專利名稱：電磁耦合在檢測刀具與工件接觸的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機械加工方面的對刀、分中、尋邊或機內(nèi)測量的方法，更具體的說，是應(yīng)用電磁耦合原理對夾裝于機床上的刀具與工件之間的接觸/分離狀態(tài)進行靈敏檢測。
背景技術(shù)：
在機械加工方面，傳統(tǒng)的對刀、分中、尋邊的方法是用視覺、塞尺、薄紙或試切等方法，其缺點有人為操作帶來較大誤差、效率低、安全性差。最近在數(shù)控或數(shù)顯機床的應(yīng)用中出現(xiàn)了光電或機械式尋邊器，其使用原理是以尋邊器代替刀具，當(dāng)尋邊器與工件接觸時，尋邊器內(nèi)部就產(chǎn)生聲、光或指針等的響應(yīng)指示，定位完成后拆卸尋邊器并裝回刀具，此法靈敏度高，但缺點有要拆裝刀具、對刀具的安裝精度要求高、必須配備高精度的尋邊器、不便與控制系統(tǒng)連機自動化操作。
在數(shù)控機床的應(yīng)用中，經(jīng)常要對刀具測量或調(diào)校，現(xiàn)有專用的對刀儀，可將刀具脫離機床，裝在對刀儀上投影放大來測量或調(diào)校，其缺點有要拆裝刀具、對刀具的安裝精度要求高、必須配備高精度的專用對刀儀、不便與控制系統(tǒng)連機錄入數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明應(yīng)用電磁耦合的原理，在機械加工方面，對夾裝于機床上的刀具與工件之間的接觸/分離狀態(tài)進行靈敏檢測，使對刀、分中、尋邊或測量的操作方便快捷和精密準(zhǔn)確。
機械加工時，在機床上夾裝有金屬材質(zhì)的刀具與工件，構(gòu)成導(dǎo)電線路；其特征在于設(shè)置有電磁線圈，所述電磁線圈和所述導(dǎo)電線路構(gòu)成電磁耦合的變壓器結(jié)構(gòu)，并有連接于電磁線圈的檢測電路，通過檢測所述電磁線圈的電氣特性而獲得所述導(dǎo)電線路的回路狀態(tài)。當(dāng)?shù)毒吲c工件接觸/分離時，所述導(dǎo)電線路連接的負(fù)載相當(dāng)于零電阻/無窮大電阻，經(jīng)電磁耦合映射為所述電磁線圈的阻抗值為較小/大，所述的檢測電路顯示/變送檢測所得結(jié)果。
本發(fā)明可以取代傳統(tǒng)的視覺、塞尺、薄紙或試切等方法，并有傳統(tǒng)的方法無可比擬的靈敏度；可以取代尋邊器和對刀儀，并且刀具和工件可以同時夾裝在機床內(nèi)操作，檢測電路的輸出與控制系統(tǒng)連機方便，還顯著地降低成本。此外，本發(fā)明的應(yīng)用可以不改變現(xiàn)有機床的機械結(jié)構(gòu)，極容易普及。


圖1為理想變壓器帶負(fù)載的原理示意圖；圖2為理想變壓器帶負(fù)載的等效電路的示意圖；圖3為本實施例的原理示意圖；圖4為本實施例的檢測電路的原理示意圖；圖5為本實施例的檢測電路的波形分析示意圖；圖6為本發(fā)明應(yīng)用在車床上的導(dǎo)電線路的示意圖；圖7為本發(fā)明應(yīng)用在鏜床上的導(dǎo)電線路的示意圖；圖8為本發(fā)明應(yīng)用在臥銑床上的導(dǎo)電線路的示意圖；圖9為本發(fā)明應(yīng)用在機床內(nèi)實現(xiàn)刀具測量的導(dǎo)電線路的示意圖；圖中機床1、刀具2、工件3、導(dǎo)電線路4、環(huán)形磁芯5、電磁線圈6、測量試件具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例及附圖對本發(fā)明作進一步的描述。
如圖1、圖2所示，根據(jù)電磁耦合的理想變壓器原理，對于帶負(fù)載的變壓器，其初級繞組的電氣特性可以等效于一個阻抗ZK，該阻抗ZK與次級繞組所帶的負(fù)載ZL相關(guān)，即|ZK|＝K2|ZL|，其中ZK為初級繞組的等效阻抗，ZL為次級繞組所帶的負(fù)載，K為變壓器的初、次級繞組的匝數(shù)比。
實際的變壓器與理想變壓器是有差異存在，但適當(dāng)?shù)睦@組和磁芯參數(shù)，配合適當(dāng)?shù)墓ぷ黝l率及電壓是可以逼近理想變壓器的電氣特性。又由于本發(fā)明只涉及定性關(guān)系的應(yīng)用，為說明方便我們可以暫且忽略這種實際與理想的差異。
如圖3所示，機床1上夾裝有刀具2和工件3，共同構(gòu)成導(dǎo)電線路4，在機床1上安設(shè)有聚集磁場的環(huán)形磁芯5，所述導(dǎo)電線路4貫穿環(huán)形磁芯5的內(nèi)孔，環(huán)形磁芯5的環(huán)圈上繞設(shè)有電磁線圈6，構(gòu)成電磁耦合的變壓器結(jié)構(gòu)。
