拉刀力實時測量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機床主軸拉刀力的測量領(lǐng)域，特別涉及一種實時測量主軸拉刀力的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，根據(jù)國際和國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，在具有自動換刀功能的金屬切肩機床上，切肩刀柄一般采用拉刀機構(gòu)沿軸向拉緊到主軸錐孔上，刀柄通過拉釘與拉刀機構(gòu)連接。拉刀機構(gòu)安裝在主軸內(nèi)，其施加到刀柄上的軸向拉力稱為主軸拉刀力。
[0003]拉刀力的大小直接影響刀柄定位的可靠性。如果拉刀力小于設(shè)定值，會影響加工質(zhì)量，更嚴(yán)重的可能會造成機床事故。如果拉刀力過大，則會引起應(yīng)力過大，造成拉刀機構(gòu)疲勞損壞，降低使用壽命。因此，如何準(zhǔn)確的獲得主軸拉刀力，對保證加工質(zhì)量和提高機床可靠性具有重要意義。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，主軸拉刀力的測量具有絕對測量方式和相對測量方式兩種。但兩種方式均只能測量機床在靜止?fàn)顟B(tài)下的主軸拉刀力，不能實時測量運動狀態(tài)下的主軸拉刀力。其次，機床主軸的制造商基本采用計算的方法估計主軸拉刀力，而缺乏實時測量不同轉(zhuǎn)速下主軸拉刀力的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種拉刀力實時測量裝置，用于具有拉刀機構(gòu)的切削機床，其特征在于，所述拉刀力實時測量裝置包括:與所述拉刀機構(gòu)相關(guān)聯(lián)的壓電裝置，所述壓電裝置能夠根據(jù)所述拉刀機構(gòu)產(chǎn)生的拉刀力產(chǎn)生感應(yīng)電荷；用于采集所述壓電裝置所產(chǎn)生感應(yīng)電荷以形成感應(yīng)電荷數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集裝置；預(yù)存有感應(yīng)電荷與拉刀力對應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)處理裝置，所述數(shù)據(jù)處理裝置能夠處理所述數(shù)據(jù)采集裝置形成的感應(yīng)電荷數(shù)據(jù)以得到對應(yīng)的拉刀力數(shù)值。
[0006]在本發(fā)明的一些實施方式中，所述拉刀力實時測量裝置包括:用于與所述拉刀機構(gòu)連接的擠壓元件，所述擠壓元件將所述拉刀機構(gòu)產(chǎn)生的拉刀力轉(zhuǎn)換為施加于所述壓電裝置的壓力，以使所述壓電裝置產(chǎn)生感應(yīng)電荷。
[0007]本發(fā)明實施方式中所采用的壓電裝置根據(jù)壓電原理制造，其材質(zhì)為石英壓電晶體。擠壓元件能夠與拉刀裝置配合，將拉刀裝置產(chǎn)生的拉刀力轉(zhuǎn)化成施加于壓電裝置的壓力，石英壓電晶體受到一定方向的外力而變形，內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，而在表面產(chǎn)生電荷。數(shù)據(jù)采集裝置可以根據(jù)其表面產(chǎn)生的電荷生成相應(yīng)的電荷數(shù)據(jù)。
[0008]在本發(fā)明的一些實施方式中，所述切肩機床具有主軸，所述拉刀機構(gòu)設(shè)置在所述主軸內(nèi)，所述主軸具有錐形孔；所述拉刀力實時測量裝置包括用于與所述壓電裝置固定連接的定位元件，所述定位元件具有與所述主軸錐形孔相適配的錐形形狀。
[0009]在本發(fā)明的實施方式中，定位元件和擠壓元件分別位于壓電裝置的兩側(cè)。定位元件具有定位功能的同時，還具有支撐功能，以使擠壓元件在一側(cè)擠壓壓電裝置時，從另一側(cè)支撐壓電裝置，防止壓電裝置受力偏移。
[0010]在本發(fā)明的一些實施方式中，所述壓電裝置包括與所述拉刀機構(gòu)關(guān)聯(lián)的用于產(chǎn)生電荷的力傳感器轉(zhuǎn)子；以及與所述力傳感器轉(zhuǎn)子相適配的用于產(chǎn)生感應(yīng)電荷的力傳感器定子；所述數(shù)據(jù)采集裝置采集所述力傳感器定子所產(chǎn)生的感應(yīng)電荷以形成感應(yīng)電荷數(shù)據(jù)。
