本發(fā)明涉及一種檢測裝置，尤其涉及一種加工中心ATC 系統(tǒng)拔刀力檢測裝置。

背景技術(shù)：

加工中心作為數(shù)控機床領(lǐng)域中的高端產(chǎn)品在市場上廣受歡迎，ATC系統(tǒng)是加工中心重要的組成部件之一，其可靠性水平直接影響機床整機的可靠性水平。ATC系統(tǒng)包括兩個主要部分:刀庫和換刀機械手 。刀庫的主要功能是為加工中心儲存加工過程中所能用到的刀具，并可以根據(jù)所設(shè)定的程序，對當(dāng)前工序所用刀具進行選擇和定位，以便換刀機械手進行刀具的交換;換刀機械手的作用是將刀庫中的刀具在刀庫和主軸之間進行傳遞 。

通常，機床在出廠時加工中心ATC系統(tǒng)刀庫刀套里的鎖緊彈簧和主軸內(nèi)部的拉刀器都是憑借生產(chǎn)經(jīng)驗進行調(diào)整，對刀柄在刀套和主軸內(nèi)的鎖緊力值的測量缺乏實用有效的檢測裝置；另外，加工中心ATC系統(tǒng)刀庫和自動換刀裝置在長期使用過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)刀柄磨損、刀套松動、主軸磨損、機械手位置偏移等問題，這些情況都會導(dǎo)致ATC系統(tǒng)拔刀力和插刀力出現(xiàn)異常變化，從而影響加工質(zhì)量、加劇刀柄磨損、ATC系統(tǒng)故障等，甚至造成人身傷害事故 。然而國內(nèi)外目前尚無這方面的完整的檢測系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決加工中心ATC系統(tǒng)刀庫和自動換刀裝置在長期使用過程中的現(xiàn)刀柄磨損、刀套松動、主軸磨損、機械手位置偏移等問題，設(shè)計了一種加工中心ATC 系統(tǒng)拔刀力檢測裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：加工中心ATC 系統(tǒng)拔刀力檢測裝置由刀柄部分和電路部分兩大部分組成。

所述的刀柄以BT-50型號的刀柄為例在不改變其外形結(jié)構(gòu)尺寸和功能的條件下進行改裝，該刀柄包括拉釘、上部刀柄、下部刀柄和保護外殼。

所述的電路部分包括測力傳感器、電池和電路板及UC600數(shù)據(jù)存儲模塊。

所述的測力傳感器選用兩端都帶有螺紋柱的圓柱形電阻應(yīng)變式力傳感器， 加工中心刀柄向ATC系統(tǒng)刀庫中拔出或插入刀套內(nèi)時拉釘受力時間比較短，假設(shè)拉釘頂開刀套鋼鎖球的受力行程為10mm，機械手移動速度為1m/s，那么拉釘受力時間為0.01s即10ms。為了便于測力傳感器與刀柄的拆裝，測力傳感器上端設(shè)計了一對帶切邊的凸臺。

所述的ATC系統(tǒng)拔刀力與插刀力檢測裝置電路部分包括測力傳感器、數(shù)據(jù)處理電路、數(shù)據(jù)存儲模塊、電源等。

本發(fā)明的有益效果是：研制的加工中心ATC系統(tǒng)拔刀力檢測裝置經(jīng)過相關(guān)實驗結(jié)果表明該檢測裝置結(jié)構(gòu)合理、信號穩(wěn)定、精度高，能夠很好的檢測加工中心ATC系統(tǒng)的拔刀力與插刀力的變化并存儲，通過本文研制的加工中心ATC系統(tǒng)拔刀力檢測裝置檢測加工中心ATC系統(tǒng)的拔刀力與插刀力的變化來為ATC 系統(tǒng)的故障作出預(yù)警，給加工中心ATC系統(tǒng)的故障診斷、故障監(jiān)控和預(yù)警及性能評估提供重要的參考資料，為加工中心可靠性分析提供了重要的數(shù)據(jù)來源。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

