CN106425681A - 一种机床刀具微进给测微装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机床刀具精加工微进给测微装置及方法，由振动传感器、信号采集及发射器、信号接收及显示器组成。它是利用刀具的刀尖接触到被加工件时会导致刀杆振动，通过检测该振动信号的原理实现测微的。其中振动传感器将检测到的振动信号转换为电压信号，经信号采集器放大，并通过无线发射模块发送出去；无线接收模块将其接收并还原，最后通过示波器输出振动波形，或者3.5mm耳机音频输出，以此来监视或监听刀尖与被加工工件的接触情况，进而实现感知和检测刀具的实际微进给量的目的。

Description

一种机床刀具微进给测微装置及方法

技术领域

本发明涉及机械精密加工领域，具体为一种精密加工时机床刀具微进给时的测微装置及方法。

背景技术

微米级的精密切削加工中，机床刀具的微米级进给是依赖机床的微进给***实现的，但当进给量极小，乃至接近机床进给精度时，此时机床的实际进给量已具有不确定性，亦即刀具的实际切削已经不一定为设定值，此时操作者对刀具是否接触到被加工件，并完成了想要的切削量失去了控制，亦即对微米级的加工已没有实际的感知设备或手段。目前的做法是操作者凭借肉眼观察切削后刀尖上是否有切削，以及反复测量零件尺寸，再加上不断地试探性地调整，最终达到精度要求的。这种高精度的加工方式对操作者技能和经验的依赖性大、过程复杂、效率低、随机性大，难以掌握及普及推广。

发明内容

本发明提供了一种机床刀具微进给时的测微装置及方法，可实现微米级微进给时刀具与被加工件实际接触和切削情况进行感知，降低加工难度，提高加工效率。

本发明的技术原理：

利用刀具空载(即未接触到工件)时为一悬臂梁，相对静止，当刀尖接触到工件时，刀杆原来静止悬臂梁的状态被打破，会产生振动，通过感知和检测个振动，从而达到感知接触和了解切削量的目的。

具体技术方案是：

在刀具头上加装一个压电陶瓷振动传感器，用来敏感刀头的振动。一旦刀头与被加工件表面接触，压电陶瓷振动传感器会敏感到微小振动，通过将该振动信号进行放大、无线发射、无线接收、信号还原、音频输出及振动波形显示等操作，达到感知刀具实际微进给量的目的。

其中所述的压电陶瓷振动传感器在敏感到刀尖的振动后，将振动信号转换成电压信号，然后输入信号采集器及发射器，信号采集及发射器对振动的电压信号进行放大，并通过无线发射模块发射出去，无线信号接收器接收到该信号后，会将其载波信号还原为振动信号，通过选择开关选择输出音频信号送至3.5mm耳机接口供监听，或者选择振动波形输出至示波器，直接监视振动波形，通过这两种形式实现检测刀具实际微进给量的目的。

本发明的优点在于：本发明利用刀具的刀尖接触到被加工件时会导致刀杆振动，通过检测该振动信号的原理实现测微的。其中振动传感器将检测到的振动信号转换为电压信号，经信号采集器放大，并通过无线发射模块发送出去；无线接收模块将其接收并还原，最后通过示波器输出振动波形，或者3.5mm耳机音频输出，以此来监视或监听刀尖与被加工工件的接触情况，进而实现感知和检测刀具的实际微进给量的目的，简单易实现，而且准确，特别适用于微进给量(0～2μm)的刀具的检测，实验证明，过程分辨性好，解决了工程中长期没有解决的技术问题。此外，通过耳机接口供监和示波器这两种形式实现检测刀具实际微进给量的感知，特别容易实现，简单、结果直观，具有创造性。

附图说明

图1是机床刀具微进给测微装置组成示意图；

图2是信号采集及发射器电路模块图；

图3是信号接收及显示器电路模块图；

图4是信号接收及显示器面板示意图；

图中标记说明：

1、压电陶瓷振动传感器，2、刀头，3、被加工工件，4、信号采集及发射器，5、信号接收及显示器，6、耳机接口，7、信号接收及显示器电源开关，8、示波器电源开关，9、模式切换开关，10、数字示波器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施作详细说明。

参阅图1，本发明装置包括压电陶瓷振动传感器1、信号采集及发射器4和信号接收及显示器5三大部分。其中压电陶瓷振动传感器1通过双面胶(或其他形式)固定在刀头2上，与信号采集及发射器5通过电缆线连接，信号采集及发射器4固定在机床刀架上，连同刀具2、压电陶瓷振动传感器1一起随刀架运动。

