一种精密加工中的低功耗精度在线监测系统的制作方法
【专利说明】一种精密加工中的低功耗精度在线监测系统 【技术领域】
[0001] 本发明涉及精密加工的技术领域，特别是精密加工精度监测系统的技术领域。【【背景技术】】
[0002] 精密加工对精度的要求极高，现代化高精度加工一般要采取在线监测，通过各种 传感器对加工的尺寸参数进行实施监测，并将数据通过主控器进行整合，从而与理论尺寸 进行对比，加工过程中即能及时纠正加工问题。然而过多的传感器一方面带来的是设备空 间的压力，在加工复杂零件过程中，狭小的空间往往会对传感器造成空间干涉，同时，过多 的传感器造成了控制器多路电能输出的压力，需要更高级的多路稳压电源进行供电才能满 足需求，这无疑是精密加工精度进一步提高的制约因素。 【
【发明内容】
】
[0003] 本发明的目的就是解决现有精密加工过程中需要多种传感器进行组合使用从而 造成空间干涉、供电成本高的问题，提出一种精密加工中的低功耗精度在线监测系统，能够 简化精密加工过程中的检测设备，降低供电需求，增强检测系统的适用性。
[0004] 为实现上述目的，本发明提出了一种精密加工中的低功耗精度在线监测系统，包 括刀柄，在所述刀柄上相互垂直的三个方向上分别设置有X轴超磁致伸缩棒、Y轴超磁致伸 缩棒和Z轴超磁致伸缩棒，所述X轴超磁致伸缩棒上套着一个X轴拾磁线圈，所述Y轴超磁 致伸缩棒上套着一个Y轴拾磁线圈，所述Z轴超磁致伸缩棒上套着一个Z轴拾磁线圈，所述 X轴拾磁线圈、Y轴拾磁线圈和Z轴拾磁线圈分别连接到一个具有至少三路输入口的电流 放大器上，所述X轴超磁致伸缩棒、Y轴超磁致伸缩棒和Z轴超磁致伸缩棒上还分别设置有 X轴应变片、Y轴应变片和Z轴应变片，所述X轴应变片、Y轴应变片和Z轴应变片的粘贴方 向分别与所述X轴超磁致伸缩棒、Y轴超磁致伸缩棒和Z轴超磁致伸缩棒平行，所述X轴应 变片、Y轴应变片和Z轴应变片分别通过导线连接着一个具有至少三路输入口的应变仪，所 述应变仪和所述电流放大器分别通过导线连接到一个数据采集卡上，所述数据采集卡上还 通过导线连接着一个中央控制器，所述中央控制器通过导线连接着一个私服进给机构，所 述刀柄固定在所述私服进给机构上。
[0005] 作为优选，所述X轴超磁致伸缩棒、Y轴超磁致伸缩棒和Z轴超磁致伸缩棒均设置 在所述刀柄的内部。
[0006] 作为优选，所述私服进给机构为伺服电机驱动的滚珠丝杠进给机构。
[0007] 作为优选，所述电流放大器的分辨率大于ΙΟηΑ。
[0008] 本发明的有益效果：本发明通过超磁致伸缩棒的逆磁致伸缩效应对特定方向上 的振动信号和应变信号进行检测，可以将物理信号的变化转化为磁场变化，并通过设置在 超磁致伸缩棒上的拾磁线圈检测电磁感应生成的电流，从而对刀柄的振动信号进行在线监 测；通过设置在超磁致伸缩棒上的应变片，对超磁致伸缩棒的应变进行检测，由于超磁致伸 缩棒的应变来自于刀柄在加工过程中的振动和受力变形，所以应变片的信号具有与拾磁线 圈信号证明同种物理信号的功能，二者相互对比，能够大大提高监测精度，从而使私服环节 给予刀柄以准确的反馈信号，控制加工精度，实现超精密加工，因为超磁致伸缩棒体积小， 并设置于刀柄内部，不会占用加工空间，且超磁致伸缩棒本身无需外部电源提供电能，降低 能耗。
[0009] 本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。 【【附图说明】】
[0010] 图1是本发明的整体结构框图。 【【具体实施方式】】
[0011] 参阅图1，本发明精密加工中的低功耗精度在线监测系统，包括刀柄，在所述刀柄 上相互垂直的三个方向上分别设置有X轴超磁致伸缩棒、Y轴超磁致伸缩棒和Z轴超磁致伸 缩棒，所述X轴超磁致伸缩棒上套着一个X轴拾磁线圈，所述Y轴超磁致伸缩棒上套着一个 Y轴拾磁线圈，所述Z轴超磁致伸缩棒上套着一个Z轴拾磁线圈，所述X轴拾磁线圈、Y轴拾 磁线圈和Z轴拾磁线圈分别连接到一个具有至少三路输入口的电流放大器上，所述X轴超 磁致伸缩棒、Y轴超磁致伸缩棒和Z轴超磁致伸缩棒上还分别设置有X轴应变片、Y轴应变 片和Z轴应变片，所述X轴应变片、Y轴应变片和Z轴应变片的粘贴方向分别与所述X轴超 磁致伸缩棒、Y轴超磁致伸缩棒和Z轴超磁致伸缩棒平行，所述X轴应变片、Y轴应变片和Z 轴应变片分别通过导线连接着一个具有至少三路输入口的应变仪，所述应变仪和所述电流 放大器分别通过导线连接到一个数据采集卡上，所述数据采集卡上还通过导线连接着一个 中央控制器，所述中央控制器通过导线连接着一个私服进给机构，所述刀柄固定在所述私 服进给机构上。
