一种超声刀具检测装置的制作方法

本发明涉及检测领域，具体地说是一种超声刀具检测装置。

背景技术：

超声辅助切削加工技术在国民经济生产生活中的应用日益广泛。与传统加工不同，超声辅助切削加工中刀具在做切削运动、承受切削力的同时，还在超声振动系统的驱动下做高频拉伸/压缩、扭转、摆动等不同形式的振动。高频振动对刀具品质、特别是刀具表面完整性提出了较高要求，如果刀具内部存在微裂纹或是其他制造缺陷，在高频受迫振动下，则会发生裂纹扩展导致刀具断裂破损，容易造成被加工零件甚至机床的损坏。因此，在实际切削加工之前，对刀具性能进行测试，将具有缺陷的刀具检出报废是必要的。

国内外相关专利可以分成以下几类：1.利用超声频率变化的应力作用在，被实验的试件上，短时间内对样件施加高频的交变应力，观测试件的断裂或者表面形貌状况来判断样件是否达到标准。例如在一种适用于刀具疲劳损伤的温度检测方法专利中，通过检测超声加工工具在受到超声激励时发出的受激谐振波的线性系数等特征，对工具的材料和结构做出疲劳损伤检测。这种检测方法效率较低不适用大批量检测出厂的超声刀具。2.类似声发射的检测原理，通过向试件发射一定频率，相位的超声波信号。通过收集反射回来的超声波信号，来判断试件的裂纹，或者缺陷情况。如果刀具刚开始使用时并没有裂纹等缺陷，而只是金相组织强度不够，同样会导致刀具在高频带有负载的情况发生断裂。那么用该方法则无法准确检测超声刀具。3.电位降法检测试件裂纹，该检测检测方法多用于长距离管道的裂纹检测方面，例如一种低温疲劳裂纹扩展速率试验装置，利用直流电位降方法检测金属材料的疲劳裂纹扩展状态。如果单纯将电位降法用在超声刀具的裂纹检测方面会出现较大的误差。因为刀具在不振动的情况下，裂纹不受力，处于闭合状态，电阻和正常状态没有太大区别。而超声刀具在受力，振动情况下会造成裂纹的张开和闭合，所以本专利做出改进，让其在受力，振动状态测试其电参数，提高检测的准确率。

本专利采用自行设计的超声刀具检测装置，综合了频率振幅检测，电位降法检测，自由模态，压力模态检测的方法，通过一个完整的检测流程，提高了超声刀具质量检测准确率，降低了出厂超声刀具在加工过程中出现断裂失效的几率，提高了生产效率和加工安全性。

技术实现要素：

根据上述提出的技术问题，而提供一种超声刀具检测装置。

本发明采用的技术手段如下：

一种超声刀具检测装置，包括激光位移传感器、超声刀具检测头、旋转套筒和底座，所述旋转套筒通过旋转轴与所述底座连接，所述旋转套筒上设有与所述旋转轴同轴的超声变幅杆，所述超声变幅杆的远离所述旋转套筒的一端设有超声刀具夹持部，所述超声刀具检测头通过位置调节装置调节与所述超声刀具夹持部的位置，所述调节装置可驱动所述超声刀具检测头沿横向或纵向移动，所述调节装置上还设有调节所述超声刀具检测头高度的螺母，当调节到适当位置时，即所述超声刀具检测头刚好可以以适当的压力靠在所述超声刀具适当部位，可以通过螺丝将所述超声刀具检测头固定。当要用所述激光位移传感器来测量所述超声刀具谐振频率和振幅时，将所述超声刀具检测头移开的同时所述激光位移传感器的检测激光恰好打在所述超声刀具刀刃处，开启超声电源并利用适当的超声刀具检测方法对被所述超声刀具进行检测，当要进行电流，电压和施加压力的模态检测时，将所述超声刀具检测头移动到所述超声刀具部位进行检测即可。所述激光位移传感器可沿xyz三个方向测量所述超声刀具谐振频率和振幅，所述超声变幅杆可将超声电源产生的能量传递给所述超声刀具，并对振幅进行放大。所述旋转套筒可以绕所述旋转轴旋转，对所述超声刀具进行多个方位检测。

所述超声刀具具有直刃尖刀，所述直刃尖刀的长度为L，最大宽度为W，最大厚度为T，所述直刃尖刀的开刃角度为α，

所述超声刀具检测头具有楔形刀槽，所述楔形刀槽的底部设有防止所述直刃尖刀崩刃的容刃槽，所述楔形刀槽的长度为L/2，深度为W/6，所述容刃槽的长度为L/2，深度为W/12，所述楔形刀槽与所述容刃槽通过长方形孔连通，

所述长方形孔的长度为L/2，宽度为所述楔形刀槽的两个槽壁的夹角为α，保证所述直刃尖刀的刀刃部分可以安全地插入在所述容刃槽内，

所述超声刀具检测头的材质为尼龙，其上设有穿线孔，所述楔形刀槽与所述超声刀具的接触部分粘结或涂覆有石墨层，所述石墨层上连接有导线，所述导线的另一端穿过所述穿线孔与电位降法检测装置连接。

所述超声刀具检测头的横截面呈U型，其开口处设有四个调力旋钮，每两个调力旋钮为一组并与另外两个相向设置，所述调力旋钮包括依次连接的螺栓、弹簧和与所述超声刀具接触的接触杆，所述超声刀具检测头上具有所述接触杆穿过的孔，所述螺栓通过螺栓座与所述超声刀具检测头连接。

