一种用于刀具拆装及其磨损检测的集成装置及方法

本发明涉及刀具检测设备领域，尤其涉及一种用于刀具拆装及其磨损检测的集成装置及方法。

背景技术：

0、技术背景

1、陶瓷基复合材料(cmcs)因其具有比强度高、低密度、耐高温等优异的物理力学性能，在航空航天、交通运输、能源技术等领域具有广阔的应用前景。还被各国视为下一代航空发动机战略性热结构材料，更是未来发动机的核心技术之一。虽然陶瓷基复合材料部件可以实现近净成形，但仍需要进行二次加工来保证其面型精度。因为其硬度高、脆性大、各向异性、非均质等特点，在加工过程中刀具磨损速度快，使切削力增长迅速，而切削力的增大会加剧加工过程中的振动，进而严重影响加工质量。因此需要对刀具磨损情况进行检测以保证工件加工质量、避免材料浪费。

2、目前，国内外现有刀具检测夹具大多采用手动进行微调，刀具调整的位置精度差，导致测量误差较大，调整的自由度少，并且需要将调整好的夹具和刀具一起放在显微镜下进行检测，操作过程复杂、通用性差。此外，还不能保证拆装前后刀具夹持位置不变，后续加工需重新对刀，降低生产效率，并且由于主轴和刀具径向跳动误差的存在，会影响零件的加工精度。如德国zoller公司生产的pombasicmicro紧凑型刀具检验设备，主要用于切削刃磨损、刀具角度等信息测量，通过工作台采用手动的方式对刀具进行调节，且需要配合专用的测量设备进行测量。奥地利alicona公司生产的rotation-grip旋转夹具具有两个旋转自由度，主要用于切削刃钝化测量，且需要配合该公司生产的刀具检测轮廓仪进行使用。国内发明专利cn105127924a中公开了“一种用于刀具磨损检测的夹具”，这种夹具由刀具装夹组件、支架组件、转台组和位移工作台组件构成；夹具采用刀具装夹组件实现刀具定位、装夹；通过手动调节位移工作台实现x、y平面内小范围平移运动，手动调节转台组实现x、y、z三个轴向的转动。贾振元等人提出的“一种刀具切削刃磨损检测夹具”，专利公开号：cn109946152a，涉及一种刀具切削刃磨损检测夹具，该夹具由底座、支架、分度盘、齿轮组件、压紧组件、夹筒组件组成，通过手动的方式调节支架、分度盘和夹筒组件并对应夹具上的刻度线将刀具调到适当位置，随后采用固紧螺钉和旋钮锁紧机构紧固。以上两个发明专利均不能实现刀具六个自由度的调节，无法测量刀具的某些特殊磨损位置，手动调节的位置误差比较大，不能将准确刀具调整到合适的位置进行检测，且效率低。田颖等人提出的“一种非接触式立铣刀侧刃磨损形貌在机检测实验台及方法”，专利公开号：cn113899311a，涉及检测控制与实现模块、三轴运动控制器、线激光扫描测微仪﹑工业显微镜、侧姿调节气缸、电动旋转平台、立铣刀夹具、光学平台及固定座，三轴运动控制器控制x、y、z轴臂的运动调节线激光扫描测微仪相对铣刀的位置，电动旋转平台控制立铣刀绕z轴旋转完成铣刀周转检测，通过线激光扫描技术获取的立铣刀侧刃磨损数据与通过机器视觉技术获取的立铣刀侧刃磨损数据进行融合，从而得到待检测立铣刀完整的磨损状态数据。但该装置结构复杂，且仅限于铣刀测量，通用性差。

3、目前，刀具磨损检测过程中，存在的主要问题有：1、无法保证刀具拆卸与安装前后的夹持位置一致，需要重新对刀浪费时间，降低加工效率，且由于径向跳动误差的原因，会影响工件加工精度；2、目前检测设备的自由度难以满足不同类型、几何参数刀具的测量，通用性差；3、现有刀具磨损检测设备多采用手动调节，定位精度低，无法保证刀具磨损检测的准确度和可重复性。

