[发明专利]一种感应式切削力测量智能刀具

说明书

本发明公开了一种感应式切削力测量智能刀具，包括刀柄、刀头、感应线圈、电源、放大与检出模块和应变片；所述电源为恒压源或恒流源；应变片贴于刀柄；感应线圈环绕在应变片周围，不与应变片和刀柄接触；电源、放大与检出模块和感应线圈依次相连，形成检测回路，检测回路位置固定，不随刀柄转动。可见，本发明采用电磁感应原理实现非接触信号测量，布线不受旋转部件的影响；采用应变片作为变形检测原件，价格低廉，布线简单，不受高速旋转部件的冲击和离心力影响，结构安全可靠；从刀柄处检出测量信号，实现直接测量切削力，检测精度高。

技术领域

本发明涉及智能刀具设计技术领域，具体涉及一种感应式切削力测量智能刀具。

背景技术

在超硬材料磨削中，磨削深度对磨削力影响较大，且磨削力远大于磨削普通金属材料。超硬材料的韧性较差，在磨削过程中极易发生破裂，产生废品。磨削力作为磨削负荷最直接的表征参数，可以很好的反映工件受力情况，监控工件破裂风险。但是，由于磨削砂轮在磨削过程中高速自转，难以直接布置力传感器。

在当前的精密磨削加工中，一般是通过检测主轴电机电流、将力传感器布置在非连续转动转台位置、以及使用旋转测力计，这三种方式来监控磨削状态。

第一种方式实际上是监控砂轮磨削扭矩，但磨削力和磨削扭矩之间的关系十分复杂，难以直接反映磨削力状态。

第二种方式能够直接监控主轴受力情况，但是转台和砂轮之间存在很多的接触面，由于接触刚度和运动部件姿态的影响，无法精确测量工件局部受力情况。

第三种方式可以精确测量工件受力，但需要在有限空间内布置多块压电陶瓷晶体传感器，机构复杂，成本昂贵。

综上所述，现有的磨削力监控手段，无法直接检测工件受力状况，测量精度差，成本高昂，不能很好地反映出磨削风险或大范围工业化推广。

磨削力是切削力的一种，对于其他刀柄高速旋转的刀具，例如铣刀，也存在上述问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种感应式切削力测量智能刀具，采用电磁感应原理实现非接触信号测量，布线不受旋转部件的影响；采用应变片作为变形检测原件，价格低廉，布线简单，不受高速旋转部件的冲击和离心力影响，结构安全可靠；从刀柄处检出测量信号，实现直接测量切削力，检测精度高。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种感应式切削力测量智能刀具，包括刀柄和刀头，其特征在于，还包括感应线圈、电源、放大与检出模块和应变片；所述电源为恒压源或恒流源；

应变片贴于刀柄使其能够测量刀柄的弯曲形变；感应线圈环绕在应变片周围，不与应变片和刀柄接触；电源、放大与检出模块和感应线圈依次相连，形成检测回路；检测回路位置固定，不随刀柄转动。

优选地，应变片为n对，n为大于1的整数；每对中的两个应变片180度相对贴在刀柄上，且两应变片相连形成一条被检回路；每条被检回路对应各自的一路检测回路；不同应变片对在刀柄上的贴装位置上下错开。

优选地，检测回路固定在切削主轴上。

优选地，所述放大与检出模块为与电源类型配套的电流表或电压表。

有益效果：

(1)本发明提出的感应式切削力测量智能刀具，采用电磁感应原理非接触地从刀柄处检出测量信号。由于刀柄处检出测量信号，测量数据能够直接反映刀头的切削力状态，实现直接测量切削力，检测精度高；采用电磁感应原理实现信号的非接触测量，因此布线不受旋转部件的影响；采用应变片作为变形检测原件，价格低廉，布线简单，不受高速旋转部件的冲击和离心力影响，结构安全可靠。

(2)本发明在刀柄处布置多对应变片，可以获取更丰富的检测数据，为提高力解算精度提供了基础。