所述超声刀具检测头的横截面呈U型，其开口处设有两个调力旋钮，两个所述调力旋钮相向设置，所述调力旋钮包括依次连接的螺栓、弹簧和与所述超声刀具接触的接触杆，所述超声刀具检测头上具有所述接触杆穿过的孔，所述螺栓通过螺栓座与所述超声刀具检测头连接。

所述接触杆与所述超声刀具的接触部分由尼龙制成，且与电流电压检测装置电连接，所述弹簧为精密弹簧，其调整范围为0～50N，劲度系数为2N/mm，所述螺栓的螺距为1mm，所述螺栓每正向旋转一圈，所述弹簧被压缩1mm，作用在所述超声刀具上的力增加2N～4N。

本发明可以实现电位降法，频率振幅检测法，自由模态检测法和压力模态检测法；利用本发明可以准确判断出厂超声刀具的抗疲劳能力；将不具有抗疲劳断裂能力的出厂刀具判定为不合格刀具，将具有抗疲劳断裂能力的刀具判定为合格刀具，并投入生产；可以避免不合格超声刀具在生产过程中发生断裂而导致的生产效率低等不良影响。

基于上述理由本发明可在超声刀具研发和生产、超声切削加工技术应用和超声切削加工工艺研究等行业或领域广泛推广。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的实施例1中一种超声刀具检测装置的结构示意图。

图2是本发明的实施例1中超声刀具检测头与超声刀具连接示意图。

图3是本发明的实施例1中超声刀具检测头的结构示意图。

图4是本发明的实施例1中超声刀具检测头的侧视图。

图5是图4中I部放大示意图。

图6是本发明的实施例2中超声刀具检测头的结构示意图。

图7是本发明的实施例3中超声刀具检测头与超声刀具(具有直刃尖刀)连接示意图。

图8是本发明的实施例2和实施例3中调力旋钮的结构示意图。

图9是本发明的实施例3中超声刀具检测头与超声刀具(圆盘形超声刀具)连接示意图。

图10是本发明的中具体实施方式中超声刀具(具有直刃尖刀)的主视图。

图11是图10的俯视图。

具体实施方式

实施例1

如图1-5、图10和图11所示，一种超声刀具检测装置，包括激光位移传感器1、超声刀具检测头2、旋转套筒3和底座4，所述旋转套筒3通过旋转轴5与所述底座4连接，所述旋转套筒3上设有与所述旋转轴5同轴的超声变幅杆6，所述超声变幅杆6的远离所述旋转套筒3的一端设有超声刀具夹持部，所述超声刀具检测头2通过位置调节装置7调节与所述超声刀具夹持部的位置。

所述超声刀具8具有直刃尖刀，所述直刃尖刀的长度为L，最大宽度为W，最大厚度为T，所述直刃尖刀的开刃角度为α，

所述超声刀具检测头2具有楔形刀槽21，所述楔形刀槽21的底部设有防止所述直刃尖刀崩刃的容刃槽22，所述楔形刀槽21的长度为L/2，深度为W/6，所述容刃槽22的长度为L/2，深度为W/12，所述楔形刀槽21与所述容刃槽22通过长方形孔23连通，所述长方形孔23的长度为L/2，宽度为所述楔形刀槽21的两个槽壁24的夹角为α，

所述超声刀具检测头2的材质为尼龙，其上设有穿线孔25，所述楔形刀槽21与所述超声刀具8的接触部分粘结或涂覆有石墨层，所述石墨层上连接有导线，所述导线的另一端穿过所述穿线孔25与电位降法检测装置连接。

实施例2

如图6、图8、图10和图11所示，一种超声刀具检测装置，其与实施例1所公开的一种超声刀具检测装置的区别特征在于：所述超声刀具检测头2`的横截面呈U型，其开口处设有四个调力旋钮9，每两个调力旋钮9为一组并与另外两个相向设置，所述调力旋钮9包括依次连接的螺栓91、弹簧92和与所述超声刀具8接触的接触杆93，所述超声刀具检测头2`上具有所述接触杆93穿过的孔94，所述螺栓91通过螺栓座95与所述超声刀具检测头2`连接，所述接触杆93的另一端始终保留在所述孔94内。

所述接触杆93与所述超声刀具8的接触部分由尼龙制成，且与电流电压检测装置电连接，所述弹簧92为精密弹簧，其调整范围为0～50N，劲度系数为2N/mm，所述螺栓91的螺距为1mm。

实施例3

如图7、图8、图10和图11所示，一种超声刀具检测装置，其与实施例1所公开的一种超声刀具检测装置的区别特征在于：

所述超声刀具检测头2``的横截面呈U型，其开口处设有两个调力旋钮9，两个所述调力旋钮9相向设置，所述调力旋钮9包括依次连接的螺栓91、弹簧92和与所述超声刀具8接触的接触杆93，所述超声刀具检测头2``上具有所述接触杆93穿过的孔94，所述螺栓91通过螺栓座95与所述超声刀具检测头2``连接，所述接触杆93的另一端始终保留在所述孔94内。

所述接触杆93与所述超声刀具8的接触部分由尼龙制成，且与电流电压检测装置电连接，所述弹簧92为精密弹簧，其调整范围为0～50N，劲度系数为2N/mm，所述螺栓91的螺距为1mm。

如图9所示，超声刀具8`还可以为圆盘形超声刀具。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。