数控机床刀头寿命在线监测装置及数控机床制造方法及图纸

本发明专利技术揭示了数控机床刀头寿命在线监测装置及数控机床，其中，数控机床刀头寿命在线监测装置包括金属刀柄，所述金属刀柄内设置有无线振动传感单元，所述无线振动传感单元的天线为片状且显露在外。本方案设计精巧，结构简单，采用无线振动传感单元进行数据的无线传输，有效的解决了数据的有线传输方式无法应用于需要自转的刀头的应用场景，应用的灵活性更加，同时将无线振动传感单元置于金属刀柄的内部，相对于置于金属刀柄表面对动平衡的影响大大降低，另外结合外露的片状天线，有效的避免了金属材质金属刀柄对无线信号的屏蔽，保证了数据传输的可靠性，片状的天线也更易于安装和减小对动平衡的影响。

On-line Monitoring Device for Tool Life of NC Machine Tool and NC Machine Tool

The invention discloses an on-line monitoring device for tool life of a numerical control machine tool and a numerical control machine tool. The on-line monitoring device for tool life of a numerical control machine tool includes a metal tool handle, in which a wireless vibration sensing unit is arranged, and the antenna of the wireless vibration sensing unit is flaky and exposed. The scheme is exquisite in design and simple in structure. The wireless vibration sensor unit is used to transmit data wirelessly. It effectively solves the problem that the wired transmission mode of data can not be applied to the application scenario of the tool head which needs to rotate. The application flexibility is more flexible. At the same time, the wireless vibration sensor unit is placed inside the metal tool handle. In addition, combined with the exposed patch antenna, it effectively avoids the shielding of the wireless signal by the metal handle, ensures the reliability of data transmission, and the patch antenna is easier to install and reduce the impact on the dynamic balance.

