机床主轴夹紧力在线监测系统的制作方法

本实用新型涉及机床工具的技术领域，特别是涉及一种机床主轴夹紧力在线监测系统。

背景技术：

立式加工中心的主轴夹紧一般具有两种方式，一种是推力夹紧，另一种是拉力夹紧，两种夹紧方式均利用楔形面的配合滑移来实现夹紧，其中拉力夹紧的主轴结构比较简单，这有助于稳定主轴装配精度，保证加工性能。

拉力夹紧式主轴内部具有一根拉杆，其上布置有数十层碟形弹片，依靠碟形弹片的回复弹力作为刀柄拉丁的提拉夹紧力。采用这种结构的机床主轴，在不断地使用过程中，碟形弹片的恢复弹力呈下降趋势，一旦碟形弹片的恢复弹力下降到一定数值后，主轴对刀柄的夹紧将会失效，存在加工事故隐患，并会导致加工精度下降。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种机床主轴夹紧力在线监测系统，能够使机床在工作过程中，其主轴内的碟形弹片的实时恢复弹力受到全程监控，提高主轴夹紧刀柄的可靠性。

为实现上述目的，本实用新型提出了一种机床主轴夹紧力在线监测系统，包括主轴外壳，所述主轴外壳内设置有拉杆，所述拉杆上套装有多片碟簧片，拉杆上端穿过主轴外壳，并通过连接套筒与打刀缸的输出轴固定连接，其特征在于：位于主轴外壳外部的拉杆端设置有一组位移缩小机构，位移缩小机构包括初级从动杆、次级从动杆以及分别位于初级从动杆和次级从动杆上的多个支撑杆，所述初级从动杆首端固定在拉杆端部侧面，末端通过支撑杆连接着次级从动杆，所述次级从动杆的末端通过支撑杆设置在主轴外壳的上端面上，所述次级从动杆的前端与主轴外壳的上端面之间设置有一个弯曲片，所述弯曲片的一侧粘贴固定有压电陶瓷薄膜，另一侧粘贴固定有超磁致伸缩薄片，所述弯曲片、压电陶瓷薄膜和超磁致伸缩薄片的组合体上套装有一个具有多匝的涡流线圈；所述涡流线圈的导线两端连接在一个信号放大器上，所述信号放大器依次连接有稳流器、第一滤波器和控制器的输入端，所述压电陶瓷薄膜的两个侧面上分别引出电极线，电极线依次连接有变压器、稳压器、第二滤波器和控制器的输入端，所述控制器的输出端通过导线连接有电磁阀，所述电磁阀分别与气泵和打刀缸通过导气管连接。

作为优选，所述打刀缸通过支撑架固定在主轴外壳上端。

作为优选，所述位移缩小机构的初级从动杆、次级从动杆与支撑杆的连接处均为柔性铰链结构。

作为优选，所述控制器为FANUC系统的PMC控制器。

作为优选，所述压电陶瓷薄膜和超磁致伸缩薄片均采用环氧树脂粘贴在弯曲片上。

本实用新型的有益效果：本实用新型通过在主轴外壳上端设置与主轴拉杆的运动关联的检测模块对拉杆上的碟簧片弹力进行实时监测，在此主思路的基础上，创造性的采用压电陶瓷薄膜和超磁致伸缩薄片相结合的方式进行检测，两组不同的原理的采集信号可以相互佐证，防止显著误差对主轴正常动作的恶意误判，保证主轴工作的可靠性。

本实用新型的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。

【附图说明】

图1是本实用新型的结构原理图；

图2是图1中A部的放大图。

图中：1-主轴外壳、2-碟簧片、3-拉杆、4-打刀缸、5-支撑架、6-信号放大器、7-变压器、8-稳流器、9-稳压器、10-第一滤波器、11-第二滤波器、12- 控制器、13-电磁阀、14-气泵、15-初级从动杆、16-次级从动杆、17-弯曲片、 18-压电陶瓷薄膜、19-超磁致伸缩薄片、20-涡流线圈。

【具体实施方式】

参阅图1和图2，本实用新型一种机床主轴夹紧力在线监测系统，包括主轴外壳1，所述主轴外壳1内设置有拉杆3，所述拉杆3上套装有多片碟簧片2，拉杆3上端穿过主轴外壳1，并通过连接套筒与打刀缸4的输出轴固定连接，其特征在于：位于主轴外壳1外部的拉杆3端设置有一组位移缩小机构，位移缩小机构包括初级从动杆15、次级从动杆16以及分别位于初级从动杆15和次级从动杆16上的多个支撑杆，所述初级从动杆15首端固定在拉杆3端部侧面，末端通过支撑杆连接着次级从动杆16，所述次级从动杆16的末端通过支撑杆设置在主轴外壳1的上端面上，所述次级从动杆16的前端与主轴外壳1的上端面之间设置有一个弯曲片17，所述弯曲片17的一侧粘贴固定有压电陶瓷薄膜18，另一侧粘贴固定有超磁致伸缩薄片19，所述弯曲片17、压电陶瓷薄膜18和超磁致伸缩薄片19的组合体上套装有一个具有多匝的涡流线圈20；所述涡流线圈 20的导线两端连接在一个信号放大器6上，所述信号放大器6依次连接有稳流器8、第一滤波器10和控制器12的输入端，所述压电陶瓷薄膜18的两个侧面上分别引出电极线，电极线依次连接有变压器7、稳压器9、第二滤波器11和控制器12的输入端，所述控制器12的输出端通过导线连接有电磁阀13，所述电磁阀13分别与气泵14和打刀缸4通过导气管连接。所述打刀缸4通过支撑架5固定在主轴外壳1上端。所述位移缩小机构的初级从动杆15、次级从动杆 16与支撑杆的连接处均为柔性铰链结构。所述控制器12为FANUC系统的PMC控制器。所述压电陶瓷薄膜18和超磁致伸缩薄片19均采用环氧树脂粘贴在弯曲片17上。

本实用新型工作过程：

本实用新型一种机床主轴夹紧力在线监测系统在工作过程中，控制器12对电磁阀13通高电位，电磁阀13导通，气泵14中的高压气体进入打刀缸4的回程腔内，使打刀缸4的输出轴收缩，进而使拉杆3上移，拉杆3上移使，对碟簧片2产生压力并使之压缩，由于拉杆3的上移，带动初级从动杆15末端下压，进而带动次级从动杆16末端下压，对弯曲片17产生弯曲压力；压电陶瓷薄膜 18受到压力产生电荷，若打刀缸4不断地切换输出轴的伸缩状态，则在压电陶瓷薄膜18处可产生持续电压，与此同时，超磁致伸缩薄片19受到不断切换的拉伸和压缩，磁场变换将会使涡流线圈20中产生持续电流，两种电信号经过各自的处理电路后进入控制器12中进行校核比对，通过在控制器12中设定差异阈值进行判定，若两者计算后的压力值偏差小于设定阈值，则判定信号有效，并根据有效信号判定碟簧片2的弹力有效性，实现在线监测，若判定碟簧片2 失效，则控制器12使电磁阀13复位，阻断打刀缸4的进一步工作。

上述实施例是对本实用新型的说明，不是对本实用新型的限定，任何对本实用新型简单变换后的方案均属于本实用新型的保护范围。