一种三合一传感器夹具及多模态刀具磨损状态监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种三合一传感器夹具及多模态刀具磨损状态监测系统，涉及切削加工监测技术领域。该三合一传感器夹具包括夹具本体、固定刀台、振动传感器、声发射传感器以及切削力传感器。切削力传感器固定设置于夹具本体，固定刀台固定设置于切削力传感器，固定刀台具有安装切削刀具的安装空间，振动传感器和声发射传感器用于固定在切削刀具上。多模态刀具磨损状态监测系统包括数控机床、控制器以及三合一传感器夹具。三合一传感器夹具固定设置于数控机床，三种传感器均与控制器电连接，该夹具设计合理，集成了三种传感器，能够实时准确的检测数据信号，保证精度，实现切削监测系统的前端监测功能，提升测量稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种三合一传感器夹具及多模态刀具磨损状态监测系统
本专利技术涉及切削加工监测
，具体而言，涉及一种三合一传感器夹具及多模态刀具磨损状态监测系统。
技术介绍
切削加工监测是实现智能制造的关键技术，配备了切削加工监测系统的数控机床可以准确及时地反应加工状态及刀具的磨损状态，通过对加工过程中的切削力、声发射及振动情况进行监测、分析，可以更为可靠地了解加工过程的刀具磨损状态，以便加工人员合理调整加工条件，能够减少停机时间，从而延长刀具寿命，降低加工成本，保证加工精度以及降低机床的能量消耗。然而，切削测力仪实现了加工过程中切削三向力的监测，进而可以判断切削状态的一定变化趋势，但是，无法反应刀具内部的剪切、应变等情况，不能作为刀具磨损判别的准确依据；声发射信号包含了丰富的切削状态信息，且刀具破损前后信号变化十分明显，但是，在磨损阶段对各项加工状态变化不够敏感；振动信号包含了许多加工过程特征，但振动信号受切削条件及机床状态影响，单凭振动信号难以精确确定刀具磨损情况。因此，研究切削力、声发射以及振动与刀具的关系，分析出刀具在加工过程中的磨损状态，以便合理的调整加工条件，从而延长刀具寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种三合一传感器夹具，集成振动传感器、声发射传感器以及切削力传感器，能够实时准确的检测数据信号，保证精度，实现切削监测系统的前端监测功能，提升测量稳定性。本专利技术的实施例是这样实现的：基于上述目的，本专利技术的实施例提供了一种三合一传感器夹具，包括夹具本体、固定刀台、振动传感器、声发射传感器以及切削力传感器，所述夹具本体包括安装面，所述切削力传感器固定设置于所述安装面，所述固定刀台固定设置于所述切削力传感器背离所述安装面的一侧，所述固定刀台具有安装切削刀具的安装空间，所述振动传感器和所述声发射传感器用于固定在切削刀具上。另外，根据本专利技术的实施例提供的三合一传感器夹具，还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的可选实施例中，所述夹具本体包括固定连接的第一固定件和第二固定件，所述安装面位于所述第一固定件，所述第二固定件位于所述第一固定件的固定端，且所述第二固定件用于和机床的刀塔固定连接。在本专利技术的可选实施例中，所述第一固定件为Z字型结构，且依次包括固定段、导向段以及安装段，所述安装面位于所述安装段靠近所述导向段的一侧；所述第二固定件为U字型结构，且包括卡设槽，所述固定段插设于所述卡设槽且与所述第二固定件固定连接。在本专利技术的可选实施例中，所述固定刀台包括台本体、活动压板以及锁紧件；所述台本体固定设置于所述切削力传感器，且开设有刀具安装孔，所述台本体具有相邻的第一固定壁和第二固定壁，所述第一固定壁和所述第二固定壁均开设有调节条形孔；所述活动压板嵌设于所述刀具安装孔，且用于和切削刀具的刀柄配合，所述锁紧件穿过所述调节条形孔且抵接于所述活动压板。在本专利技术的可选实施例中，所述活动压板的横截面为L型结构，所述活动压板包括第一抵接部和第二抵接部，所述第一抵接部和所述第二抵接部形成用于和切削刀具的刀柄相匹配的夹角；所述锁紧件为两组，且包括第一锁紧组和第二锁紧组，所述第一锁紧组穿过所述第一固定壁的调节条形孔，且与所述第一抵接部抵接，所述第二锁紧组穿过所述第二固定壁的调节条形孔，且与所述第二抵接部抵接。在本专利技术的可选实施例中，所述活动压板的端部包括第一安装部和第二安装部，所述第一安装部和所述第二安装部能够与切削刀具的靠近刀头位置相对应，所述振动传感器固定于所述第一安装部，所述声发射传感器固定于所述第二安装部。在本专利技术的可选实施例中，所述第一安装部和所述第二安装部沿所述活动压板的延伸方向分布，所述第二安装部相对于所述第一安装部靠近于端部。