一种铣削力、扭矩的监测方法、系统及刀柄传感器技术方案

一种铣削力、扭矩监测方法，将数据采样部件、AD转换部件、无线发射部件、相关电路及电池集成于刀柄内部形成刀柄传感器，无需外接数据线；使用所述电池为刀柄内部的系统供电；将数据采样部件获得的信号经过AD转换所得的数据打包通过无线通信的方式发送到外部处理系统，由外部处理系统完成实时显示、存储、信号分析功能。一种实现上述方法的铣削力、扭矩监测系统，包括刀柄传感器和外部处理系统。本发明专利技术刀柄传感器在使用时无需外接数据线也没有多余的附件，安装在铣床上传感器会自动开始开机、取下之后会自动断电待机；刀柄传感器的外形和普通刀柄无异，采用内置电池供电以及无线的方式进行数据传输，不影响正常的铣削加工。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于测试
，涉及铣削加工时铣削力或扭矩的在线实时监测技术。
技术介绍
机械加工中，70-80％的零件的成型是通过切削加工进行的，铣削作为切削加工中极其重要的一种形式在先进制造中扮演重要角色。在铣削加工中铣刀的状态对加工质量、效率、成本具有重要影响，主要表现在影响加工厂品的尺寸精度和表面质量、可能对工件或者是机床保持架等造成损坏、直接影响机器的停机时间和非预期停机影响生产效率三方面。刀具切削状态对于保证加工质量、实现连续自动化加工非常重要，并且保证其效率最大化的关键就是刀具的磨损状态的监测。铣削力和扭矩作为铣削过程中重要的特征参数，其监测技术一直是国内外研究与应用最多的铣削过程监测方法之一，因此通过铣削力和扭矩来监测铣刀状态对提高加工质量、保护加工设备和工件具有重要意义。现有的铣削测力传感器大多为台式，将待加工零件安装在铣削测力仪上通过检测待加工零件所受到的力从而获得铣刀的受力。然而这种方式存在显而易见的缺点就是受限于测力传感器的大小，所安装的待加工零件不能太大，并且零件高度不能太大，不然在铣削加工时会给传感器带来附加的力或力矩干扰传感器正常工作，使用范围极其有限。现有的传感器也有安装在铣床主轴或刀柄上的，但是这种方式需要在铣床主轴或刀柄上加装一系列零部件，影响正常的铣削加工过程。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种铣削力、扭矩的监测方法、系统及刀柄传感器，克服现有技术中的上述缺点。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种铣削力、扭矩监测方法，将数据采样部件、AD转换部件、无线发射部件、相关电路及电池集成于刀柄内部形成刀柄传感器，无需外接数据线；使用所述电池为刀柄内部的系统供电；将数据采样部件获得的信号经过AD转换所得的数据打包通过无线通信的方式发送到外部处理系统，由外部处理系统完成实时显示、存储、信号分析功能。进一步，将所述刀柄传感器安装在铣床上时自动通电开机，将其由铣床上取下之后自动断电待机。优选地，将所述刀柄传感器安装在主轴上，通过光电方式控制电路导通，由刀柄传感器内置电池开始为整个系统供电；通过电源电路板将内置电池的供电电压转换成各部件所需要的不同电压，同时对电源进行相关操作保证供电电压的稳定；采集切削加工中的铣削力信号、扭矩信并转换成电信号，进行滤波、放大系列调理，再将其转换成数字信号，处理后通过无线的方式发送出去；当所述刀柄传感器从铣床主轴上取下时，通过光电方式控制电路自动断开，系统供电停止不再继续工作。一种实现上述方法的铣削力、扭矩监测系统，包括刀柄传感器和外部处理系统，所述刀柄传感器包括集成于刀柄内部的数据采样部件、AD转换部件、无线发射部件、相关电路及电池；所述电池为刀柄传感器供电，所述无线发射装置将刀柄传感器所采集到的信号发射到外部处理系统中。优选地，所述刀柄传感器包括弹簧夹头螺母、弹簧夹头、接线电路板、防护罩、弹性挡圈、FPGA电路板、电路板挡圈、充电插座、电源电路板、光电开关电路、电池、信号调理电路板、防护罩、无线模块、集成传感器、刀柄本体、光电开关挡片；铣刀夹在弹簧夹头上，所述弹簧夹头安装在刀柄本体上；集成传感器的输出线穿过第一过线孔焊在接线电路板上；接线线路板固定在刀柄本体上，在接线电路板的外侧安装有防护罩防止使用过程中铣削液或灰尘沾染到接线电路板上；在刀柄本体内部放置三块电路板，从上到下分别为电源电路板、信号调理电路板和FPGA电路板，三块电路板在垂直方向上通过第一电路板挡圈和第二电路板挡圈隔开，第一电路板挡圈和第二电路板挡圈上设有缺口用于电路板之间走线；无线模块的供电和输入输出线通过第二过线孔和相应的电路板连接。优选地，所述刀柄传感器中所有的线焊在接线电路板上，通过接线电路板上焊盘间的走线来完成整个系统的布线工作使得内部走线紧凑牢靠。优选地，所述三块电路板的轴向定位靠弹性挡圈实现，在FPGA电路板和弹性挡圈之间垫有电路板压盖；光电开关电路和充电插座通过胶粘的方式固定在刀柄本体上。优选地，铣刀夹在弹簧夹头上，所述弹簧夹头安装在刀柄本体上，两者通过圆锥面配合定位。优选地，接线线路板通过螺钉固定在刀柄本体上；通过紧定螺钉使电池上压盖和电池下压盖夹紧电池从而达到将电池固定在刀柄本体内部的目的；无线模块通过螺钉连接的方式连接在刀柄本体上，无线模块外侧所安装的防护罩同样通过螺钉的方式连接在刀柄本体上。优选地，所述外部处理系统包括通过串口线连接的数据接收处理硬件和计算机，所述数据接收处理硬件包括相互连接配合的电源、FPGA电路、无线接收模块。