专利名称：电磁耦合在检测刀具与工件接触的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及机械加工方面的对刀、分中、寻边或机内测量的方法，更具体的说，是应用电磁耦合原理对夹装于机床上的刀具与工件之间的接触/分离状态进行灵敏检测。
背景技术：
在机械加工方面，传统的对刀、分中、寻边的方法是用视觉、塞尺、薄纸或试切等方法，其缺点有人为操作带来较大误差、效率低、安全性差。最近在数控或数显机床的应用中出现了光电或机械式寻边器，其使用原理是以寻边器代替刀具，当寻边器与工件接触时，寻边器内部就产生声、光或指针等的响应指示，定位完成后拆卸寻边器并装回刀具，此法灵敏度高，但缺点有要拆装刀具、对刀具的安装精度要求高、必须配备高精度的寻边器、不便与控制系统连机自动化操作。
在数控机床的应用中，经常要对刀具测量或调校，现有专用的对刀仪，可将刀具脱离机床，装在对刀仪上投影放大来测量或调校，其缺点有要拆装刀具、对刀具的安装精度要求高、必须配备高精度的专用对刀仪、不便与控制系统连机录入数据。
发明内容
本发明应用电磁耦合的原理，在机械加工方面，对夹装于机床上的刀具与工件之间的接触/分离状态进行灵敏检测，使对刀、分中、寻边或测量的操作方便快捷和精密准确。
机械加工时，在机床上夹装有金属材质的刀具与工件，构成导电线路；其特征在于设置有电磁线圈，所述电磁线圈和所述导电线路构成电磁耦合的变压器结构，并有连接于电磁线圈的检测电路，通过检测所述电磁线圈的电气特性而获得所述导电线路的回路状态。当刀具与工件接触/分离时，所述导电线路连接的负载相当于零电阻/无穷大电阻，经电磁耦合映射为所述电磁线圈的阻抗值为较小/大，所述的检测电路显示/变送检测所得结果。
本发明可以取代传统的视觉、塞尺、薄纸或试切等方法，并有传统的方法无可比拟的灵敏度；可以取代寻边器和对刀仪，并且刀具和工件可以同时夹装在机床内操作，检测电路的输出与控制系统连机方便，还显著地降低成本。此外，本发明的应用可以不改变现有机床的机械结构，极容易普及。
图1为理想变压器带负载的原理示意图；图2为理想变压器带负载的等效电路的示意图；图3为本实施例的原理示意图；图4为本实施例的检测电路的原理示意图；图5为本实施例的检测电路的波形分析示意图；图6为本发明应用在车床上的导电线路的示意图；图7为本发明应用在镗床上的导电线路的示意图；图8为本发明应用在卧铣床上的导电线路的示意图；图9为本发明应用在机床内实现刀具测量的导电线路的示意图；图中机床1、刀具2、工件3、导电线路4、环形磁芯5、电磁线圈6、测量试件具体实施方式
下面结合具体实施例及附图对本发明作进一步的描述。
如图1、图2所示，根据电磁耦合的理想变压器原理，对于带负载的变压器，其初级绕组的电气特性可以等效于一个阻抗ZK，该阻抗ZK与次级绕组所带的负载ZL相关，即|ZK|＝K2|ZL|，其中ZK为初级绕组的等效阻抗，ZL为次级绕组所带的负载，K为变压器的初、次级绕组的匝数比。
实际的变压器与理想变压器是有差异存在，但适当的绕组和磁芯参数，配合适当的工作频率及电压是可以逼近理想变压器的电气特性。又由于本发明只涉及定性关系的应用，为说明方便我们可以暂且忽略这种实际与理想的差异。
如图3所示，机床1上夹装有刀具2和工件3，共同构成导电线路4，在机床1上安设有聚集磁场的环形磁芯5，所述导电线路4贯穿环形磁芯5的内孔，环形磁芯5的环圈上绕设有电磁线圈6，构成电磁耦合的变压器结构。
所述环形磁芯5的材料是铁氧体，其导磁的横截面积为1cm2。
所述电磁线圈6作为变压器的初级绕组，其匝数为40匝。
所述导电线路4作为变压器的次级绕组，其匝数为单匝。
次级绕组所带的负载ZL就是连接于导电线路4两端的阻抗，即当刀具2和工件3分离时，负载ZL相当于无穷大的电阻；当刀具2和工件3接触时，负载ZL相当于零电阻。根据上述变压器原理，所述负载ZL的变化会因电磁耦合而映射到电磁线圈6(初级绕组)的等效阻抗ZK上。实践证明，本实施例的变压器结构工作在30kHz频率/12V电压时，随着刀具2和工件3接触/分离状态的变化，电磁线圈6的等效阻抗ZK有显著的小/大的变化。
图4为本实施例的检测电路，检测电路包括有为阻抗ZK提供交流电的振荡电路、变送阻抗ZK的电流的检波电路和捕捉小阻抗瞬态的单稳态电路。
所述振荡电路由NE555集成电路IC1、定时可调电阻R1、上拉电阻R2、定时电容C1、抗干扰电容C2、输出驱动晶体管T1、T2和输出钳位二极管D1、D2组成。其中定时可调电阻R1用于调整工作频率。
