[发明专利]具有实时感知监测系统的智能金刚石刀具及其配对刀体

说明书

技术领域

本发明涉及一种智能金刚石刀具及刀体，属于超精密切削加工及其切削状态实时监测领域。

背景技术

金刚石切削作为超精密切削加工的最主要手段，金刚石刀具在超精密加工过程中起着至关重要的作用。金刚石刀具在切削加工过程中所处的状态，如刀具磨损和破损，切削力，切削温度等直接影响金刚石切削加工精度，表面质量，刀具的寿命和加工效率。目前，由于缺乏加工情况下刀具状态情况的实时感知，无法在切削加工过程中考虑刀具的磨损、切削力及切削热等因素对加工的影响，实时动态调整加工工艺参数，因此直接影响了加工精度、加工效率以及加工过程的可靠性与零件质量的一致性。虽然可以通过实时监测刀具切削状态提高加工过程的可靠性和加工效率，降低加工成本和进行自适应加工。但是现有的实时监测手段由于检测设备复杂，成本高，体积大，使用不便，并受限于自身的动态特性和分辨率的参数大小，制约了金刚石超精密加工中微小切削力，振动以及温度的变化的实时监测和自适应加工发展。并且基于现有的检测手段只能反应整体刀具的切削加工状况，而很难检测刀具参与切削区域，刀尖和切削附近区域的情况。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有实时感知监测系统的智能金刚石刀具及其配对刀体，本发明将感知监测的微机电传感系统与刀具基体组装成为一体，可满足超精密加工过程实时感知监测和自适应加工的需要，克服了现有用于金刚石刀具加工状态监测手段复杂，成本高，设备体积大，安装空间受限，实用性不足以及无法满足超精密加工监测对测量精度和灵敏度的要求等问题。

本发明的智能金刚石刀具在切削加工过程的同时，通过微机电传感系统进行刀具切削温度、切削力、刀具振动的测量，实现所述智能金刚石刀具切削状态自主实时监测。通过安装在微机电传感系统的感知测量长臂悬伸梁上的温度感知器进行刀尖锐角区域切削温度测量，同时通过感知测量长臂悬伸梁对刀尖锐角区域在切削力作用下位移的感知测量进行主切削力的测量，并且将加速度传感器集成在微机电传感系统的芯片上进行刀具切削振动的监测，并通过微机电传感系统上的无线传输模块进行切削状态信息的无线传递，本发明可实现工业化生产的实时感知监测和满足超精密自适应加工需求。

实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

具有实时感知监测系统的智能金刚石刀具，所述智能金刚石刀具包括金刚石刀片及刀具基体，金刚石刀片固结在刀具基体的上表面的前端用于切削工件，金刚石刀片的前端置于刀具基体的外部，所述智能金刚石刀具还包括微机电传感系统、后密封压垫及上密封盖；所述微机电传感系统包括温度感知器、芯片、感知测量长臂悬伸梁、加速度传感器、信息处理与无线传输模块以及两个应变感知器，

刀具基体的前端设有刀尖锐角区域，刀具基体的后端设有矩形突出部分，刀具基体上的两侧面各设有一个钝角突起，且钝角突起位于刀尖锐角区域与矩形突出部分之间，两个钝角突起相对于刀具基体的纵向中分面对称设置，刀具基体上沿厚度方向加工有两个第一螺钉锁紧孔，两个第一螺钉锁紧孔位于两个钝角突起处，两个第一螺钉锁紧孔相对于刀具基体的纵向中分面对称设置，刀具基体的上表面向矩形突出部分方向设有一个空腔，空腔的后端与刀具基体的后端面相通，空腔的前端延伸至刀尖锐角区域内部，空腔相对于刀具基体的纵向中分面对称设置，空腔的底面的后端设有沉槽，后密封压垫设置在沉槽内，后密封压垫与刀具基体固接，后密封压垫和刀具基体上设有同轴的第二螺钉锁紧孔，第二螺钉锁紧孔及两个第一螺钉锁紧孔共同用于所述智能金刚石刀具的紧固安装，空腔的底面上设有多个用于固定微机电传感系统的锁紧螺钉孔，微机电传感系统设置在空腔内，微机电传感系统上设有感知测量长臂悬伸梁，感知测量长臂悬伸梁的前端延伸至刀尖锐角区域内部，感知测量长臂悬伸梁的前端上表面设有温度感知器，温度感知器与刀尖锐角区域内部的空腔30的前端上表面接触用于感知检测刀尖切削温度；感知测量长臂悬伸梁根部的上表面及下表面各对称设有一个应变感知器，用于感知检测切削加工的主切削力；加速度传感器设置在芯片上，用于切削振动的检测；信息处理与无线传输模块与芯片集成为一体，信息处理与无线传输模块用于感知检测的信号处理与无线传输，空腔通过上密封盖密封。

与具有实时感知监测系统的智能金刚石刀具配对刀体，所述刀体包括智能金刚石刀具及刀柄，所述刀柄上表面的前端加工有一个与所述智能金刚石刀具相配对的安装槽，智能金刚石刀具置于刀柄的安装槽内，智能金刚石刀具中的刀具基体的下表面及两个刀具定位侧面用于与所述安装槽相对应定位面配对定位，两个第一紧定螺钉通过两个第一螺钉锁紧孔紧固在所述刀柄上，第二紧定螺钉通过第二螺钉锁紧孔紧固在所述刀柄上。