[发明专利]一种宽频带切削力测量装置

说明书

一种宽频带切削力测量装置，包括刀柄前端的刀垫，刀垫中嵌入有三轴振动加速度传感器，刀柄前端粘贴有由电阻应变片连接组成的惠斯通测量电桥，三轴振动加速度传感器、惠斯通测量电桥的输出端和切削力信号预处理与采集设备的输入端连接，切削力信号预处理与采集设备的输出端和上位机系统的输入端连接；本发明同时满足高精度数控机床切削加工过程中对低频段和高频段切削力信号的准确测量，具有可靠性高、实用性强的优点。

技术领域

本发明涉及切削力测量技术领域，具体涉及一种宽频带切削力测量装置。

背景技术

目前在国内外切削力传感器市场上使用最广的是压电式和应变式切削力传感器。压电式切削力传感器具有刚度大、灵敏度好、动态特性好的优点，尤其适合于测量高频切削力信号，但是由于压电材料存在电荷泄漏的缺陷，使传感器对于低频和偏静态切削力信号的测量精度受到影响，同时由于压电材料加工要求高、易受潮湿环境影响、封装成本高、需要配备高阻抗电荷放大器等原因，导致压电式切削力传感器存在体积大、成本高、不易维护等缺点。应变式切削力传感器具有结构灵活、稳定性好、可靠性高等优点，但是由于传感器灵敏度和刚度之间相互制约的原因导致应变式切削力传感器为获得一定的测量灵敏度而不得不牺牲传感器的一部分刚度，使传感器的固有频率无法获得较大提高，因此应变式切削力传感器的动态性能不如压电式切削力传感器好，对于高频切削力信号的测量精度不高。

在制造装备高度自动化和智能化的趋势下，高精度智能机床迫切需要通过切削力测量实现切削状态监测和加工过程控制，进而达到提高产品质量和加工效率的目的。在智能化加工过程中，同一个零件需要在同一台机床上完成多个步骤的切削加工，不同加工步骤所采用的切削转速、进给速度、切削深度等参数均存不相同，导致切削力的变化快慢也存在很大差异，因此切削力传感器对低频和高频切削力信号应该同时具有准确的测量能力，设计和研发简洁实用、性能优良并具有宽频带测量能力的切削力传感器具有重要的实用价值和应用前景。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种宽频带切削力测量装置，能够同时满足高精度数控机床切削加工过程中对低频段和高频段切削力信号的准确测量，具有可靠性高、实用性强的优点。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种宽频带切削力测量装置，包括刀柄6，刀柄6的前端从上向下依次装有刀片3、刀垫4，刀片3、刀垫4通过压板2及刀片紧固螺钉1固定在刀柄6上，刀垫4中嵌入有三轴振动加速度传感器5，刀柄6前端粘贴有由电阻应变片8连接组成的惠斯通测量电桥，三轴振动加速度传感器5、惠斯通测量电桥的输出端和切削力信号预处理与采集设备12的输入端连接，切削力信号预处理与采集设备12的输出端和上位机系统13的输入端连接。

所述的刀垫4内嵌入的三轴振动加速度传感器5和外界进行隔离封装，三轴振动加速度传感器5为基于MEMS技术或基于石英谐振原理的微型化高灵敏度加速度传感器，对加速度信号尤其高频信号具有准确的测量能力。

所述的刀垫4内设有安装三轴振动加速度传感器5的带台阶方形凹槽15和加速度传感器导线孔道16，三轴振动加速度传感器5上面涂覆一层硅胶17，在硅胶17的表面沉积一层金属铝18，通过金属盖板19将三轴振动加速度传感器5进一步密封在带台阶方形凹槽15内，并且金属盖板19与金属铝层之间预留空气间隙20。

所述的刀柄6内部加工有导线通孔10，导线通孔10的末端加工出内螺纹14，内螺纹14和蛇皮管11一端连接，蛇皮管11用于保护导线的信号传输不受外界干扰和破坏；三轴振动加速度传感器5、惠斯通测量电桥的信号均通过安装在导线通孔10内的导线进行传输。

所述的刀柄6前端的四个侧面设有带台阶的凹槽7，凹槽7内按照三维切削力测量需求粘贴有由12片电阻应变片8连接组成的惠斯通测量电桥，凹槽7的顶部连接有封装盖板9，电阻应变片8是半导体压阻式电阻应变片或金属电阻应变片。