圖1是加工中心ATC系統(tǒng)拔刀力檢測裝置的結(jié)構(gòu)圖。

圖2是加工中心ATC系統(tǒng)拔刀力檢測裝置的剖面圖(拆去保護外殼7。

圖3是拔刀力檢測裝置電路示意圖。

圖4是信號放大模塊電路原理圖。

其中，1-拉釘，2-上部刀柄，3-測力傳感器，4-下部刀柄，5-電池，6-電路板及UC600數(shù)據(jù)存儲模塊，7-保護外殼。

具體實施方式

如圖1、2所示，刀力檢測裝置各部分組裝好之后，手動將檢測裝置(也稱刀柄)放入加工中心ATC系統(tǒng)刀庫的目標(biāo)空刀套內(nèi)。檢查刀柄，確認(rèn)刀柄安裝可靠后打開電路板電源開關(guān)，然后通過可靠性試驗臺上的工控機讓ATC系統(tǒng)運行，令自動換刀系統(tǒng)進行自動換刀過程。當(dāng)加工中心機械手準(zhǔn)備從ATC系統(tǒng)目標(biāo)刀套中拔出刀柄時，刀柄上端拉釘被鋼鎖球卡住。機械手拉力作用在下部刀柄上，經(jīng)測力傳感器傳至上部刀柄，再傳至拉釘，當(dāng)機械手拉力達(dá)到一定大小時，鋼鎖球后面彈簧壓縮，拉釘前端不再被鋼球卡住，刀柄被機械手拔出。這個過程中，機械手的拔刀力一直作用在中部刀柄上并傳遞給測力傳感器。測力傳感器采集拔刀力信號，并在輸出端輸出相應(yīng)電壓信號。該微弱電壓信號經(jīng)接口進入數(shù)據(jù)處理電路，經(jīng)數(shù)據(jù)處理電路上的信號放大為單片機模塊中的模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換器可識別的電壓信號，然后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換使該模擬電壓信號轉(zhuǎn)化為單片機可識別的數(shù)字信號，并被單片機模塊中的單片機處理。最后單片機將處理好的信息通過串口送至UC600串口轉(zhuǎn)SD卡數(shù)據(jù)存儲模塊，信息被寫入SD卡中。同理，當(dāng)加工中心機械手從ATC系統(tǒng)目標(biāo)刀套中插刀時，插刀力信息也被寫入SD卡中。按照將編寫并調(diào)試好的程序?qū)懭雴纹瑱C內(nèi)后，電路高速地循環(huán)進行數(shù)據(jù)采集、處理和記錄的過程，從而實現(xiàn)加工中心ATC系統(tǒng)拔刀力的檢測和記錄。當(dāng)多次拔刀插刀之后，關(guān)閉電路板電源，取出SD卡，直接插入電腦中便可讀取記錄數(shù)據(jù)，也可用Excel或Matlab等軟件對數(shù)據(jù)進行進一步作圖處理，以便于更加直觀地觀察整個拔刀和插刀過程中拔刀力與插刀力力值的動態(tài)變化情況。

如圖3所示，ATC 系統(tǒng)拔刀力與插刀力檢測裝置電路部分包括測力傳感器、數(shù)據(jù)處理電路、數(shù)據(jù)存儲模塊、電源等。電路原理示：測力傳感器測得拔刀力與插刀力力值， 經(jīng)信號放大電路， 輸送至型號為C8051F410單片機處進行模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換處理(由于選用的單片機集成有AD轉(zhuǎn)換功能，所以不需要經(jīng)過單獨的AD轉(zhuǎn)換元件)，并把單片機處理后的數(shù)據(jù)存儲在UC600串口存儲模塊的SD 卡中。整個測量過程由單片機程序控制，高速循環(huán)進行，不斷檢測并記錄力值信息。

如圖4所示， 數(shù)據(jù)處理電路中包含如下部分：信號放大模塊、偏置電壓模塊、單片機模塊、程序下載接口模塊、電路板接口及開關(guān)等。信號放大模塊將測力傳感器的微弱輸出信號過濾放大，偏置電壓模塊為信號放大模塊提供參考電壓，實現(xiàn)經(jīng)信號放大電路放大后的信號的整體偏移功能，從而被單片機模塊識別并處理。程序下載接口電路為把調(diào)制好的程序下載到單片機模塊中提供通道。