專利名稱：刀桿式旋銑刀片切削力及溫度測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于切削技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種切削力與切削溫度的同步實(shí)時(shí)測量裝置，特別是一種刀桿式旋銑刀片的切削力及溫度測量裝置。
背景技術(shù)：
絲杠等螺紋件的高速硬旋銑加工是一種精密、高效的包絡(luò)銑削加工工藝，切削過程中產(chǎn)生的切削力、切削熱，對工件的成形精度、表面質(zhì)量、刀具的使用壽命等有著重要影響，實(shí)時(shí)、精確地測量瞬態(tài)變化的切削力和切削溫度將有助于提高工件成形質(zhì)量、改善刀具工作狀態(tài)。目前動態(tài)測量切削力普遍采用壓電式力傳感器，其中測量銑削力的壓電式傳感器的結(jié)構(gòu)形式有安裝于工件和機(jī)床工作臺之間的銑削測力平臺，安裝于主軸與銑刀之間的旋轉(zhuǎn)力傳感器，與主軸一體的銑削測力環(huán)。上述銑削測力裝置存在以下問題1、易受工藝系統(tǒng)振動的干擾；2、現(xiàn)場安裝難度大，往往涉及機(jī)床部件的結(jié)構(gòu)改進(jìn)；3、銑削測力平臺對工件的質(zhì)量和尺寸有嚴(yán)格要求；4、所測切削力為總切削力，無法獲得單刀片所受切削力的瞬態(tài)變化。目前常見的切削溫度測量方法有熱電阻法、熱電偶法、遠(yuǎn)紅外輻射法。其中，遠(yuǎn)紅外輻射法用于惡劣環(huán)境下遠(yuǎn)距離非接觸監(jiān)測物體表面溫度，測試響應(yīng)快，測量切削溫度時(shí)容易受到飛濺的切屑、積屑瘤、切削液等因素的影響，故測試精度不高。鉬熱電阻適合950°C以下溫度的接觸測量，更高溫度時(shí)則選用熱電偶進(jìn)行測量，通常鉬熱電阻的測試精度要高于熱電偶。近年出現(xiàn)的利用磁控濺射鍍膜技術(shù)和光刻技術(shù)直接在刀具前刀面制備薄膜熱電阻層或薄膜熱電偶層進(jìn)行切削溫度測量的方法，具有測試精度高，響應(yīng)時(shí)間短(可以達(dá)到幾十納秒)的特點(diǎn)，能夠接觸測量切削區(qū)指定位置(如刀尖)的切削溫度變化情況，是一種很具潛力的測試方法，但測溫薄膜的制備工藝復(fù)雜、成本高、難以推廣。目前能夠?qū)η邢髁颓邢鳒囟韧竭M(jìn)行測量的裝置還未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提供一種能夠同步實(shí)時(shí)在線測量各刀片切削力及切削溫度，制作簡便、易于裝調(diào)、動態(tài)測試性能好、測試精度高的刀桿式旋銑刀片的切削力及溫度測量裝置。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種刀桿式旋銑刀片切削力及溫度測量裝置，其特征在于它包括切削-傳感組件、滑環(huán)，數(shù)據(jù)采集裝置，其中切削-傳感組件包括刀桿、三向壓電式力傳感器、刀座、刀墊、刀片、薄膜溫度敏感元件，刀桿的前端設(shè)置有開口槽，在其底部設(shè)置有貫通的沉孔，且沉孔的小徑段在開口槽一側(cè)，三向壓電式力傳感器的感應(yīng)位置設(shè)置有通孔，刀座上設(shè)置有貫通的螺紋孔，用螺栓經(jīng)刀桿的沉孔、三向壓電式力傳感器的通孔與刀座的螺紋孔聯(lián)接，刀座前端有一個(gè)V形槽，槽底設(shè)置有貫通的螺紋孔，刀片的中間設(shè)置有一個(gè)錐形沉孔，刀墊中間設(shè)置有一個(gè)通孔，用錐形螺釘經(jīng)刀片的錐形沉孔、刀墊的通孔與刀座的螺紋孔聯(lián)接，用粘結(jié)劑將薄膜溫度敏感元件粘結(jié)在刀片的刀尖處，滑環(huán)的轉(zhuǎn)子電纜與三向壓電式力傳感器的接口相連，轉(zhuǎn)子導(dǎo)線與薄膜溫度敏感元件相連，滑環(huán)的定子導(dǎo)線接數(shù)據(jù)采集裝置，滑環(huán)中心設(shè)置有通孔。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是1、本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)旋銑加工中各刀片瞬態(tài)切削力和切削溫度的同步在線測量；2、測量裝置結(jié)構(gòu)緊湊，易于制備和裝調(diào)；3、動態(tài)性能好，且測量精度高；4、刀桿改進(jìn)后可用于盤銑加工中刀片切削力、切削溫度的測量，去掉滑環(huán)后還可用于車削加工中切削力及切削溫度的測量；5、制作成本低。


