一种加工机床上的主轴状态监测器、系统及加工机床

本发明涉及机加工设备领域，尤其涉及一种加工机床上的主轴状态监测器、系统及加工机床。

背景技术：

1、近年来，科技的飞速发展使智能感知在制造行业迅速崛起并呈现出势不可挡的发展态势。机床是制造业最重要的加工设备，主轴作为机床最关键的加工部件，其性能直接决定着产品质量、工业产能和经济效益，因此，打造智能主轴也将成为智能制造行业未来发展的趋势。智能主轴不仅能够对工件进行加工，还能够实现主轴状态的在线监测功能，保证机器正常运转，为工业生产的效率、成本及安全性提供有效的保障。

2、目前在检测智能主轴的振动时，通常将监测器设置在刀具的刀尖或者加工机床的主轴上，将监测器设置在刀尖上时，监测器的信号易受到噪声污染而导致衰减，影响监测器对主轴工作状态的监测效果；而将监测器安装在主轴上，主轴在工作状态下容易产生较高的温度和较大的离心力，容易损害监测器，同样影响监测器对主轴工作状态的监测效果。

技术实现思路

1、基于上述现状，为了解决将监测器安装在加工机床的刀尖和主轴上均会影响监测器的监测效果的问题，本发明的主要目的在于提供一种加工机床上的主轴状态监测器、系统及加工机床，提升监测器对主轴工作状态的监测效果。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种加工机床上的主轴状态监测器，其用于监测安装在加工机床上的主轴的工作状态，所述主轴通过刀柄连接的刀具进行加工操作，所述主轴状态监测器包括：外壳、无线监测组件及多个锁紧件，所述外壳内部设置有相对封闭的容纳空间，所述无线监测组件容纳在所述容纳空间中，所述外壳中心开设有套接孔，所述外壳通过所述套接孔套在所述刀柄上；

4、所述外壳周向方向上开设有贯穿所述外壳的多个安装孔；所述锁紧件穿过所述安装孔后抵在所述刀柄上，所述外壳通过所述锁紧件固定在所述刀柄上；

5、所述无线监测组件包括主控模块、数据采集模块、电源模块和无线模块，所述主控模块与所述数据采集模块、所述电源模块和所述无线模块电连接，所述数据采集模块采集所述主轴工作状态下的状态参数，并通过所述无线模块传输所述状态参数；

6、所述电源模块包括自供电单元及锂电池，所述自供电单元及锂电池均与所述主控模块电性连接，所述自供电单元包括能量采集单元、能量存储单元和储能电池，所述能量采集单元、所述能量存储单元、所述储能电池以及所述主控模块依次电连接，所述能量采集单元包括采集所述刀柄工作过程中产生的机械能并将其转换为电能的压电膜，所述能量存储单元将所述电能存储至所述储能电池，所述储能电池或所述锂电池为所述主控模块供电。

7、优选地，所述无线监测组件进一步包括用于检测所述储能电池电量的检测模块，所述检测模块与所述主控模块和所述电源模块电连接；

8、所述储能电池电压大于设定阈值时，所述储能电池为所述主控模块供电；所述储能电池小于所述设定阈值时，所述锂电池为所述主控模块供电；

9、所述锂电池和所述储能电池通过电压转换单元为所述主控模块供电。

10、优选地，所述主控模块、数据采集模块、电源模块、无线模块分布在至少两块电路板上；

11、所述主轴状态监测器进一步包括至少两个配重块；

12、所述容纳空间的内壁沿周向方向设置有多个卡槽，各所述电路板分别固定在不同的所述卡槽中，并与所述配重块以所述外壳的轴线为中心对称分布。

13、优选地，所述外壳包括同轴设置的内壳体与外壳体，所述内壳体形成所述套接孔，紧贴所述刀柄，所述内壳体靠近所述外壳体的侧壁上固定连接有l 形卡条，所述卡条与所述侧壁之间形成开口朝上的所述卡槽。

14、优选地，所述自供电单元包括条形的支座、悬臂梁、压电电极及质量块，所述支座固定于所述外壳；所述悬臂梁的一端与所述支座固定连接，另外一端固定有所述质量块；所述压电膜设置在所述悬臂梁表面，且沿着所述悬臂梁的延伸方向延伸；所述压电电极设置在压电膜表面以采集电能；

15、所述数据采集模块包括监测所述主轴振动的三轴加速度传感器，所述三轴加速度传感器的一个坐标轴与所述主轴轴向方向平行；

16、所述悬臂梁的延伸方向、所述压电膜的厚度方向与所述三轴加速度传感器的其中两个坐标轴重合。

17、优选地，所述锁紧件的为顶丝，所述安装孔内壁上设置有螺纹，所述顶丝与螺纹拧接固定。

18、优选地，所述外壳包括同轴设置的内壳体、外壳体和底壳，所述内壳体形成所述套接孔，所述外壳体远离所述主轴的一端通过所述底壳与所述内壳体连接，以形成所述容纳空间；

19、所述外壳进一步包括盖体，且封闭所述容纳空间远离所述底壳的一侧。

20、本发明还提供一种加工机床上的主轴状态监测系统，包括上位机和上述的加工机床上的主轴状态监测器，所述上位机和所述无线模块通信，并用于显示和/或分析所述主轴状态参数。