所述检波电路由升压电容C3、整流检波二极管D3、D4、抗干扰电容C4和阻尼可调电阻R3组成。其中阻尼可调电阻R3用于调整输出电压U2的幅值。
所述单稳态电路由NE555集成电路IC2、限流电阻R4、放电晶体管T3、定时可调电阻R5、上拉电阻R6、定时电容C5、抗干扰电容C6和接触指示发光二极管D5。其中定时可调电阻R5用于调整暂稳态延时的长短(Tdly)。
电磁线圈6等效于阻抗ZK，连接于所述振荡电路的输出U1和所述检波电路的升压电容C3输入之间；所述检波电路的输出U2接到所述单稳态电路输入的限流电阻R4上，所述单稳态电路输出U3是向控制系统提供的信号。
图5为本实施例的检测电路中的U1、U2、U3的电压/电平波形示意图。
U1为振荡电路产生的30kHz/12V脉冲电源。
U2U2的幅值与电磁线圈6(阻抗ZK)的电流相关。
U3在U2＞0.7V时为高电平，当U2≤0.7V后延时Tdly时复位为低电平。
当刀具2和工件3分离时，所述负载ZL相当于无穷大电阻，所述检测电路的输出U3为低电平，接触指示发光二极管D5灭。
当刀具2和工件3接触时，所述负载ZL相当于零电阻，所述检测电路的输出U3为高电平，接触指示发光二极管D5亮。
当刀具2和工件3接触变为分离，若在延时Tdly时间内刀具2和工件3重新接触(即Tjmp＜Tdly)，则U3保持高电平和D5保持亮；若延时Tdly时间后，刀具2和工件3仍没有重新接触(即Tjmp≥Tdly)，则U3变低电平和D5变灭；综上所述，在机械加工时，借助本实施例的检测电路的输出U3或发光二极管D5的信号指示，就可以对夹装于机床上的刀具2和工件3之间的接触/分离状态进行灵敏检测，使对刀、分中或寻边的操作方便快捷和精密准确。
如图6、7、8所示，本发明的导电线路4包括在多种机床上的情况。
如图9所示，以测量试件7代替工件，本实施例就可以直接在机床内精密测量刀具2；同理，以测量试件代替刀具或使用标准刀具，本实施例就可以直接在机床内精密测量工件。
上述为本发明的典型实施例，实际生产使用中也可以参考说明书进行部分调整和修改以适合其具体情况。
此外，按本发明的构想，还可以有多种实施方式，以下扼要列举几点1、所述的变压器结构可以做成钳表的形式，所述的环形磁芯为两块半环形组合而成，可以打开和合拼，这种手持式工具使用起来较为灵活。
2、所述变压器结构的电磁线圈可以有两组，其一组连接电源，用于产生交变磁场，另一组用于提供检测信号；又或者更多组；又或者所述电磁线圈带中间抽头。其内在原理与上述单线圈的实施例是等效。
3、在不同检测电路的配合下，所述的变压器结构可以工作在变频状态或变压状态。其内在原理与上述工作在变流状态的实施例是等效。
权利要求
1.电磁耦合在检测刀具与工件接触的应用，在机床(1)上夹装有金属材质的刀具(2)和工件(3)，构成导电线路(4)，其特征在于设置有电磁线圈(6)，所述电磁线圈和所述导电线路构成电磁耦合的变压器结构，通过检测所述电磁线圈的电气特性而获得所述导电线路的回路状态。
2.根据权利要求1所述的电磁耦合的应用，其特征在于所述的变压器结构还包括有聚集磁场的环形磁芯(5)，其环圈上绕设有所述的电磁线圈(6)，其内孔贯穿有所述的导电线路(4)。
3.根据权利要求1所述的电磁耦合的应用，其特征在于当刀具(2)和工件(3)接触/分离时，所述导电线路(4)连接的负载相当于零电阻/无穷大电阻，经电磁耦合映射为所述电磁线圈(6)的等效阻抗值为较小/大。
4.根据权利要求1所述的电磁耦合的应用，其特征在于所述的压器结构工作频率范围是1kHz～100kHz。
5.根据权利要求1所述的电磁耦合的应用，其特征在于设有指示/变送所述导电线路的回路状态的检测电路，并连接于所述电磁线圈(6)。
全文摘要
本发明公开了一种电磁耦合在检测刀具与工件接触的应用，本发明应用电磁耦合的原理，在机械加工方面，对夹装于机床1上的刀具2与工件3之间的接触/分离状态进行灵敏检测，使对刀、分中、寻边或测量的操作方便快捷和精密准确。所述的机床、刀具和工件构成的导电线路4，其特征在于设置有电磁线圈6，所述电磁线圈和所述导电线路构成电磁耦合的变压器结构，通过检测所述电磁线圈的电气特性而获得所述导电线路的回路状态。
文档编号B23Q17/22GK1669736SQ20051003369
公开日2005年9月21日 申请日期2005年3月16日 优先权日2005年3月16日
发明者梁永源 申请人:梁永源