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時測量裝置，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，實時、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，往往涉及機床部件的結(jié)構(gòu)改進；3、銑削測力平臺對工件的質(zhì)量和尺寸有嚴格要求；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、遠紅外輻射法。其中，遠紅外輻射法用于惡劣環(huán)境下遠距離非接觸監(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，更高溫度時則選用熱電偶進行測量，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行切削溫度測量的方法，具有測試精度高，響應(yīng)時間短(可以達到幾十納秒)的特點，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行測量的裝置還未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提供一種能夠同步實時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)置有一個錐形沉孔，刀墊中間設(shè)置有一個通孔，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。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。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采用標準化刀槽結(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、切削溫度進行在線動態(tài)監(jiān)測時，先將測試裝置通過刀桿側(cè)面的兩個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)置有一個錐形沉孔(401)，刀墊(2)中間設(shè)置有一個通孔(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)面具有兩個用于和旋銑刀盤組件(14)進行螺栓緊固聯(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)由兩個半孔和一個直槽構(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)采用標準化刀槽結(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時在線監(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)；用一個螺紋緊固在刀座、刀桿之間的三向壓電式力傳感器進行切削力的測量；用一個粘結(jié)在刀片切削區(qū)刀尖附近的薄膜溫度敏感元件進行切削溫度的測量；用一個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。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)