由于采用了上述技术方案，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术将传感器集成在刀柄上并且采用了内置电池的电源方案和无线数据传输，使得传感器所需零部件完全集成在刀柄内部，使得传感器在使用时，和普通刀柄一样，传感器上无需外接数据线也没有多余的附件，只需将刀柄式传感器和普通刀柄一样安装在铣床上，传感器会自动开始开机、取下之后会自动断电待机。刀柄传感器的外形和普通刀柄无异，采用内置电池供电以及无线的方式进行数据传输，丝毫不影响正常的铣削加工。附图说明图1为本专利技术刀柄式铣削力、扭矩测试系统中刀柄式传感器实施例的结构示意图；图2为本专利技术刀柄式铣削力、扭矩测试系统实施例的数据接收处理部分示意图。图中标记：1-铣刀，2-弹簧夹头螺母，3-弹簧夹头，4-接线电路板，5-防护罩，6-弹性挡圈，7-FPGA电路板，8-第一过线孔，9-第一电路板挡圈，10-充电插座，11-电源电路板，12-光电开关电路，13-紧定螺钉，14-电池上压盖，15-充电锂电池，16-电池下压盖，17-信号调理电路板，18-第二过线孔，19-第二电路板挡圈，20-电路板压盖，21-防护罩，22-无线模块，23-集成传感器，24-刀柄本体，25-数据接收处理硬件，26-RS232串口线，27-计算机,28-光电开关挡片。具体实施方式以下结合附图所示实施例对本专利技术作进一步的说明。请参阅图1，为本专利技术的刀柄式传感器实施例的结构，包括：弹簧夹头螺母2、弹簧夹头3、接线电路板4、防护罩5、弹性挡圈6、FPGA电路板7、第一过线孔8、第一电路板挡圈9、充电插座10、电源电路板11、光电开关电路12、紧定螺钉13、电池上压盖14、充电锂电池15、电池下压盖16、信号调理电路板17、第二过线孔18、第二电路板挡圈19、电路板压盖20、防护罩21、无线模块22、集成传感器23、刀柄本体24、光电开关挡片28。铣刀1夹在弹簧夹头3上，弹簧夹头3通过弹簧夹头螺母2安装在刀柄本体24上，两者通过圆锥面配合定位。集成传感器23的输出线穿过第一过线孔8焊在接线电路板4上。接线线路板4通过四个螺钉固定在刀柄本体24上，在接线电路板4的外侧安装有防护罩5，防止在实际使用过程中铣削液或灰尘沾染到接线电路板4上，同样防护罩也是通过螺钉连接的方式连接到刀柄本体上。在刀柄本体24内部放置有三块电路板，从上到下分别为电源电路板11、信号调理电路板17和FPGA电路板7，三块电路板在垂直方向上通过第一电路板挡圈9和第二电路板挡圈19隔开，第一电路板挡圈9和第二电路板挡圈19上设有缺口用于电路板之间走线。三块电路板11、17、7的轴向定位靠弹性挡圈6实现，在FPGA电路板7和弹性挡圈之间垫有电路板压盖20。光电开关电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铣削力、扭矩监测方法，其特征在于：将数据采样部件、AD转换部件、无线发射部件、相关电路及电池集成于刀柄内部形成刀柄传感器，无需外接数据线；使用所述电池为刀柄内部的系统供电；将数据采样部件获得的信号经过AD转换所得的数据打包通过无线通信的方式发送到外部处理系统，由外部处理系统完成实时显示、存储、信号分析功能。

【技术特征摘要】
1.一种铣削力、扭矩监测方法，其特征在于：将数据采样部件、AD转换部件、无线发射部件、相关电路及电池集成于刀柄内部形成刀柄传感器，无需外接数据线；使用所述电池为刀柄内部的系统供电；将数据采样部件获得的信号经过AD转换所得的数据打包通过无线通信的方式发送到外部处理系统，由外部处理系统完成实时显示、存储、信号分析功能。2.根据权利要求1所述的铣削力、扭矩监测方法，其特征在于：将所述刀柄传感器安装在铣床上时自动通电开机，将其由铣床上取下之后自动断电待机。3.根据权利要求1所述的铣削力、扭矩监测方法，其特征在于：将所述刀柄传感器安装在主轴上，通过光电方式控制电路导通，由刀柄传感器内置电池开始为整个系统供电；通过电源电路板将内置电池的供电电压转换成各部件所需要的不同电压，同时对电源进行相关操作保证供电电压的稳定；采集切削加工中的铣削力信号、扭矩信并转换成电信号，进行滤波、放大系列调理，再将其转换成数字信号，处理后通过无线的方式发送出去；当所述刀柄传感器从铣床主轴上取下时，通过光电方式控制电路自动断开，系统供电停止不再继续工作。4.一种实现权利要求1至3中任一所述方法的铣削力、扭矩监测系统，其特征在于：包括刀柄传感器和外部处理系统，所述刀柄传感器包括集成于刀柄内部的数据采样部件、AD转换部件、无线发射部件、相关电路及电池；所述电池为刀柄传感器供电，所述无线发射装置将刀柄传感器所采集到的信号发射到外部处理系统中。5.根据权利要求4所述铣削力、扭矩监测系统，其特征在于：所述刀柄传感器包括弹簧夹头螺母、弹簧夹头、接线电路板、防护罩、弹性挡圈、FPGA电路板、电路板挡圈、充电插座、电源电路板、光电开关电路、电池、信号调理电路板、防护罩、无线模块、集成传感器、刀柄本体...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓东，朱丹丹，金斌斌，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31