[0011]拉刀機構(gòu)隨著主軸的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，進而帶動壓電裝置旋轉(zhuǎn)，壓電裝置可以測量不同主軸轉(zhuǎn)速下的拉刀力。因此，采用力傳感器轉(zhuǎn)子和力傳感器定子組成的壓電裝置，并將力傳感器轉(zhuǎn)子與拉刀機構(gòu)相互關(guān)聯(lián)，隨著主軸的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，將拉刀力傳導(dǎo)至力傳感器轉(zhuǎn)子。力傳感器定子不轉(zhuǎn)動，并且可以產(chǎn)生與力傳感器轉(zhuǎn)子相應(yīng)的感應(yīng)電荷，因此，測量力傳感器定子上的感應(yīng)電荷，即可得到力傳感器轉(zhuǎn)子的電荷量，進而更為容易的得到拉刀力。
[0012]在本發(fā)明的一些實施方式中，還包括:用于與所述拉刀機構(gòu)連接的連接件；所述力傳感器轉(zhuǎn)子和所述定位元件套設(shè)于所述連接件上；所述擠壓元件為與所述力傳感器轉(zhuǎn)子連接的法蘭盤；所述連接螺釘通過所述法蘭盤的中心孔與所述連接件固定連接。
[0013]在本發(fā)明的一些實施方式中，所述切削機床具有主軸箱，所述力傳感器轉(zhuǎn)子和所述拉刀機構(gòu)設(shè)置于所述主軸箱內(nèi)，所述力傳感器定子設(shè)置于所述主軸箱上。采用這種設(shè)計，使得本發(fā)明的結(jié)構(gòu)更為緊湊，充分利用了有限的設(shè)計空間，所述力傳感器定子被固定于主軸箱上，有利用數(shù)據(jù)采集裝置對其進行電荷測量。
[0014]在本發(fā)明的一些實施方式中，所述法蘭盤與所述連接螺釘之間設(shè)置用于減小摩擦的蝶形彈簧。
[0015]本發(fā)明還提供了一種拉刀力實時測量方法，采用所述的拉刀力實時測量裝置，包括步驟:
[0016]a.關(guān)聯(lián)拉刀機構(gòu)和壓電裝置，以使所述壓電裝置能夠根據(jù)所述拉刀機構(gòu)產(chǎn)生的拉刀力產(chǎn)生感應(yīng)電荷；
[0017]b.采集所述壓電裝置所產(chǎn)生感應(yīng)電荷以形成感應(yīng)電荷數(shù)據(jù)
[0018]c.根據(jù)感應(yīng)電荷與拉刀力對應(yīng)關(guān)系得到與所述感應(yīng)電荷數(shù)據(jù)對應(yīng)的拉刀力數(shù)據(jù)。
[0019]在本發(fā)明的一些實施方式中，步驟a中，通過與壓電裝置連接的擠壓元件將所述拉刀機構(gòu)產(chǎn)生的拉刀力轉(zhuǎn)換為施加于所述壓電裝置的壓力，以使所述壓電裝置產(chǎn)生感應(yīng)電荷。
[0020]在本發(fā)明的一些實施方式中，所述切肩機床具有主軸，所述主軸具有主軸孔，其特征在于:在步驟a之前，還包括步驟:
[0021]將所述壓電裝置與所述定位元件固定連接；
[0022]所述定位元件與所述主軸連接，所述定位元件具有與所述主軸孔相應(yīng)的形狀。
[0023]本發(fā)明提供的拉刀力實時測量裝置不但能夠測量靜止?fàn)顟B(tài)下的主軸拉刀力，而且能夠測量主軸轉(zhuǎn)動狀態(tài)下的拉刀力，實現(xiàn)了拉刀力的實時測量。這種測量方式能夠簡單、高效的得到測量數(shù)據(jù)，克服現(xiàn)有測量裝置只能測量靜態(tài)下的拉刀力的缺陷。所得到的實時拉刀力數(shù)值能夠應(yīng)用于對機床的穩(wěn)定性和可靠性的研宄中，為更好的提升機床性能提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明一實施方式的拉刀力實時測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為發(fā)明一實施方式的拉刀力實時測量裝置的安裝示意圖；
[0026]圖3為本發(fā)明一實施方式中的力傳感器轉(zhuǎn)子和力傳感器定子的配合示意圖；
[0027]圖4為發(fā)明一實施方式的拉刀力實時測量裝置與外部數(shù)據(jù)處理設(shè)備連接的示意圖；
[0028]圖5為發(fā)明一實施方式的拉刀力實時測量裝置利用的壓電效應(yīng)原理圖。
【具體實施方式】
[0029]如圖1所示，本發(fā)明一實施方式的拉刀力實時測量裝置包括約束加力桿1、刀具適配器2、力傳感器轉(zhuǎn)子3、法蘭盤4、力傳感器定子16、與力傳感器定子16連接的電荷放大器17以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
[0030]刀具適配器2套裝于約束加力桿I之上。刀具適配器2為圓錐體。力傳感器轉(zhuǎn)子3同樣套裝于約束加力桿1，并且力傳感器轉(zhuǎn)子3與刀具適配器2的圓形端面通過緊固螺栓5固定。約束加力桿I的端部具有凸臺101。約束加力桿I通過凸臺101卡合在刀具適配器2的錐形端之上。法蘭盤4通過緊固螺栓6固定于力傳感器轉(zhuǎn)子3的另一側(cè)。連接螺栓7通過法蘭盤4的通孔與位于力傳感器轉(zhuǎn)子3中心孔內(nèi)的約束加力桿I的尾部固定連接。連接螺釘7上還套設(shè)有第一蝶形彈簧8。安裝時，第一蝶形