[发明专利]一种具有数字孪生系统的数控机床电主轴刀柄夹具

说明书

本发明公开了一种具有数字孪生系统的数控机床电主轴刀柄夹具，包括夹具本体、活动型压电陶瓷块、固定型压电陶瓷块、检测电路、旋转编码器、数据处理模块和数字孪生系统；所述夹具本体内设有锥形的内孔，所述夹具本体的前端面的凹孔中设置活动型压电陶瓷块，所述活动型压电陶瓷块设于夹具本体内部的一端通过弹簧与夹具本体活动连接，所述活动型压电陶瓷块的伸出端设置有导电碰触端子；其特征在于，所述夹具本体的锥形内孔中垂直设置有盲孔，盲孔中设置固定型压电陶瓷块，固定型压电陶瓷块设于夹具本体内部的一端与夹具本体固定连接，本发明的有益效果：改变了夹屑检测距离变化的位置，提高了检测精度；可以实时显示夹屑的具体位置。

技术领域

本发明属于机床部件技术领域，具体涉及一种具有数字孪生系统的数控机床电主轴刀柄夹具。

背景技术

数控机床是装备制造业的工作母机，其技术水平的高低代表了一个国家制造业的发展水平。加工中心是数控机床的第一要员。加工中心由于工序的集中和自动换刀，减少了工件的装夹、测量和机床调整等时间，使机床的切削时间达到机床开动时间的80％左右(普通机床仅为15～20％)；同时也减少了工序之间的工件周转、搬运和存放时间，缩短了生产周期，具有明显的经济效果。加工中心适用于零件形状比较复杂、精度要求较高、产品更换频繁的中小批量生产。对加工航空、航天、船舶、汽车和模具等产品的制造业，都需要高档加工中心作为其重要的生产工具。高效、精密、可靠、智能是加工中心的主要发展趋势，然而，加工中心由于主轴夹屑造成的刀具不对中现象一直是世界各国机床制造业面临的难题之一。随着对高精度零件要求的不断提高，加工精度己经由毫米级、微米级向亚微米级甚至纳米级发展，在高精度加工过程中，主轴夹屑造成的刀具不对中会严重影响工件的加工质量。主轴夹屑的位置主要是两处：一是在刀柄上表面和锥塞下表面之间的缝隙中，二是在锥塞和刀柄接触的锥面上。在实际应用中发现：以上两处夹屑位置产生夹屑故障都发生在加工中心换刀过程中。因此，可以在刀柄预装进刀柄夹具过程中，检测和预警主轴夹屑故障，避免主轴夹屑对零件加工质量产生影响。

申请号为CN201911289503.4、公告号为CN110695765B、名称为一种数控机床用压电驱动式电主轴夹屑检测装置的发明专利，公开了一种刀柄夹具夹屑的检测装置，可以在换刀过程中对夹具与刀柄之间是否夹屑进行检测，避免夹屑对零件加工质量的影响。

但是在使用过程中发现，该检测方法的检测精度不高，很多极小的铁屑并不能很好的进行检测预警。分析原因发现，是因为有些铁屑本身就很小，而上述专利申请的技术方案是对铁屑存在时产生的距离误差进行检测。如图1所示，而分析其技术方案可以看出，夹屑的位置是在刀具21和夹具22之间的位置，而其压电陶瓷块25检测的是刀具21的端面的距离变化。即，检测的距离变化并非是夹屑直接造成的距离变化，而是由夹屑造成的刀具21的角度的变化而引起的端面的距离变化。这样就引起两方面的问题，一个是，铁屑本身体积很小，其引起的刀具21的角度变化微乎其微，检测装置很难检测出；另一个是，假如在圆周对称方向上均有铁屑的情况下，刀柄本身可能并不产生角度变化，所以检测装置并不能检测出来。

另外，在检测到夹屑之后，下一步就是清理掉铁屑。但是，目前的检测装置无法显示夹屑的具体位置，这就使得清理的过程中比较盲目而没有具体的位置目标，清理工作效率低。

发明内容

针对现有技术中检测装置检测精度低、不能显示夹屑位置的问题，提供了一种具有数字孪生系统的数控机床电主轴刀柄夹具。

一种具有数字孪生系统的数控机床电主轴刀柄夹具，包括夹具本体、活动型压电陶瓷块、固定型压电陶瓷块、检测电路、旋转编码器、数据处理模块和数字孪生系统；

所述夹具本体内设有锥形的内孔，所述夹具本体的前端面的盲孔中设置活动型压电陶瓷块，所述活动型压电陶瓷块设于夹具本体内部的一端通过弹簧与夹具本体活动连接，所述活动型压电陶瓷块的伸出端设置有导电碰触端子；