[发明专利]一种深孔镗削加工状态实时监测的智能镗杆系统

权利要求书

1.一种深孔镗削加工状态实时监测的智能镗杆系统，其特征在于，包括：浮动镗刀(1)、封装环(2)、镗杆(3)、切削力传感器、振动传感器、微控制器模块(6)、无线通讯模块、供电装置(8)以及计算机；

所述镗杆(3)的表面开设刀具槽，所述浮动镗刀(1)安装于所述刀具槽中；

所述镗杆(3)的表面开设环形凹槽，所述环形凹槽的槽底沿所述镗杆(3)直径方向开设通孔；

所述振动传感器固定于所述通孔内；

所述切削力传感器设有四个，四个所述切削力传感器连接成电桥，且固定于所述环形凹槽的槽底面；所述切削力传感器、振动传感器均与所述微控制器模块(6)连接；

所述封装环(2)套设在所述镗杆(3)上，且置于所述环形凹槽的顶部对其进行密封；

所述微控制器模块(6)、无线通讯模块、供电装置(8)均固定于所述封装环(2)的内部，所述微控制器模块(6)与所述无线通讯模块连接；所述无线通讯模块与计算机无线连接；所述切削力传感器、振动传感器、微控制器模块(6)、无线通讯模块均与所述供电装置(8)连接；

电桥用于测量浮动镗刀(1)所受的轴向力和扭矩，并采用惠斯通电桥测量方法测量轴向力和扭矩；

惠斯通电桥的计算过程如下：

当电阻应变片式传感器因变形而发生阻值变化时，其输出电压变化为其中U_out为输出电压，其中U_in为输入电压；

对于电阻应变片式传感器来说，其中ε为轴向应变，K_ε为应变片材料的灵敏系数，L为应变片长度，S为应变片面积，ρ为应变片电阻率；

因切削力引起的镗刀杆应变为所以有ε可以通过输出电压求得，进而求得切削力；

式中，A为应变片粘贴处镗杆截面积，F_y为刀具所受轴向力，D为电阻式应变片传感器粘贴处镗杆外径，d为电阻式应变片传感器粘贴处镗杆内径，E为弹性模量；

同理，由材料力学可知，与轴线方向成±45°方向为纯剪切状态，其剪应力为

所以有ε可以通过输出电压求得，进而求得扭矩；

式中T为扭矩，D为电阻应变片式传感器粘贴处镗杆外径，d为电阻应变片式传感器粘贴处镗杆内径，E为弹性模量，μ为泊松比，r为应力点至截面形心的距离。

2.根据权利要求1所述的一种深孔镗削加工状态实时监测的智能镗杆系统，其特征在于，所述切削力传感器选用电阻应变片式传感器(4)，所述振动传感器选用压电式加速度传感器(5)。

3.根据权利要求2所述的一种深孔镗削加工状态实时监测的智能镗杆系统，其特征在于，四个所述电阻应变片式传感器(4)在所述环形凹槽内间隔90°安装。

4.根据权利要求1所述的一种深孔镗削加工状态实时监测的智能镗杆系统，其特征在于，所述微控制器模块(6)包括：放大电路、滤波器、A/D转换器；所述放大电路、滤波器、A/D转换器顺次连接，所述放大电路与所述电阻应变片式传感器(4)、压电式加速度传感器(5)连接；所述A/D转换器与所述无线通讯模块连接。

5.根据权利要求4所 述的一种深孔镗削加工状态实时监测的智能镗杆系统，其特征在于，所述无线通讯模块包括：ZigBee核心模块(7)和协调器；所述ZigBee核心模块(7)与协调器通过无线传输方式无线连接，并进行数据传输；所述ZigBee核心模块(7)与所述A/D转换器相连接；所述协调器与所述计算机通过串口通讯相连接。