专利名称：一种主轴安装型扭矩遥测刀柄的利记博彩app
技术领域：
本发明属于加工中心用回转刀具的磨损、破损在线监测装置。
自1967年世界上第一次出现FMS(柔性制造系统)以来，柔性制造技术经历了二十多年的发展。在柔性制造系统运行中，产生不稳定和导致故障的因素很多，如机床故障、计算机控制系统故障、刀具破损等，因刀具质量的稳定性和可靠性在各因素中是最差的，所以刀具破损是最主要因素，一旦刀具突然破损将造成程度不同的甚至极为严重的损失，如机床损坏，贵重工件报废以及由此而引起的FMS总体技术及经济效益的下降。因此，必须对FMS进行实时监控，特别是对刀具破损进行监控。切削过程中刀具发生破损时，必然通过各种现象以多种形式表现出来，如切削力(扭矩)、温度、振动、切削功率、声音、转速、表面粗糙度、精度等许多与切削过程相关的现象发生明显变化。刀具破损时切削力的变化最为敏感，所以检测切削力是监测刀具破损最常用、最可靠的方法。以往用传统台式测力仪，而现在对于应用比例较大的钴、镗、铣加工中心，因刀具回转、工件大小和形状多变的特点，台式测力仪已不能满足实际需要，力传感器只能放在主轴上。目前，主要有两种检测方法用于回转工具，一种是用测力轴承检测径向力;一种是将力传感器设计在回转刀柄上。对前一种方法的研究已有不少，在一些数控机床和加工中心上已安装这种监测装置。但这种装置只能监测重切削过程的过载或刀具折断，对刀具有崩刃和磨损反应不灵敏，而且干扰因素多，维修不便，必须在机床制造时安装这种装置。对于第二种将力传感器设计在回转刀柄上的方法，研究很少，即使有也几乎都是仅用于小孔和微孔钻削的钻头折断监测，它们是日本研究的检测回转刀柄内部空气小主轴的驱动气体压力(见名岛弘三的论文“工具异常监视システムの效果の导入”机械技术，1992;40(6)49-54)或小主轴转速(见幸田盛堂的论文“切削状态监视机能つき超高速主轴ァタツチメントの开发”油空压技术，1988(1)66-72)，由光导纤维传输信号;这种装置能承受的切削力很小，仅用于小孔和微孔钻削，承受径向负荷的能力很差，无法用于铣、镗等径向力大的切削加工，因径向尺寸大无法放入镗铣加工中心的托刀盘上;因空气压力和小主轴转速信号相对切削力/扭矩信号滞后较大，所以检测精度和可靠性较差。日本研究的另一种是检测回转刀柄上弹性元件的应变，由无线电遥测力信号(见烟村洋太郎“小径ドリル用工具ホルダ-形FM式トルク·スラスト温度センサ-の开发”昭和60年度精机学会秋季大会论文集，1985，787-788)，这种装置刀柄前端绅出部分悬臂太长，采用的是弹性辅助支承，径向刚度很差，能承受的径向力较小，不能使用中、大直径钻头，更不能使用铣刀、镗刀等径向力大的刀具;而且弹性辅助支承要分担一部分切削扭矩和轴向力，使检测信号的灵敏度降低，线性度变差;不仅如此，刀柄前端伸出部分径向尺寸大，刀柄无法放入镗、铣加工中心托刀盘的豁口内供机械手自动装夹;因该装置采用的是筋式弹性元件，占用的径向尺寸大，很难装入刀柄内部;筋式弹性元件与夹刀部分为两体，它们之间的螺纹连接对变形产生干扰，致使检测精度降低;发射器装在锥柄内部，发射信号被周围金属吸收较多，导致发射距离短，检测精度和灵敏度降低。总之，到目前为止，还没有一种能适用于镗、铣加工中心各种钻头、铣刀、镗刀等回转刀具的切削扭矩遥测的刀柄。
本发明的目的就是为了克服现有技术的不足，从结构做重新设计，发明一种适于镗、铣加工中心的主轴安装型扭矩遥测刀柄，以解决镗铣加工中心的刀具破损监测难题。
一种由锥柄、莫氏锥套、弹性元件、发射系统组成的主轴安装型扭矩遥测刀柄，其特征是弹性元件采用薄壁筒式弹性元件，该元件与莫氏锥套为一体，莫氏锥套由滚针轴承刚性支承在锥柄内孔中，发射系统(包括发射器和电池组)装在莫氏锥柄的前端的外周与防护罩围成的环形槽内。
以下结合附图详细说明本发明的结构图1为主轴安装型扭矩遥测刀柄示图;
