀片的刀尖位于所述上刀杆主体横截面的中心线上；

所述切削刀片后端处开有微槽，所述第一压力传感器竖直嵌入在所述微槽内，通过螺栓在所述微槽外部进行预紧，使得第一压力传感器与所述上刀杆充分接触，所述微槽设置于所述上刀杆的左侧，当所述切削刀片受到水平方向的径向力时，所述第一压力传感器处于受压应力状态，测量水平方向的径向力；

所述第二压力传感器水平嵌入于所述上刀杆与所述下刀杆连接缝隙处，通过所述上刀杆与所述下刀杆紧固连接的压应力固定，用于测量竖直方向的主切削力；