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成本低廉的智能刀柄传感器系统 |
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| http://cn.newmaker.com
7/14/2010 10:39:00 AM
佳工机电网
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在切削加工过程中，为了有效地跟踪刀具磨损、监测刀具径跳和预测次生颤振的发生，从而能在工件损坏之前提前调整切削参数，在刀具的刀尖处直接观测刀具的响应特性是非常有用的。为了以较低的成本实现这一目标，美国新罕布什尔大学的设计与制造实验室开发了一种无线智能刀柄（Smart Tool Holder）传感器系统。
据该实验室参与开发智能刀柄的博士研究生Christopher A. Suprock介绍，这种价格仅为500美元左右的传感器系统不会影响刀具的切削刚性，可用于替代目前市面上普遍使用的旋转式测力计，这种测力计的价格可高达3万美元以上。
该系统可采用多种动态传感器，如基于驻极电介质的加速度计和应变计，以及可作为传感器界面、兼容“蓝牙技术”的数字发射器。电介质传感器成本低廉、体积小巧（直径可小到1mm），被广泛应用于各种麦克风上。它上面有一个振动膜，可随着空气压力的变化而起伏运动。如果用环氧树脂将其封装起来，就可以形成一个加速度计，因为在其质量作用下，振动膜将会前后运动。将其安装在刀具中，就可以监测刀具发出的加速度信号。
加速度计传感器可以安装在内冷却式刀具的冷却孔中（距离刀具/工件界面大约5mm）。传感器可嵌装在一个防水外壳中，这样用户仍然能够正常使用刀具的内冷却通道。对于非内冷却式刀具，可以通过放电加工或钻削加工在刀具上掏一个孔，用于安装传感器。
应变计传感器可以安装在刀柄上的任意位置。靠近刀柄连接界面处的挠曲程度最大，传感器的灵敏度也最高。
Suprock指出，在可转位刀具上使用这种传感器成本较低，因为其刀体可以重复使用。例如，可将传感器放置在用螺钉紧固于立铣刀上的每个刀片后面或下面的疲劳切口中。用于可转位刀具时，不必像用于整体硬质合金刀具时那样，需要在每把刀具上都嵌装一个传感器。
为传感器供电的发射器位于刀柄位置。该系统能以“即插即用”方式在任何装有“蓝牙”接收器的个人电脑上使用。“蓝牙”收发装置使用的频率最高可达每秒1600次，可以避免在切削速度与进给率不断变化（从而导致机床电机的频率不断变化）时与机床的电机发生干涉。
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