【技术实现步骤摘要】
数控机床刀头寿命在线监测装置及数控机床
本专利技术涉及数控设备，尤其是数控机床刀头寿命在线监测装置及数控机床。
技术介绍
刀头磨损是机械加工中的常见现象，刀头磨损会降低工件加工精度、提高工件表面的粗糙度、减少设备使用寿命、产生车削热、增加停机时间、直接降低生产效率和收益，因此对刀头状态监测就成为了重要的控制措施。刀头状态监测从出现到发展至今，主要经历了以下发展历程：1、传统监控阶段在传统切削加工过程中，刀头状态的识别是通过加工人员辨别切削声音、切屑颜色、切削时间等来判断，或根据在加工工序之间拆卸刀头后实测其破损程度和磨损量来判断，由于往往依靠的是技术工人的长期积累的生产经验，所以不可避免的会出现以下问题：（1）如果刀头磨损量低于磨钝标准但已经被卸下，则没有充分利用刀头的实际寿命而造成浪费，增加加工成本。（2）如果刀头磨损量高于磨钝标准，即刀头已经发生磨损或破损，则会影响工件的加工表面质量和尺寸精度，甚至损坏机床。（3）造成人员上的浪费，现在工业生产的趋势是无人化生产，通过人员去发现刀头的磨损和破损已经不能满足现代工业生产的需要，而且如何通过拆卸刀头来检测刀头磨损量则会导致加工的停顿，影响生产效率。2、智能监控阶段发展到近几年出现的智能刀头状态监测，其摆脱了人员上的限制，实现了智能在线监测，所谓智能监控指的是在产品加工过程中，计算机通过检测各类传感器信号变化，预测刀头的磨损和破损状态，从而决定刀头是否需要更换，常用的刀头监测信号有振动信号、温度信号、主轴电流信号、图像信号等等，但都存在一定的问题例如，通过检测刀头的加工电流间接反馈刀头的状态，存在检测不准确，建模复杂等问题，无法适应智能制造的要求。而图像信号通过对刀头形状的图像定期采集，与已有磨损刀头图形的比对，进行判断刀头是否更换的方法，此方法实用性差，图像采集受现场切削情况的影响很大，如削液、废渣等，同时刀头本省也有差异，好坏比较难以区分，误报率高。采用振动传感器检测刀头的振动信号进而分析，如申请号为2015104909183的中国专利申请，其虽然具有较高的检测精度，但是其仍然存在一定的问题，主要表现为：（1）振动传感器与滤波放大器通过数据线连接，有线连接的方式对于刀头的自转运动产生干涉，因此使用场景受到限制。（2）振动传感器安装在铣刀的主轴的一侧，而当铣刀需要旋转加工时，则振动传感器的重量又会导致铣刀出现动不平衡的情况，易产生振动，导致振动传感器的检测值产生偏差，影响判断精度，同时动不平衡也会产生噪音及对轴承等其他部件产生损害，影响机床的使用寿命，尤其是在高转速（不小于13000转/分）的工作条件下，这种动不平衡的影响就更加严重。（3）由于振动传感器暴露在复杂的加工环境中，振动传感器极易受到水、粉尘、切削液的侵蚀，影响了其使用的稳定性。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种通过使振动检测传感模块内置于刀柄中，并通过外置的天线进行信号的无线传输，以实现振动信号的无线、在线监测与动平衡的有效统一的数控机床刀头寿命在线监测装置及数控机床。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：数控机床刀头寿命在线监测装置，包括金属刀柄，所述金属刀柄内设置有无线振动传感单元，所述无线振动传感单元的天线为片状且显露在外。优选的，所述的数控机床刀头寿命在线监测装置中，所述无线振动传感单元包括集成有振动传感芯片、信号采集电路、MCU及无线通信模块的主板和蓄电池，所述无线通信模块连接天线。优选的，所述的数控机床刀头寿命在线监测装置中，所述金属刀柄的中间区域开设有安装槽，所述主板固定在所述安装槽中靠近所述金属刀柄的刀头连接端，且通过防水胶体密封，所述蓄电池位于所述防水胶体中。优选的，所述的数控机床刀头寿命在线监测装置中，所述防水胶体具有透光性，所述主板上集成有一组朝向所述安装槽的槽口的状态指示灯。优选的，所述的数控机床刀头寿命在线监测装置中，所述主板与所述金属刀柄的轴线垂直，且其轴线与所述金属刀柄的轴线的间距在0±0.5mm，其上的振动传感芯片朝向所述金属刀柄的刀头连接端。优选的，所述的数控机床刀头寿命在线监测装置中，所述振动传感芯片的零点位于所述金属刀柄的轴线上。优选的，所述的数控机床刀头寿命在线监测装置中，所述蓄电池的质心位于所述安装槽槽口所在的半幅金属刀柄区域。优选的，所述的数控机床刀头寿命在线监测装置中，所述主板上设置有充电电路，所述主板与所述金属刀柄上设置的充电接口电连接，所述充电接口由防护盖保护。优选的，所述的数控机床刀头寿命在线监测装置中，所述天线通过粘结力不低于180MPa的胶黏物贴附于所述金属刀柄的外侧壁处。优选的，所述的数控机床刀头寿命在线监测装置中，还包括与所述无线振动传感单元通过网络通信的云服务端和/或用户终端。数控机床，包括机床主体，还包括上述任一的数控机床刀头寿命在线监测装置，用于安装刀头及连接机床主体；金属刀柄库，包括至少一个用于数控机床刀头寿命在线监测装置放置和/或充电的结构；机械手，能够进行数控机床刀头寿命在线监测装置的卸载、移动和安装；数控装置，根据所述数控机床刀头寿命在线监测装置测得的蓄电池电量数据及刀头寿命数据控制机械手进行机床主体上的数控机床刀头寿命在线监测装置的切换。本专利技术技术方案的优点主要体现在：本方案设计精巧，结构简单，采用无线振动传感单元进行数据的无线传输，有效的解决了数据的有线传输方式无法应用于需要自转的刀头的应用场景，应用的灵活性更加，同时将无线振动传感单元置于金属刀柄的内部，相对于置于金属刀柄表面对动平衡的影响大大降低，另外结合外露的片状天线，有效的避免了金属材质金属刀柄对无线信号的屏蔽，保证了数据传输的可靠性，片状的天线也更易于安装和减小对动平衡的影响。通过对主板及蓄电池的安装位置的巧妙设计，进一步减小了无线振动传感单元对金属刀柄动平衡的影响，保证了金属刀柄的有效运行，避免了因动不平衡产生的振动对检测精度的干扰，且有效的适应了高速转动加工环境的要求。使振动传感芯片尽量的靠近刀头，同时使其零点在金属刀柄的轴线上，从而能够更加精确的采集振动信号，保证检测数据的精度和分析的准确性，并且能够有效的满足高转速下的检测要求。采用防水胶体填充安装槽，能够有效的对无线振动传感单元进行防护，避免无线振动传感单元暴露在水、切屑液、粉尘等环境中影响其使用稳定性，保证了整个检测装置运行的稳定性和可靠性，同时使其具有透光性，便于直接进行状态显示灯的观察。通过对防水胶的优选，能够有效的保证天线贴装的牢靠性和耐冲击性，避免在高速转动下出现松脱导致无法正常使用的问题。充电接口的设置为更换后无线振动传感单元的充电提供了极大的便利，同时，防护盖的设计有效的对充电接口进行了保护避免其受损，并且，通过对防护盖的有效的设计，能够有效的与金属刀柄库中的充电插头配合实现自动的充电作业，从而极大的提高了设备的自动化程度。附图说明图1是本专利技术的示意图；图2是本专利技术的无线振动传感单元的示意图；图3是本专利技术的电量检测电路的电路示意图；图4是本专利技术的数控机床刀头寿命在线监测装置中防护盖的第一种实施例示意图；图5是本专利技术的数控机床刀头寿命在线监测装置中防护盖的第二种实施例示意图；图6是本专利技术的本专利技术的数控机床刀头寿命在线监测装置中防护盖的第三种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.数控机床刀头寿命在线监测装置，其特征在于：包括金属刀柄（1），所述金属刀柄（1）内设置有无线振动传感单元（2），所述无线振动传感单元（2）的天线（21）为片状且显露在外。

