专利名称：刀杆式旋铣刀片切削力及温度测量装置的制作方法
技术领域：
本发明属于切削技术领域，涉及一种切削力与切削温度的同步实时测量装置，特别是一种刀杆式旋铣刀片的切削力及温度测量装置。
背景技术：
丝杠等螺纹件的高速硬旋铣加工是一种精密、高效的包络铣削加工工艺，切削过程中产生的切削力、切削热，对工件的成形精度、表面质量、刀具的使用寿命等有着重要影响，实时、精确地测量瞬态变化的切削力和切削温度将有助于提高工件成形质量、改善刀具工作状态。目前动态测量切削力普遍采用压电式力传感器，其中测量铣削力的压电式传感器的结构形式有安装于工件和机床工作台之间的铣削测力平台，安装于主轴与铣刀之间的旋转力传感器，与主轴一体的铣削测力环。上述铣削测力装置存在以下问题1、易受工艺系统振动的干扰；2、现场安装难度大，往往涉及机床部件的结构改进；3、铣削测力平台对工件的质量和尺寸有严格要求；4、所测切削力为总切削力，无法获得单刀片所受切削力的瞬态变化。目前常见的切削温度测量方法有热电阻法、热电偶法、远红外辐射法。其中，远红外辐射法用于恶劣环境下远距离非接触监测物体表面温度，测试响应快，测量切削温度时容易受到飞溅的切屑、积屑瘤、切削液等因素的影响，故测试精度不高。钼热电阻适合950°C以下温度的接触测量，更高温度时则选用热电偶进行测量，通常钼热电阻的测试精度要高于热电偶。近年出现的利用磁控溅射镀膜技术和光刻技术直接在刀具前刀面制备薄膜热电阻层或薄膜热电偶层进行切削温度测量的方法，具有测试精度高，响应时间短(可以达到几十纳秒)的特点，能够接触测量切削区指定位置(如刀尖)的切削温度变化情况，是一种很具潜力的测试方法，但测温薄膜的制备工艺复杂、成本高、难以推广。目前能够对切削力和切削温度同步进行测量的装置还未见报道。
发明内容
本发明的目的提供一种能够同步实时在线测量各刀片切削力及切削温度，制作简便、易于装调、动态测试性能好、测试精度高的刀杆式旋铣刀片的切削力及温度测量装置。实现本发明目的的技术解决方案为一种刀杆式旋铣刀片切削力及温度测量装置，其特征在于它包括切削-传感组件、滑环，数据采集装置，其中切削-传感组件包括刀杆、三向压电式力传感器、刀座、刀垫、刀片、薄膜温度敏感元件，刀杆的前端设置有开口槽，在其底部设置有贯通的沉孔，且沉孔的小径段在开口槽一侧，三向压电式力传感器的感应位置设置有通孔，刀座上设置有贯通的螺纹孔，用螺栓经刀杆的沉孔、三向压电式力传感器的通孔与刀座的螺纹孔联接，刀座前端有一个V形槽，槽底设置有贯通的螺纹孔，刀片的中间设置有一个锥形沉孔，刀垫中间设置有一个通孔，用锥形螺钉经刀片的锥形沉孔、刀垫的通孔与刀座的螺纹孔联接，用粘结剂将薄膜温度敏感元件粘结在刀片的刀尖处，滑环的转子电缆与三向压电式力传感器的接口相连，转子导线与薄膜温度敏感元件相连，滑环的定子导线接数据采集装置，滑环中心设置有通孔。本发明与现有技术相比，其显著优点是1、本发明能够实现旋铣加工中各刀片瞬态切削力和切削温度的同步在线测量；2、测量装置结构紧凑，易于制备和装调；3、动态性能好，且测量精度高；4、刀杆改进后可用于盘铣加工中刀片切削力、切削温度的测量，去掉滑环后还可用于车削加工中切削力及切削温度的测量；5、制作成本低。
图1是切削-传感组件与旋铣刀盘及滑环的装配与连接关系图。图2为所述测试装置的切削-传感组件的结构示意图。图3为图2所述测试装置在刀尖位置的局部放大图。图4是切削-传感组件的透视装配示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步描述。结合图1 3所示，本发明提出的刀杆式旋铣刀片切削力及切削温度测量装置，包括刀杆1、三向压电式力传感器8、薄膜温度敏感元件6及滑环13，还包括刀座2、刀垫3、刀片4、锥形螺钉5、螺栓9。其中，三向压电式力传感器8内置电荷放大电路，薄膜温度敏感元件6采用钼电阻式温度敏感元件。结合图1、图2所示，三向压电式力传感器8，以及薄膜温度敏感元件6检测到的信号分别用电缆10、导线11接到滑环转子的输入接口。结合图3所示，选用金属醇盐类的粘合剂7将薄膜温度敏感元件6粘结在刀片4前刀面上刀尖附近。结合图1所示，滑环13的中心通孔133用于旋铣加工时工件贯穿其中，与旋铣刀盘接触的转子端部采用法兰结构131，滑环13的通道数为刀盘上旋铣刀片数量的4倍。结合图4所示，刀杆1的材料为40Cr，热处理T250，前端为开口槽结构101，用于安装三向压电式力传感器8，刀杆侧面具有两个可调刀杆伸出量的阶梯孔102，用于和旋铣刀盘组件14螺纹紧固联接。刀座2采用标准化刀槽结构。刀片4采用压孔式夹紧结构通过锥形螺钉5与刀座2、刀垫3紧固。三向压电式力传感器8通过螺栓9安装于刀座2、刀杆1之间。使用本发明装置对旋铣过程中的切削力、切削温度进行在线动态监测时，先将测试装置通过刀杆侧面的两个阶梯孔用螺栓固定在刀盘上，再将滑环转子通过螺栓固定在刀