圖1是切削-傳感組件與旋銑刀盤及滑環(huán)的裝配與連接關(guān)系圖。圖2為所述測試裝置的切削-傳感組件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圖2所述測試裝置在刀尖位置的局部放大圖。圖4是切削-傳感組件的透視裝配示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。結(jié)合圖1 3所示，本發(fā)明提出的刀桿式旋銑刀片切削力及切削溫度測量裝置，包括刀桿1、三向壓電式力傳感器8、薄膜溫度敏感元件6及滑環(huán)13，還包括刀座2、刀墊3、刀片4、錐形螺釘5、螺栓9。其中，三向壓電式力傳感器8內(nèi)置電荷放大電路，薄膜溫度敏感元件6采用鉬電阻式溫度敏感元件。結(jié)合圖1、圖2所示，三向壓電式力傳感器8，以及薄膜溫度敏感元件6檢測到的信號分別用電纜10、導(dǎo)線11接到滑環(huán)轉(zhuǎn)子的輸入接口。結(jié)合圖3所示，選用金屬醇鹽類的粘合劑7將薄膜溫度敏感元件6粘結(jié)在刀片4前刀面上刀尖附近。結(jié)合圖1所示，滑環(huán)13的中心通孔133用于旋銑加工時(shí)工件貫穿其中，與旋銑刀盤接觸的轉(zhuǎn)子端部采用法蘭結(jié)構(gòu)131，滑環(huán)13的通道數(shù)為刀盤上旋銑刀片數(shù)量的4倍。結(jié)合圖4所示，刀桿1的材料為40Cr，熱處理T250，前端為開口槽結(jié)構(gòu)101，用于安裝三向壓電式力傳感器8，刀桿側(cè)面具有兩個(gè)可調(diào)刀桿伸出量的階梯孔102，用于和旋銑刀盤組件14螺紋緊固聯(lián)接。刀座2采用標(biāo)準(zhǔn)化刀槽結(jié)構(gòu)。刀片4采用壓孔式夾緊結(jié)構(gòu)通過錐形螺釘5與刀座2、刀墊3緊固。三向壓電式力傳感器8通過螺栓9安裝于刀座2、刀桿1之間。使用本發(fā)明裝置對旋銑過程中的切削力、切削溫度進(jìn)行在線動態(tài)監(jiān)測時(shí)，先將測試裝置通過刀桿側(cè)面的兩個(gè)階梯孔用螺栓固定在刀盤上，再將滑環(huán)轉(zhuǎn)子通過螺栓固定在刀
In ο
權(quán)利要求
1.一種刀桿式旋銑刀片切削力及溫度測量裝置，其特征在于它包括切削-傳感組件(15)、滑環(huán)(13)，數(shù)據(jù)采集裝置(16)，其中切削-傳感組件(15)包括刀桿(1)、三向壓電式力傳感器(8)、刀座(2)、刀墊(3)、刀片(4)、薄膜溫度敏感元件(6)，刀桿(1)的前端設(shè)置有開口槽(101)，在其底部設(shè)置有貫通的沉孔(103)，且沉孔(103)的小徑段在開口槽(101) —側(cè)，三向壓電式力傳感器(8)的感應(yīng)位置設(shè)置有通孔(802)，刀座(2)上設(shè)置有貫通的螺紋孔(201)，用螺栓(9)經(jīng)刀桿(1)的沉孔(103)、三向壓電式力傳感器(8)的通孔(802)與刀座(2)的螺紋孔(201)聯(lián)接，刀座(2)前端有一個(gè)V形槽(202)，槽底設(shè)置有貫通的螺紋孔(203)，刀片(4)的中間設(shè)置有一個(gè)錐形沉孔(401)，刀墊(2)中間設(shè)置有一個(gè)通孔(301)，用錐形螺釘(5)經(jīng)刀片(4)的錐形沉孔(401)、刀墊(2)的通孔(301)與刀座(2)的螺紋孔(203)聯(lián)接，用粘結(jié)劑