图2为环形槽内的结构剖视图;
图3为薄壁筒式弹性元件上贴应变片位置展开图;
图4为发射系统框图。
图1是主轴安装型扭矩遥测刀柄示图，在锥度为7∶24的锥柄(1)内部，装入具有某一型号莫氏锥孔的莫氏锥套(5)，型号依使用刀具的刀柄大小而定，由滚针轴承(4)和滚针轴承(6)将莫氏锥套(5)刚性支承在锥柄(1)内孔中，滚针轴承(4)靠近薄壁筒式弹性元件(3)安装;滚针轴承(6)靠近锥柄(1)端面安装;莫氏锥套(5)的尾部与锥柄(1)之间为过渡配合，并用四个锥形销(2)与锥柄(1)相固连;莫氏锥套(5)尾部固定部分与滚针轴承(4)之间的莫氏锥套为薄壁筒式弹性元件(3)，即是说薄壁筒式弹性元件(3)与莫氏锥套(5)是一体的;薄壁筒的壁厚依据莫氏锥孔大小而定，对一般刀具尺寸和类型，其薄壁筒的壁厚约在0-5-2mm范围选择;在莫氏锥套(5)的莫氏锥孔中装入具有与此相同莫氏锥套刀柄的刀具(9)，如需要拉紧刀具(9)(镗、铣刀是需要拉紧刀具的)，则用内六角拉钉(13)在莫氏锥套(5)内部阶梯孔处拉紧刀具(9)，阶梯孔位于薄壁筒式弹性元件的下部;在莫氏锥套前端伸出锥柄部分的外周与防护罩(10)围成一个中间是空腔的环形槽;其内装置电池组(8)(12)及发射器(14)，防护罩(10)与莫氏锥套(5)的前端面之间用密封圈(11)密封，防护罩(10)底部与滚针轴承(6)之间用环形塑料盖(7)盖合，图2是环形槽内的结构图，将电池组1(8)，电池组2(12)和发射器(14)(分两部分)对称地分布在其中，两个电池组分别为4节(或5节)7号充电电池，发射器的电子元件构成的线路用硅橡胶浇铸在环形槽内，防护罩(10)用六个螺钉(15)固定在锥柄(1)的前端面上。图3是薄壁筒贴应变片的位置展开示意图。在图上示意贴4片应变片，电阻值每片120～500Ω(也可贴8片应变片)，构成图4所示的测扭矩应变电桥。图4是发射系统框图，电池组1(8)经稳压后作为电桥桥压，电池组2(12)经稳压后供给发射器(14)。电桥与电池组和发射器之间的连线走在莫氏锥套(5)外表面开的沟槽内。
本发明的扭矩遥测刀柄装在加工中心主轴上工作时，切削力一般可分解为X-Y两方向径向力、轴向力和扭矩，由于装夹刀具的莫氏锥套(5)用滚针轴承(4)、(6)刚性支承，所以薄壁筒式弹性元件(3)承受扭矩和轴向力，扭矩信号就能反映出刀具的综合工作性能，因滚针轴承(4)、(6)的滚动磨擦非常小，几乎可以忽略不计，所以可以认为刀具的切削扭矩全部作用在薄壁筒式弹性元件(3)上，薄壁筒式弹性元件(3)产生的扭转变形转化为应变电桥的电压输出，这种微弱的电信号输入到发射器中，经比例放大器，电压/频率转换器和载波振荡器，转化为无线电信号，再由发射天线向外部发射，外部接收器接收并解调这种调频信号，最终得到切削扭矩的电压/电流摸拟信号，这个信号经A/D转换采集到计算机中进行实时分析处理，来判断刀具的工作状态，从而实现钻、镗、铣加工中心的刀具破损磨损的在线监控。
本发明与现有技术相比较，具有如下优点
1.刀柄前端伸出部分(即防护罩(10)部分)悬臂较短。
2.采用两个滚针轴承刚性辅助支承莫氏锥套，径向刚度很高，能承受很大的径向切削力，所以可用于钻头、铣刀、镗刀等回转刀具的扭矩检测。
3.因辅助支承的滚针轴承滚动摩擦非常小，所以薄壁筒式弹性元件承受全部切削扭矩，检测信号的灵敏度和线性度都很高。
4.具有不同莫氏锥孔的莫氏锥套可装夹不同尺寸的镗、铣、钻等回转刀具或过渡刀杆。
5.刀柄前端伸出部分径向尺寸较小，可将刀柄放入托刀盘的豁口内，供机械手自动装夹。
6.采用薄壁筒式弹性元件，占用的径向尺寸小，可装入锥柄的底部，使径向力对扭矩的干扰小，切削热对弹性元件和应变片变形干扰也小。
7.薄壁筒式弹性元件与夹刀的莫氏锥套做成一体，消除了连接部分的变形干扰。