21、本发明还提供一种加工机床，包括主轴、刀柄、上述加工机床上的主轴状态监测器，所述主轴与所述刀柄连接，所述主轴状态监测器套设在所述刀柄上。

22、本发明的有益效果为：本发明将无线监测组件设置在外壳内，将外壳通过套接孔套在刀柄上，并且在外壳上开设安装孔，使用锁紧件穿过安装孔抵在刀柄上，能够不改变刀柄的结构，就将主轴状态监测器与刀柄进行固定，提高了主轴状态监测器的产品适用性。主轴状态监测器设置在刀柄上，能够更准确的反映主轴的运行状态，既能够避免无线监测组件因固定在刀具上导致的监测信号衰减，也能够避免无线监测组件固定在主轴上导致高温损坏。无线监测组件安装在外壳内部相对封闭的容纳空间，能够对无线监测组件进行保护，避免灰尘等杂质进入容纳空间内影响无线监测组件工作。无线监测组件包括主控模块，数据采集模块、电源模块和无线模块，数据采集模块采集主轴的工作状态参数，并通过无线模块传输状态参数，一方面能够避免有线的监测器插线影响主轴工作，提升主轴工作的稳定性。另一方面能够避免走线破坏容纳空间的封闭环境，保护无线监测组件。本申请中采用自供电单元和锂电池为主控模块进行供电，在加工主轴工作时，自供电单元能够在相当封闭的容纳空间中对主控模块进行持续的供电，并且锂电池还能够在储存电池电量不足时，对主控模块进行补充供电，保持无线监测组件的供电稳定性，使无线监测组件能够准确的监测加工机床主轴的工作状态。

23、本发明的其他有益效果，将在具体实施方式中通过具体技术特征和技术方案的介绍来阐述，本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍，应能理解所述技术特征和技术方案带来的有益技术效果。

技术特征：

1.一种加工机床上的主轴状态监测器，其用于监测安装在加工机床上的主轴的工作状态，所述主轴通过刀柄连接的刀具进行加工操作，其特征在于，所述主轴状态监测器包括：外壳、无线监测组件及多个锁紧件，所述外壳内部设置有相对封闭的容纳空间，所述无线监测组件容纳在所述容纳空间中，所述外壳中心开设有套接孔，所述外壳通过所述套接孔套在所述刀柄上；

2.如权利要求1所述的加工机床上的主轴状态监测器，其特征在于，所述无线监测组件进一步包括用于检测所述储能电池电量的检测模块，所述检测模块与所述主控模块和所述电源模块电连接；

3.如权利要求1所述的加工机床上的主轴状态监测器，其特征在于，所述主控模块、数据采集模块、电源模块、无线模块分布在至少两块电路板上；

4.如权利要求3所述的加工机床上的主轴状态监测器，其特征在于，所述外壳包括同轴设置的内壳体与外壳体，所述内壳体形成所述套接孔，紧贴所述刀柄，所述内壳体靠近所述外壳体的侧壁上固定连接有l形卡条，所述卡条与所述侧壁之间形成开口朝上的所述卡槽。

5.如权利要求1所述的加工机床上的主轴状态监测器，其特征在于，所述自供电单元包括条形的支座、悬臂梁、压电电极及质量块，所述支座固定于所述外壳；所述悬臂梁的一端与所述支座固定连接，另外一端固定有所述质量块；所述压电膜设置在所述悬臂梁表面，且沿着所述悬臂梁的延伸方向延伸；所述压电电极设置在压电膜表面以采集电能；

6.如权利要求1所述的加工机床上的主轴状态监测器，其特征在于，所述锁紧件的为顶丝，所述安装孔内壁上设置有螺纹，所述顶丝与螺纹拧接固定。

7.如权利要求1-3、5、6任一项所述的加工机床上的主轴状态监测器，其特征在于，所述外壳包括同轴设置的内壳体、外壳体和底壳，所述内壳体形成所述套接孔，所述外壳体远离所述主轴的一端通过所述底壳与所述内壳体连接，以形成所述容纳空间；

8.一种加工机床上的主轴状态监测系统，其特征在于，包括上位机和如权利要求1-7任一项所述的加工机床上的主轴状态监测器，所述上位机和所述无线模块通信，并用于显示和/或分析所述主轴状态参数。

9.一种加工机床，其特征在于，包括主轴、刀柄、如权利要求1-8任一项所述的加工机床上的主轴状态监测器，所述主轴与所述刀柄连接，所述主轴状态监测器套设在所述刀柄上。

技术总结
本发明涉及一种加工机床上的主轴状态监测器、系统及加工机床，包括外壳、无线监测组件及锁紧件，外壳内部设置有容纳空间，无线监测组件容纳在容纳空间中，外壳周向方向上开设有安装孔；锁紧件穿过安装孔后抵在刀柄上；无线监测组件包括主控模块、数据采集模块、电源模块和无线模块数据采集模块采集主轴的状态参数，通过无线模块传输；电源模块包括自供电单元及锂电池，自供电单元包括能量采集单元、能量存储单元和储能电池，能量采集单元包括将机械能转换为电能的压电膜，能量存储单元将电能存储至储能电池，储能电池或锂电池为主控模块供电，本申请能够将无线监测组件安装在刀柄上，能够更准确的反映主轴的运行状态。

技术研发人员：王红军
受保护的技术使用者：北京信息科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11