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权利要求
1.一种刀杆式旋铣刀片切削力及温度测量装置，其特征在于它包括切削-传感组件(15)、滑环(13)，数据采集装置(16)，其中切削-传感组件(15)包括刀杆(1)、三向压电式力传感器(8)、刀座(2)、刀垫(3)、刀片(4)、薄膜温度敏感元件(6)，刀杆(1)的前端设置有开口槽(101)，在其底部设置有贯通的沉孔(103)，且沉孔(103)的小径段在开口槽(101) —侧，三向压电式力传感器(8)的感应位置设置有通孔(802)，刀座(2)上设置有贯通的螺纹孔(201)，用螺栓(9)经刀杆(1)的沉孔(103)、三向压电式力传感器(8)的通孔(802)与刀座(2)的螺纹孔(201)联接，刀座(2)前端有一个V形槽(202)，槽底设置有贯通的螺纹孔(203)，刀片(4)的中间设置有一个锥形沉孔(401)，刀垫(2)中间设置有一个通孔(301)，用锥形螺钉(5)经刀片(4)的锥形沉孔(401)、刀垫(2)的通孔(301)与刀座(2)的螺纹孔(203)联接，用粘结剂(7)将薄膜温度敏感元件(6)粘结在刀片(4)的刀尖处，滑环(13)的转子(132)电缆(10)与三向压电式力传感器(8)的接口(801)相连，转子(132)导线(11)与薄膜温度敏感元件(6)相连，滑环(13)的定子(134)导线(12)接数据采集装置(16)，滑环(13)中心设置有通孔(133)。
2.根据权利要求1所述的刀杆式旋铣刀片切削力及温度测量装置，其特征在于三向压电式力传感器(8)内部集成有电荷放大电路。
3.根据权利要求1所述的刀杆式旋铣刀片切削力及温度测量装置，其特征在于薄膜温度敏感元件(6)为钼电阻式温度敏感元件。
4.根据权利要求1所述的刀杆式旋铣刀片切削力及温度测量装置，其特征在于粘结剂(7)为金属醇盐类粘结剂。
5.根据权利要求1所述的刀杆式旋铣刀片切削力及温度测量装置，其特征在于滑环(13)的转子(132)端部有法兰(131)结构特征。
6.根据权利要求1所述的刀杆式旋铣刀片切削力及温度测量装置，其特征在于滑环(13)的通道数为旋铣刀盘组件(14)上切削-传感组件数量的4倍。
7.根据权利要求1所述的刀杆式旋铣刀片切削力及温度测量装置，其特征在于刀杆(1)的侧面具有两个用于和旋铣刀盘组件(14)进行螺栓紧固联接的阶梯孔(102)。
8.根据权利要求7所述的刀杆式旋铣刀片切削力及温度测量装置，其特征在于刀杆(1)上的阶梯孔(102)由两个半孔和一个直槽构成。
9.根据权利要求1所述的刀杆式旋铣刀片切削力及温度测量装置，其特征在于刀座(2)采用标准化刀槽结构。
全文摘要
本发明采用三向压电式力传感器、薄膜温度敏感元件和滑环构造一种用于旋铣加工的各刀片切削力及切削温度同步实时在线监测的测量装置，属于切削技术领域。本发明采用简单紧凑的刀杆式结构；用一个螺纹紧固在刀座、刀杆之间的三向压电式力传感器进行切削力的测量；用一个粘结在刀片切削区刀尖附近的薄膜温度敏感元件进行切削温度的测量；用一个多通道的过孔型滑环作为传感器件与数据采集装置的电气接口；所述测量装置具有结构紧凑、动态特性良好、测量精度高、切削温度与切削力同步在线测量、易于制备和装调、制作成本低的特点。适于在线同步测量旋铣刀盘上每把刀具的瞬态切削力和切削温度，也可用于车削过程中瞬态切削力与切削温度的同步测量。
文档编号B23Q17/09GK102554702SQ20121000795
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月12日 优先权日2012年1月12日
发明者倪寿勇, 冯虎田, 朱红雨, 李迎 申请人:南京理工大学