8.发射器装在锥柄前端且采用塑料防护罩，使发射器的无线电信号充分向外发射，发射距离将明显增大。
图1为主轴安装型扭矩遥测刀柄示图1锥柄2锥型销3薄壁筒式弹性元件4滚针轴承5莫氏锥套6滚针轴承7环形盖8电池组19刀具10防护罩11密封圈12电池组213内六角拉钉图2为环形槽内结构剖视图1锥柄5莫氏锥套8电池组19刀具10防护罩12电池组214发射器15螺钉图3为薄壁筒式弹性元件上贴应变片位置展开图;
图4为发射系统框图。
按本发明构思制造的一个刀柄，其刀柄前端伸出部分小于50mm，其径向尺寸约为70mm，锥柄(1)内装入具有4号莫氏锥孔的莫氏锥套(5)，滚针轴承(4)为644806，滚针轴承(6)为45544907，薄壁筒外径约为30mm，壁厚约为1.5mm，筒高约5mm，其筒面上贴有4片应变片，在环形槽内对称分布两组共8节7号充电电池，试验结果表明，其灵敏度、精度、线性度均达到很高水平，遥测距离达5.10米，如加上接收电缆可达50米。本发明对发展我国机械加工自动化将起到重大作用，具有很大的经济效益和社会效益。
权利要求
1.一种由锥柄、莫氏锥套、弹性元件、发射系统等组成的主轴安装型扭矩遥测刀柄，其特征在于弹性元件为薄壁筒式弹性元件(3)，该薄壁筒式弹性元件(3)与莫氏锥套(5)为一体，即薄壁筒式弹性元件(3)是莫氏锥套的一部分；莫氏锥套(5)由滚针轴承(4)、(6)支承在锥柄(1)内孔中；发射系统(包括发射器和电池组)安装在莫氏锥柄前端的外周与防护罩围成的中间是空腔的环形槽内。
2.根据权利要求1所说的主轴安装型扭矩遥测刀柄，其特征在于薄壁筒式弹性元件(3)的壁厚依据莫氏锥孔大小而定，对一般刀具尺寸和类型，其薄壁筒的壁厚约在0.5-2mm范围选择。
3.根据权利要求1所说的主轴安装型扭矩遥测刀柄，其特征在于将莫氏锥套(5)刚性支承在锥柄(1)内孔中的滚针轴承(4)靠近薄壁筒式弹性元件(3)安装，滚针轴承(6)靠近锥柄(1)端面安装。
4.根据权利要求1所说的主轴安装型扭矩遥测刀柄，其特征在于莫氏锥套内部有一阶梯孔，该孔处于薄壁筒式弹性元件(3)下部，阶梯孔中穿过一个内六角拉钉(3)以拉紧刀具(9)的柄部(限用镗、铣刀具)。
5.根据权利要求1所说的主轴安装型扭矩遥测刀柄，其特征在于在莫氏锥套(5)伸出锥柄(1)端面那部分外周与塑料防护罩(10)围成中间是空腔的环形槽，在其内对称分布两组(10节或8节)7号充电电池组(8)、(12)及对称分布发射器(14)(分两部分)，发射器(14)的电子元件构成的线路用硅橡胶浇铸在环形槽内。
6.根据权利要求1所说的主轴安装型扭矩遥测刀柄，其特征在于防护罩(10)底部与滚针轴承(6)之间用环形塑料盖(7)盖合;防护罩(10)与莫氏锥套(5)的前端面之间用密封圈(11)密封。
7.根据权利要求1所说的主轴安装型扭矩遥测刀柄，其特征在于用螺钉将防护罩(10)固定在锥柄(1)的端面上。
8.根据权利要求1所说的主轴安装型扭矩遥测刀柄，其特征在于莫氏锥套(5)尾部与锥柄(1)之间为过渡配合，并用四个锥形销(2)固定在锥柄(1)上。
全文摘要
本发明是采用薄壁筒式弹性元件(3)，用滚针轴承(4)(6)将莫氏锥套(5)刚性支承在锥柄(1)内孔中，薄壁筒式弹性元件(3)与莫氏锥套(5)为一体，莫氏锥套(5)尾部用4个锥形销(2)与锥柄(1)相固连，莫氏锥套(5)伸出锥柄(1)端面那部分外周与塑料防护罩(10)围成一个中间是空腔的环形槽，其内放置发射器和电池组。本刀柄可装夹各种钻头、镗刀、铣刀；刀具工作情况通过发射系统、接收系统，计算机分析系统做出判断，实现对回转刀具磨损、破损情况在线监测。
文档编号B23Q17/09GK1103343SQ9311499
公开日1995年6月7日 申请日期1993年11月27日 优先权日1993年11月27日
发明者张德远, 陈鼎昌, 韩云台 申请人:北京航空航天大学