[发明专利]一种数控车削加工动态切削力的测量装置及方法

权利要求书

1.一种数控车削加工动态切削力的测量装置，包括刀杆、固定刀座、刀片和防滑垫；所述防滑垫固定于刀杆外部，用于辅助固定刀片；固定刀座固定于刀杆外部；刀片螺纹连接于固定刀座上；

其特征在于该装置还包括数据处理模块、力传感器、激振杆、限位弹簧、弹簧底座和数据总线；刀杆内部设置有数据处理模块、力传感器、激振杆、限位弹簧和弹簧底座；

所述限位弹簧的两端通过弹簧底座分别固定于刀杆内部与激振杆的一端，用于辅助固定激振杆；激振杆的另一端设置有联动销孔，联动销孔与刀片的联动插销配合连接，用于实现刀片与激振杆的连接；联动销孔的孔径和联动插销的外径相同；所述力传感器套装于激振杆外侧，与激振杆的周向和刀杆的内壁紧密接触，用于实时测量激振杆的受力情况；所述数据总线一端与外部上位机电连接，另一端与数据处理模块电连接，用于传输数据。

2.根据权利要求1所述的数控车削加工动态切削力的测量装置，其特征在于所述力传感器包括力敏元件、转换元件和PCB电路板；所述力敏元件为圆筒状，其内侧面布置有转换元件，外侧面与刀杆的内壁紧密接触；转换元件套装于激振杆外侧，与激振杆的周向紧密接触；PCB电路板封装在力敏元件的外侧；PCB电路板上集成有滤波器、放大器和电源供电模块；转换元件与力敏元件电连接，将力敏元件测得的力信号转化为电信号；滤波器与转换元件电连接，对电信号中的噪声信号和干扰信号进行滤除；放大器与滤波器电连接，对滤波后的电信号进行信号放大；电源供电模块为力传感器供电。

3.根据权利要求2所述的数控车削加工动态切削力的测量装置，其特征在于转换元件由四个电阻式应变片组成，沿圆周方向均匀布置于力敏元件的内侧面，应变片实时测量激振杆的受力；相邻两个应变片的受力类型相反，一个应变片水平布置，相邻的应变片竖直布置，从而实现四个应变片按照全桥电路方式进行连接。

4.根据权利要求2所述的数控车削加工动态切削力的测量装置，其特征在于PCB电路板为长方形，且PCB电路板的尺寸小于力敏元件的尺寸。

5.根据权利要求1或2所述的数控车削加工动态切削力的测量装置，其特征在于所述数据处理模块包括数据处理器、力采集前端和力数据传输线；所述力采集前端通过力数据传输线与力传感器的放大器电连接，用于将力传感器的放大器放大后数据传输至力采集前端上；数据处理器与力采集前端电连接，并通过数据总线与外部上位机电连接。

6.根据权利要求1所述的数控车削加工动态切削力的测量装置，其特征在于所述刀片包括刀体、联动插销和垫片；所述刀体的中间位置处开有安装螺纹孔，用于与安装螺栓配合连接，用于将刀片固定在刀杆上；刀体底部通过垫片固定有联动插销。

7.根据权利要求1所述的数控车削加工动态切削力的测量装置，其特征在于所述刀杆采用硬质合金材料制成，可以有效抑制刀杆振动。

8.一种数控车削加工动态切削力的测量方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)使用者将权利要求1-7任一所述装置组装完成并确认其处于正常工作状态；

(2)将刀杆安装在测试车床的刀架上，将数据总线与外部上位机相连；

(3)启动数据处理模块和力传感器，设置力传感器的采样模式、采集通道、缓冲区数量和采样频率，设置测试车床的切削参数和切削代码；

(4)将待加工工件安放到测试车床指定切削位置，启动车床进行切削加工；

(5)切削加工过程中，刀片的实时受力情况通过联动插销传递给激振杆；激振杆将此受力传递给力敏元件，转换元件将力敏元件测得的力信号转化为电信号，再经过滤波器对电信号中的噪声信号和干扰信号进行滤除，然后经过放大器对滤波后的电信号进行放大，再通过力数据传输线传输至力采集前端中，再由数据处理器对数据进行整理计算，再通过数据总线输出至外部上位机，供使用者进行观察和记录；

(6)切削加工完成后，保存好外部上位机中的数据，解除数据总线与外部上位机的连接，将刀杆从车床上取下，完成测量。