(7)將薄膜溫度敏感元件(6)粘結(jié)在刀片(4)的刀尖處，滑環(huán)(13)的轉(zhuǎn)子(132)電纜(10)與三向壓電式力傳感器(8)的接口(801)相連，轉(zhuǎn)子(132)導(dǎo)線(11)與薄膜溫度敏感元件(6)相連，滑環(huán)(13)的定子(134)導(dǎo)線(12)接數(shù)據(jù)采集裝置(16)，滑環(huán)(13)中心設(shè)置有通孔(133)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刀桿式旋銑刀片切削力及溫度測量裝置，其特征在于三向壓電式力傳感器(8)內(nèi)部集成有電荷放大電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刀桿式旋銑刀片切削力及溫度測量裝置，其特征在于薄膜溫度敏感元件(6)為鉬電阻式溫度敏感元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刀桿式旋銑刀片切削力及溫度測量裝置，其特征在于粘結(jié)劑(7)為金屬醇鹽類粘結(jié)劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刀桿式旋銑刀片切削力及溫度測量裝置，其特征在于滑環(huán)(13)的轉(zhuǎn)子(132)端部有法蘭(131)結(jié)構(gòu)特征。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刀桿式旋銑刀片切削力及溫度測量裝置，其特征在于滑環(huán)(13)的通道數(shù)為旋銑刀盤組件(14)上切削-傳感組件數(shù)量的4倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刀桿式旋銑刀片切削力及溫度測量裝置，其特征在于刀桿(1)的側(cè)面具有兩個(gè)用于和旋銑刀盤組件(14)進(jìn)行螺栓緊固聯(lián)接的階梯孔(102)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的刀桿式旋銑刀片切削力及溫度測量裝置，其特征在于刀桿(1)上的階梯孔(102)由兩個(gè)半孔和一個(gè)直槽構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刀桿式旋銑刀片切削力及溫度測量裝置，其特征在于刀座(2)采用標(biāo)準(zhǔn)化刀槽結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明采用三向壓電式力傳感器、薄膜溫度敏感元件和滑環(huán)構(gòu)造一種用于旋銑加工的各刀片切削力及切削溫度同步實(shí)時(shí)在線監(jiān)測的測量裝置，屬于切削技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用簡單緊湊的刀桿式結(jié)構(gòu)；用一個(gè)螺紋緊固在刀座、刀桿之間的三向壓電式力傳感器進(jìn)行切削力的測量；用一個(gè)粘結(jié)在刀片切削區(qū)刀尖附近的薄膜溫度敏感元件進(jìn)行切削溫度的測量；用一個(gè)多通道的過孔型滑環(huán)作為傳感器件與數(shù)據(jù)采集裝置的電氣接口；所述測量裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊、動態(tài)特性良好、測量精度高、切削溫度與切削力同步在線測量、易于制備和裝調(diào)、制作成本低的特點(diǎn)。適于在線同步測量旋銑刀盤上每把刀具的瞬態(tài)切削力和切削溫度，也可用于車削過程中瞬態(tài)切削力與切削溫度的同步測量。
文檔編號B23Q17/09GK102554702SQ20121000795
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者倪壽勇, 馮虎田, 朱紅雨, 李迎 申請人:南京理工大學(xué)