本专利技术还提供了一种多模态刀具磨损状态监测系统，包括数控机床、控制器以及三合一传感器夹具；所述三合一传感器夹具固定设置于所述数控机床的刀塔，所述振动传感器、所述声发射传感器以及所述切削力传感器均与所述控制器电连接。在本专利技术的可选实施例中，所述控制器包括功率放大器、数据采集卡以及监测模块；所述振动传感器、所述声发射传感器以及所述切削力传感器分别与所述功率放大器的输入端电连接，且传输信号至所述功率放大器；所述功率放大器的输出端和所述数据采集卡的输入端电连接，所述数据采集卡的输出端和所述监测模块的输入端电连接，所述数据采集卡接收信号并传输信号至所述监测模块。在本专利技术的可选实施例中，所述控制器还包括机床运动板卡，所述机床运动板卡的输入端与所述监测模块电连接，所述机床运动板卡的输出端与所述数控机床电连接；所述机床运动板卡接收所述监测模块发出的指令，并控制所述数控机床动作。本专利技术实施例的有益效果是：该夹具集成了切削力传感器、声发射传感器以及振动传感器，能够检测三种信号，充分地利用不同信号与切削刀具磨损状况的关联来判别切削刀具的磨损状态，将数据采集、数据处理、数据存储及数据回放功能进行集成，可以实现加工在线监测及反馈控制，以达到延长刀具寿命，降低加工成本，保证加工精度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术实施例1提供的三合一传感器夹具的结构示意图；图2为三合一传感器夹具安装于刀塔的结构示意图；图3为图1中夹具本体的结构示意图；图4为图1中夹具本体的分解示意图；图5为图1中固定刀台的结构示意图；图6为固定刀台的分解示意图；图7为本专利技术实施例2提供的多模态刀具磨损状态监测系统框图；图8为多模态刀具磨损状态监测系统的工作流程示意图；图9为多模态刀具磨损状态监测系统的工作原理图；图10为多模态刀具磨损状态监测系统中判别流程图。图标：100-三合一传感器夹具；1-振动传感器；2-声发射传感器；3-切削力传感器；4-刀塔；10-夹具本体；102-第一固定件；103-固定段；104-安装段；1045-安装面；105-第二固定件；1055-卡设槽；15-固定刀台；16-台本体；162-第一固定壁；165-第二固定壁；167-调节条形孔；17-活动压板；172-第一安装部；174-第二安装部；18-锁紧件；20-切削刀具；200-多模态刀具磨损状态监测系统；22-功率放大器；24-数据采集卡；26-监测模块；27-机床运动板卡。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三合一传感器夹具，其特征在于，包括夹具本体、固定刀台、振动传感器、声发射传感器以及切削力传感器，所述夹具本体包括安装面，所述切削力传感器固定设置于所述安装面，所述固定刀台固定设置于所述切削力传感器背离所述安装面的一侧，所述固定刀台具有安装切削刀具的安装空间，所述振动传感器和所述声发射传感器用于固定在切削刀具上。

【技术特征摘要】
1.一种三合一传感器夹具，其特征在于，包括夹具本体、固定刀台、振动传感器、声发射传感器以及切削力传感器，所述夹具本体包括安装面，所述切削力传感器固定设置于所述安装面，所述固定刀台固定设置于所述切削力传感器背离所述安装面的一侧，所述固定刀台具有安装切削刀具的安装空间，所述振动传感器和所述声发射传感器用于固定在切削刀具上。2.根据权利要求1所述的三合一传感器夹具，其特征在于，所述夹具本体包括固定连接的第一固定件和第二固定件，所述安装面位于所述第一固定件，所述第二固定件位于所述第一固定件的固定端，且所述第二固定件用于和机床的刀塔固定连接。3.根据权利要求2所述的三合一传感器夹具，其特征在于，所述第一固定件为Z字型结构，且依次包括固定段、导向段以及安装段，所述安装面位于所述安装段靠近所述导向段的一侧；所述第二固定件为U字型结构，且包括卡设槽，所述固定段插设于所述卡设槽且与所述第二固定件固定连接。4.根据权利要求1所述的三合一传感器夹具，其特征在于，所述固定刀台包括台本体、活动压板以及锁紧件；所述台本体固定设置于所述切削力传感器，且开设有刀具安装孔，所述台本体具有相邻的第一固定壁和第二固定壁，所述第一固定壁和所述第二固定壁均开设有调节条形孔；所述活动压板嵌设于所述刀具安装孔，且用于和切削刀具的刀柄配合，所述锁紧件穿过所述调节条形孔且抵接于所述活动压板。5.根据权利要求4所述的三合一传感器夹具，其特征在于，所述活动压板的横截面为L型结构，所述活动压板包括第一抵接部和第二抵接部，所述第一抵接部和所述第二抵接部形成用于和切削刀具的刀柄相匹配的夹角；所述锁紧件为两组，且包括第一锁紧组和第二锁紧组，所述第一锁...

【专利技术属性】
技术研发人员：于淼，赵武，龙重旺，万浩，陈领，郭鑫，张凯，于泽源，杜琳，蒋薇，吴年汉，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51