[0012] 所述X轴超磁致伸缩棒、Y轴超磁致伸缩棒和Z轴超磁致伸缩棒均设置在所述刀 柄的内部，这样能够更加精确的对刀柄的振动和变形进行监测，而且节省加工空间，使刀柄 在结构复杂的零件加工中不会造成传感器的空间干涉。
[0013] 所述私服进给机构为伺服电机驱动的滚珠丝杠进给机构。
[0014] 所述电流放大器的分辨率大于ΙΟηΑ，由于刀柄空间较小，为了不至于降低刀柄的 刚度，所以分别套装在X轴超磁致伸缩棒、Y轴超磁致伸缩棒和z轴超磁致伸缩棒上的X轴 拾磁线圈、Y轴拾磁线圈和Z轴拾磁线圈的匝数不能太多，根据公式：
[0015]
[0016] 可知，当磁场变化率Δφ/Δ?以及线圈电阻一定时，线圈匝数N越少，则感应电流I 越小，所以拾磁线圈连接的电流放大器要有10M以上的高分辨率。
[0017] 本发明工作过程：
[0018] 本发明精密加工中的低功耗精度在线监测系统在工作过程中，刀柄在加工过程中 所受到的振动冲剂以及切削力引起的刀柄变形等物理信号在三个坐标方向上均有投影分 量，被X轴超磁致伸缩棒、Y轴超磁致伸缩棒和Z轴超磁致伸缩棒通过逆磁致伸缩效应转化 成磁场信号和电信号，通过电流放大器和应变仪处理后输送给数据采集卡进行整合，数据 采集卡将监测信号进一步输送到中央控制器，根据设定的算法对监测信号进行解耦处理， 从而还原刀柄处的加工参数变化，然后通过私服进给机构驱动刀柄进行反馈调节，对加工 精度进行保证。
[0019] 本发明，通过超磁致伸缩棒的逆磁致伸缩效应对特定方向上的振动信号和应变信 号进行检测，可以将物理信号的变化转化为磁场变化，并通过设置在超磁致伸缩棒上的拾 磁线圈检测电磁感应生成的电流，从而对刀柄的振动信号进行在线监测；通过设置在超磁 致伸缩棒上的应变片，对超磁致伸缩棒的应变进行检测，由于超磁致伸缩棒的应变来自于 刀柄在加工过程中的振动和受力变形，所以应变片的信号具有与拾磁线圈信号证明同种物 理信号的功能，二者相互对比，能够大大提高监测精度，从而使私服环节给予刀柄以准确的 反馈信号，控制加工精度，实现超精密加工，因为超磁致伸缩棒体积小，并设置于刀柄内部， 不会占用加工空间，且超磁致伸缩棒本身无需外部电源提供电能，降低能耗。
[0020] 上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后 的方案均属于本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种精密加工中的低功耗精度在线监测系统，其特征在于：包括刀柄，在所述刀柄 上相互垂直的三个方向上分别设置有X轴超磁致伸缩棒、Y轴超磁致伸缩棒和Z轴超磁致伸 缩棒，所述X轴超磁致伸缩棒上套着一个X轴拾磁线圈，所述Y轴超磁致伸缩棒上套着一个 Y轴拾磁线圈，所述Z轴超磁致伸缩棒上套着一个Z轴拾磁线圈，所述X轴拾磁线圈、Y轴拾 磁线圈和Z轴拾磁线圈分别连接到一个具有至少三路输入口的电流放大器上，所述X轴超 磁致伸缩棒、Y轴超磁致伸缩棒和Z轴超磁致伸缩棒上还分别设置有X轴应变片、Y轴应变 片和Z轴应变片，所述X轴应变片、Y轴应变片和Z轴应变片的粘贴方向分别与所述X轴超 磁致伸缩棒、Y轴超磁致伸缩棒和Z轴超磁致伸缩棒平行，所述X轴应变片、Y轴应变片和Z 轴应变片分别通过导线连接着一个具有至少三路输入口的应变仪，所述应变仪和所述电流 放大器分别通过导线连接到一个数据采集卡上，所述数据采集卡上还通过导线连接着一个 中央控制器，所述中央控制器通过导线连接着一个私服进给机构，所述刀柄固定在所述私 服进给机构上。2. 如权利要求1所述的精密加工中的低功耗精度在线监测系统，其特征在于：所述X 轴超磁致伸缩棒、Y轴超磁致伸缩棒和Z轴超磁致伸缩棒均设置在所述刀柄的内部。3. 如权利要求1所述的精密加工中的低功耗精度在线监测系统，其特征在于：所述私 服进给机构为伺服电机驱动的滚珠丝杠进给机构。4. 如权利要求1所述的精密加工中的低功耗精度在线监测系统，其特征在于：所述电 流放大器的分辨率大于ΙΟηΑ。
【专利摘要】本发明公开了一种精密加工中的低功耗精度在线监测系统，包括刀柄，在所述刀柄上相互垂直的三个方向上分别设置有X轴超磁致伸缩棒、Y轴超磁致伸缩棒和Z轴超磁致伸缩棒，每个超磁致伸缩棒上均套有一个拾磁线圈并设置有一个应变片，拾磁线圈和应变片分别连接有数据采集卡，数据采集卡依次连接有中央处理器和伺服进给机构，刀柄固定在私服进给机构上。本发明能够简化精密加工过程中的检测设备，降低供电需求，增强检测系统的适用性。
【IPC分类】B23Q17/09
【公开号】CN105397567
【申请号】CN201510980273
【发明人】王晶怡
【申请人】王晶怡
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年12月23日