技术实现思路

1、针对上述提出的技术问题，提出了一种用于刀具拆装及其磨损检测的集成装置。通过电机驱动实现刀具的拆卸与安装及刀具六个自由度的姿态调整，磁吸夹头与弹簧夹具采用磁吸的配合方式对刀具进行精确定位、装夹，提高了刀具磨损检测的精确度和效率，避免了因重新对刀造成的工时浪费，提高了加工效率。

2、本发明采用的技术方案是一种用于刀具拆装及其磨损检测的集成装置，包括检测装置台架、刀具拆装装置、刀具磨损检测装置和图像采集装置,所述刀具拆装装置用于将待检测磨损程度的刀具自预设固定位拆卸并转移至便于被刀具磨损检测装置获取的位置以及将检测后的刀具自刀具磨损检测装置的初始位安装至所述预设固定位，所述刀具磨损检测装置包括获取机构和空间位置调节结构，通过所述获取机构获取待检测磨损程度的刀具并基于空间位置调节结构将刀具转移至便于被图像采集装置捕获的观测点位。

3、进一步地，所述刀具拆装装置包括刀具拆装支架、刀柄放置台、纵向刀具拆装机构和横向刀具拆装机构，刀具拆装支架通过螺栓连接于检测装置台上方，所述刀具拆装支架前方设置所述刀柄放置台，所述刀柄放置台上安装有刀柄，所述刀柄通过弹簧夹头与待检测刀具相连，刀具拆装支架凸台上安装有横向丝杆电机和纵向丝杆电机，横向丝杆电机和纵向丝杆电机作为横向刀具拆装机构和纵向刀具拆装机构的动力源分别连接横向丝杆和纵向丝杆，横向丝杆和纵向丝杆分别配合连接横向丝杆滑座和纵向丝杆滑座，横向丝杆滑座和纵向丝杆滑座与刀具拆装支架上的槽进行配合连接，弹簧夹具插入横向丝杆滑座前端与其配合连接，并通过销钉进行紧定，三爪卡盘连接插入纵向丝杆滑座前端与其配合连接，并通过三爪卡盘紧定螺栓进行固定。

4、进一步地，所述刀具磨损检测装置包括旋转机构、x向调节结构、y向调节结构和z向调节结构，旋转台电机安装在检测装置台架的旋转电机支架上，旋转台电机连接旋转台，旋转台通过滚珠配合连接于检测装置台架内，旋转台电机旋转带动旋转台绕z轴转动，移动支架安装在旋转台上部，移动支架上带有齿条的下端部与旋转台上的槽进行配合连接，移动支架电机连接齿轮与移动支架插入旋转台槽内的下端部齿条进行配合连接，移动支架电机转动带动移动支架相对旋转台实现x方向的移动，伸缩支架与移动支架上的槽配合连接，支撑连接杆连接两个伸缩支架，保证两个伸缩支架实现同步运动，伸缩支架电机安装在移动支架侧部的移动支架台上，伸缩支架电机连接的齿轮与伸缩支架上插入移动支架内的齿条进行配合连接，伸缩支架电机旋转使伸缩支架沿z轴方向移动，伸缩支架上端有伸缩支架螺栓，丝杆支撑座与伸缩支架上端的伸缩支架螺栓通过螺母相连接，滑座丝杆安装于丝杆支撑座中部，支座支撑杆安装于丝杆支撑座两端，刀具夹持滑座与滑座丝杆和支座支撑杆配合连接，丝杆电机安装在丝杆支撑座端部上并连接于滑座丝杆，丝杆电机转动通过滑座丝杆带动丝杆支撑座实现沿y方向的移动。

5、进一步地，所述刀柄放置台采用磁吸的方式对刀柄进行夹持。

6、进一步地，所述获取机构包括弹簧夹具磁吸夹头，其通过旋转轴安装在刀具夹持滑座下部，弹簧夹具磁吸夹头末端连接夹头自转电机，夹头自转电机旋转带动弹簧夹具磁吸夹头绕x轴自转，磁吸夹头通过连接轴与侧端夹头轴转电机连接，夹头轴转电机安装在刀具夹持滑座下端凸台上，夹头轴转电机旋转带动弹簧夹具磁吸夹头绕y轴转动。

