[实用新型]一种用于断刀检测的新型智能刀柄

说明书

数控机床加工过程中常出现因未及时查看刀具破损情况导致刀具断刀却仍在加工，以致工件报废或主轴卡死损坏零件等情况的发生。本实用新型公开了一种用于断刀检测的新型智能刀柄，主要由标准刀柄（1）、振动传感器（7）、信号调理电路和ADC转换电路（8）、嵌入式微处理电路系统（9）、锂电池（10）、信号无线发射模块（11）、外装封环（3）、密封盖（4）组成。本实用新型对原刀柄结构更改较小，不影响刀具安装、使用和机械手的抓取，结构简单，能够在线监测刀具振动数据，防止具有断刀隐患的刀具或已折断的刀具对工件继续加工，造成浪费。

技术领域

本发明涉及工业数控机床中用于断刀检测的新型智能刀柄技术领域，具体为一种用于断刀检测的测振智能刀柄。

背景技术

现如今，数控机床普遍投入到工厂的加工制作过程中，自动化系统在不断升级，加工处理越来越快速，生产效率大大提高，但随之而来的也有一些问题，由于需加工的工件量急剧增大，数控机床的故障在所难免，其中最典型突出的便是刀具的磨损、折断导致了工件的损坏，影响了加工效率和工件损坏所丢失的利益，并且刀具越渐昂贵，若不能及时发现，还将会带来其他工件的二次损伤等棘手问题。因此，当下对数控机床中进行断刀检测的需求亟待解决。

刀具状态监测方法可分为以下几种：直接测量法，能够识别刀刃外观、表面质量或几何形状的变化，一般只能在不切削时进行，它有两个明显的缺点：一是要求停机检测；二是不能检测出加工过程中出现的刀具突然破损。国内外采用的刀具磨损量的直接测量法有：电阻测量法、刀具工件间距测量法、光学测量法、放电电流测量法、射线测量法、微结构镀层法及计算机图像处理法。

电阻测量法：该方法利用待测切削刃与传感器接触产生的电信号脉冲，来测量待测刀具的实际磨损状态。该方法的优点在于传感器价格低廉，缺点是传感器的选材必须十分注意，既要有良好的可切削性，又要对刀具寿命无明显的影响，而且工作不太可靠，因为切屑和刀具上的积屑可能引起传感器接触部分短路，从而影响精度。

刀具工件间距测量法：切削过程中随着刀具的磨损，刀具与工件间的距离减小，此距离可用电子千分尺、超声波测量仪、气动测量仪、电感位移传感器等进行测量。但是这种方法的灵敏度易受工件表面温度、表面品质、冷却液及工件尺寸等因素的影响，使其应用收到一定限制。

光学测量法：光学测量法的原理是磨损区比未磨损区有更强的光反射能力，刀具磨损越大，刀刃反光面积就越大，传感器检测的光通量就越大。由于热应力引起的变形及切削力引起的刀具位移都影响检测结果，所以该方法所测得的结果并非真实的磨损量，而是包含了上述因素在内的一个相对值，此法在刀具直径较大时效果较好。

放电电流测量法：将切削力刀具与传感器之间加上高压电，在测量回路中流过的（弧光放电）电流大小就取决于刀刃的几何形状（即刀尖到放电电极间的距离）。该方法的优点是可以进行在线检测，检测崩齿、断刀等刀具几何尺寸的变化，但不能精确地测量刀刃的几何尺寸。

射线测量法：将有放射性的物质掺入刀具材料内，当刀具磨损时，放射性的物质微粒就会随切屑一起通过一个预先设计好的射线测量器。该法的最大弱点是放射性物质对环境的污染大，对人体健康非常不利。此外，尽管此法可以测量刀具的磨损量，并不能准确地测定刀具切削刃的状态。因此，该法仅适用于某些特殊场合，不宜广泛采用。

微结构镀层法：将微结构导电镀层同刀具的耐磨保护层结合在一起。该方法的优点是检测电路简单，检测精度高，可以实现在线检测。缺点是对微结构导电镀层的要求很高：要具有良好的耐磨性、耐高温性和抗冲击性能。

计算机图像处理法：计算机图像处理法是一种快捷、无接触、无磨损的检测方法，它可以精确地检测每个刀刃上不同形式的磨损状态。这种检测系统通常由CCD摄像机、光源和计算机构成。但由于光学设备对环境的要求很高，而实际生产中刀具的工作环境非常恶劣（如冷却介质、切屑等），故该方法目前仅适用于实验室自动检测。