【技术特征摘要】
1.数控机床刀头寿命在线监测装置，其特征在于：包括金属刀柄（1），所述金属刀柄（1）内设置有无线振动传感单元（2），所述无线振动传感单元（2）的天线（21）为片状且显露在外。2.根据权利要求1所述的数控机床刀头寿命在线监测装置，其特征在于：所述无线振动传感单元（2）包括集成有振动传感芯片（23）、信号采集电路（24）、MCU（25）及无线通信模块（26）的主板（22）和蓄电池（27），所述无线通信模块（26）连接天线（21）。3.根据权利要求2所述的数控机床刀头寿命在线监测装置，其特征在于：所述金属刀柄（1）的中间区域开设有安装槽（11），所述主板（22）固定在所述安装槽（11）中靠近所述金属刀柄（1）的刀头连接端（12）的一端，且通过防水胶体（3）密封，所述蓄电池（27）位于所述防水胶体（3）中。4.根据权利要求3所述的数控机床刀头寿命在线监测装置，其特征在于：所述防水胶体（3）具有透光性，所述主板（22）上集成有一组朝向所述安装槽（11）的槽口的状态指示灯（28）。5.根据权利要求2所述的数控机床刀头寿命在线监测装置，其特征在于：所述主板（22）与所述金属刀柄（1）的轴线垂直，且其轴线与所述金属刀柄（1）的轴线的间距在0±0.5mm，其上的振动传感芯片（23）朝向所述金属刀柄（1）的刀头连接端（12）。6.根据权利要求2所述的数控机床刀头寿命在线监测装置，其特征在于：所述振动传感芯片（2...

【专利技术属性】
技术研发人员：申亚琪，王建国，
申请(专利权)人：苏州捷杰传感技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32