7、进一步地，所述图像采集装置包括摄像头，所述摄像头通过转动轴连接于摄像头支架顶端，所述摄像头支架通过螺栓连接在所述检测装置台架上。

8、本发明还公开了一种基于上述装置的刀具磨损检测拆装方法，包括如下步骤：

9、s1、将刀柄从机床上取下来并把弹簧夹头拧松后放在刀柄放置台上，刀具在三爪卡盘正下方，刀具轴线与三爪卡盘轴线具有一定同轴度，先用工具插入三爪卡盘上的三爪卡盘旋紧孔，将三爪卡盘拧松，纵向丝杆电机旋转，通过纵向丝杆带动纵向丝杆滑座移动至配合夹紧刀具的位置a处，再用工具将三爪卡盘旋拧紧，使三爪卡盘夹加紧刀具；

10、随后纵向丝杆电机转动将纵向丝杆滑座向上提升到位置b，使刀具底端不与横向丝杆滑座上的弹簧夹具发生横向位置干涉；

11、横向丝杆电机旋转通过横向丝杆带动横向丝杆滑座移动至刀具正下方，并将弹簧夹具旋钮拧松，横向丝杆滑座上的弹簧夹具轴线与刀具轴线具有一定同轴度，纵向丝杆电机转动带动纵向丝杆滑座向下移动到位置c；

12、使刀具端部插入弹簧夹具，随后将弹簧夹具旋钮拧紧，并将三爪卡盘拧松，纵向丝杆电机转动带动纵向丝杆滑座向上移动到位置b，使三爪卡盘完全脱离刀具，拔掉横向丝杆滑座上的销钉，将弹簧夹具和刀具一并取下放到刀具检测装置上的磁吸夹头与其吸合；

13、s2、当取下的带有刀具的弹簧夹具与磁吸夹头吸合后，旋转台电机旋转带动旋转台绕z轴转动，移动支架电机转动带动移动支架相对旋转台实现x方向的移动，伸缩支架电机旋转使伸缩支架沿z轴方向移动，丝杆电机转动通过滑座丝杆带动丝杆支撑座实现沿y方向的移动，夹头自转电机旋转带动磁吸夹头绕x轴自转，夹头轴转电机转动通过转轴带动磁吸夹头绕y轴自转，将取下来的弹簧夹具和刀具吸合在磁吸夹头上，通过电机旋转可以实现刀具六个自由度的转动和移动，从而满足刀具在不同摆放角度和位置下对刀具的磨损检测；

14、s3、完成检测后，将弹簧夹具和刀具一并取下后放入横向丝杆滑座上，并用销钉插入横向丝杆滑座上将弹簧夹具固定，横向丝杆电机旋转通过横向丝杆带动横向丝杆滑座移动至刀具正下方，纵向丝杆电机转动将纵向丝杆滑座向下降低到位置c，随后用工具将三爪卡盘拧紧并将弹簧夹具旋钮拧松；

15、纵向丝杆电机转动将纵向丝杆滑座向上提升至位置b，使刀具脱离弹簧夹具，横向丝杆带动横向丝杆滑座移动使横向丝杆滑座与纵向丝杆滑座错位；

16、纵向丝杆电机转动将纵向丝杆滑座向下降低至位置a，使刀具端部插入刀柄中，拧紧弹簧夹头固定刀具，将刀柄从刀柄放置台取下装回机床。

17、本发明的有益效果是：1、保证了刀具拆卸与安装前后的夹持位置一致，无需重新对刀浪费时间，提高加工效率，避免了径向跳动误差对工件加工精度的影响；2、实现了检测设备六自由的调节，满足了不同类型、几何参数刀具的测量，通用性强；3、实现了刀具磨损检测设备的自动调节，定位精度高，保证了刀具磨损检测的准确度和可重复性。