如图2所示，信号采集及发射器4主要包括电源模块、放大模块和发射模块。电源模块由3.7v锂电池及变压模块组成。变压模块负责锂电池的充、放电，充电以5v直流输入，放电以5v直流输出。放大模块由AD620芯片组成两级放大，放大倍数100倍。发射模块采用单片机为控制核心，将振动信号通过ADC采样，再通过RF1100SE数传模块发送出去。

如图3所示，信号接收及显示器5主要包括电源模块、接收模块、示波器及3.5mm耳机接口。电源模块由3.7v锂电池及变压模块组成。变压模块负责锂电池的充、放电，充电以5v直流输入，放电以5v直流输出。接收模块采用单片机结合RF1100SE数传模块，将接收到的数据通过DAC转换成模拟电压信号值输出。该模拟电压信号通过一个外置的模式选择开关9选择输出到数字示波器10或者3.5mm耳机接口6。数字示波器10采用成熟的4.2英寸显示屏的模拟便携式数字示波器，分辨率10mv。、

如图4所示，面板上6为监听声音的耳机插孔，7为总电源开关，8为示波器开关，9为模式切换开关(即振动和声音两种模式的切换)，10为振动波形输出示波器。

该装置在微进给时的测微过程如下：

第一步，将压电陶瓷振动传感器1固定在刀头2上，确保可靠；

第二部，将压电陶瓷振动传感器1通过防磁屏蔽线与信号采集及发射器2的信号输入接口连接，打开信号采集及发射器电源开关，此时电源指示灯闪烁，***已开机工作；

第三步，将信号接收及显示器5放置在视线范围内的合适位置，依次打开其电源开关7及示波器电源开关8；

第四步：将“模式切换”开关置于“振动”档，此时进行对刀操作，并观察示波器屏幕，出现规则波形则可认定刀头2已经与被加工件4接触上，产生切削；若将模式切换开关置于“声音”档，则可直接插上耳机再进行对刀操作，耳机中能听到规则的切削振动声则可认定刀头2已经与被加工件4接触上，产生切削；

通过不同的被加工材料，不同的微进给量(0～2μm),其输出的振动波形和幅度，或其音频输出的频率和响度都不一样，这样的过程分辨性好，且过程简单、结果直观，据此实现机床刀具实际微量进给的感知和检测。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种机床刀具微进给测微装置，其特征在于：包括振动传感器、信号采集及发射器和信号接收及显示器；振动传感器固定在机床刀具的刀头上，并与信号采集及发射器通过电缆线连接；信号采集及发射器固定在机床刀具的刀架上，连同机床刀具和振动传感器一起随刀架运动；振动传感器在敏感到刀尖的振动后，将振动信号转换成电压信号，然后输入信号采集器及发射器，信号采集及发射器对振动的电压信号进行放大，并通过无线方式发射出去，信号接收及显示器接收到该信号后，将其中的载波信号还原为振动信号，通过选择开关选择输出音频信号送至耳机接口供监听，或者选择振动波形输出至示波器，直接监视振动波形，通过这两种形式实现检测刀具实际微进给量的目的。

2.根据权利要求1所述的机床刀具微进给测微装置，其特征在于：所述的振动传感器为压电陶瓷振动传感器。

3.根据权利要求1所述的机床刀具微进给测微装置，其特征在于：所述信号采集及发射器和信号接收及显示器均采用锂离子电池进行供电，通过5v直流电充电。

4.根据权利要求1所述的机床刀具微进给测微装置，其特征在于：信号采集及发射器包括电源模块、放大模块和发射模块；电源模块由3.7v锂电池及变压模块组成；变压模块负责锂电池的充、放电，充电以5v直流输入，放电以5v直流输出；放大模块由AD620芯片组成两级放大；发射模块采用单片机为控制核心，将振动信号通过ADC采样，再通过由GFSK调制的RF1100SE数传模块发送出去。

5.根据权利要求1所述的机床刀具微进给测微装置，其特征在于：所述信号接收及显示器包括电源模块、接收模块、示波器及3.5mm耳机接口；电源模块由3.7v锂电池及变压模块组成；变压模块负责锂电池的充、放电，充电以5v直流输入，放电以5v直流输出；接收模块采用单片机结合RF1100SE数传模块，将接收到的数据通过DAC转换成模拟电压信号值输出。

6.一种机床刀具微进给测微方法，其特征在于：在机床刀具的刀具头上加装一个压电陶瓷振动传感器，用来敏感刀具头的振动，一旦刀具头与被加工件表面接触，压电陶瓷振动传感器会敏感到微小振动，通过将该振动信号进行放大、无线发射、无线接收、信号还原、音频输出及振动波形显示操作，达到感知刀具实际微进给量的目的。