所述環(huán)形磁芯5的材料是鐵氧體，其導(dǎo)磁的橫截面積為1cm2。
所述電磁線圈6作為變壓器的初級繞組，其匝數(shù)為40匝。
所述導(dǎo)電線路4作為變壓器的次級繞組，其匝數(shù)為單匝。
次級繞組所帶的負(fù)載ZL就是連接于導(dǎo)電線路4兩端的阻抗，即當(dāng)?shù)毒?和工件3分離時，負(fù)載ZL相當(dāng)于無窮大的電阻；當(dāng)?shù)毒?和工件3接觸時，負(fù)載ZL相當(dāng)于零電阻。根據(jù)上述變壓器原理，所述負(fù)載ZL的變化會因電磁耦合而映射到電磁線圈6(初級繞組)的等效阻抗ZK上。實踐證明，本實施例的變壓器結(jié)構(gòu)工作在30kHz頻率/12V電壓時，隨著刀具2和工件3接觸/分離狀態(tài)的變化，電磁線圈6的等效阻抗ZK有顯著的小/大的變化。
圖4為本實施例的檢測電路，檢測電路包括有為阻抗ZK提供交流電的振蕩電路、變送阻抗ZK的電流的檢波電路和捕捉小阻抗瞬態(tài)的單穩(wěn)態(tài)電路。
所述振蕩電路由NE555集成電路IC1、定時可調(diào)電阻R1、上拉電阻R2、定時電容C1、抗干擾電容C2、輸出驅(qū)動晶體管T1、T2和輸出鉗位二極管D1、D2組成。其中定時可調(diào)電阻R1用于調(diào)整工作頻率。
所述檢波電路由升壓電容C3、整流檢波二極管D3、D4、抗干擾電容C4和阻尼可調(diào)電阻R3組成。其中阻尼可調(diào)電阻R3用于調(diào)整輸出電壓U2的幅值。
所述單穩(wěn)態(tài)電路由NE555集成電路IC2、限流電阻R4、放電晶體管T3、定時可調(diào)電阻R5、上拉電阻R6、定時電容C5、抗干擾電容C6和接觸指示發(fā)光二極管D5。其中定時可調(diào)電阻R5用于調(diào)整暫穩(wěn)態(tài)延時的長短(Tdly)。
電磁線圈6等效于阻抗ZK，連接于所述振蕩電路的輸出U1和所述檢波電路的升壓電容C3輸入之間；所述檢波電路的輸出U2接到所述單穩(wěn)態(tài)電路輸入的限流電阻R4上，所述單穩(wěn)態(tài)電路輸出U3是向控制系統(tǒng)提供的信號。
圖5為本實施例的檢測電路中的U1、U2、U3的電壓/電平波形示意圖。
U1為振蕩電路產(chǎn)生的30kHz/12V脈沖電源。
U2U2的幅值與電磁線圈6(阻抗ZK)的電流相關(guān)。
U3在U2＞0.7V時為高電平，當(dāng)U2≤0.7V后延時Tdly時復(fù)位為低電平。
當(dāng)?shù)毒?和工件3分離時，所述負(fù)載ZL相當(dāng)于無窮大電阻，所述檢測電路的輸出U3為低電平，接觸指示發(fā)光二極管D5滅。
當(dāng)?shù)毒?和工件3接觸時，所述負(fù)載ZL相當(dāng)于零電阻，所述檢測電路的輸出U3為高電平，接觸指示發(fā)光二極管D5亮。
當(dāng)?shù)毒?和工件3接觸變?yōu)榉蛛x，若在延時Tdly時間內(nèi)刀具2和工件3重新接觸(即Tjmp＜Tdly)，則U3保持高電平和D5保持亮；若延時Tdly時間后，刀具2和工件3仍沒有重新接觸(即Tjmp≥Tdly)，則U3變低電平和D5變滅；綜上所述，在機械加工時，借助本實施例的檢測電路的輸出U3或發(fā)光二極管D5的信號指示，就可以對夾裝于機床上的刀具2和工件3之間的接觸/分離狀態(tài)進行靈敏檢測，使對刀、分中或?qū)み叺牟僮鞣奖憧旖莺途軠?zhǔn)確。
如圖6、7、8所示，本發(fā)明的導(dǎo)電線路4包括在多種機床上的情況。
如圖9所示，以測量試件7代替工件，本實施例就可以直接在機床內(nèi)精密測量刀具2；同理，以測量試件代替刀具或使用標(biāo)準(zhǔn)刀具，本實施例就可以直接在機床內(nèi)精密測量工件。
上述為本發(fā)明的典型實施例，實際生產(chǎn)使用中也可以參考說明書進行部分調(diào)整和修改以適合其具體情況。
此外，按本發(fā)明的構(gòu)想，還可以有多種實施方式，以下扼要列舉幾點1、所述的變壓器結(jié)構(gòu)可以做成鉗表的形式，所述的環(huán)形磁芯為兩塊半環(huán)形組合而成，可以打開和合拼，這種手持式工具使用起來較為靈活。
2、所述變壓器結(jié)構(gòu)的電磁線圈可以有兩組，其一組連接電源，用于產(chǎn)生交變磁場，另一組用于提供檢測信號；又或者更多組；又或者所述電磁線圈帶中間抽頭。其內(nèi)在原理與上述單線圈的實施例是等效。
3、在不同檢測電路的配合下，所述的變壓器結(jié)構(gòu)可以工作在變頻狀態(tài)或變壓狀態(tài)。其內(nèi)在原理與上述工作在變流狀態(tài)的實施例是等效。
權(quán)利要求
1.電磁耦合在檢測刀具與工件接觸的應(yīng)用，在機床(1)上夾裝有金屬材質(zhì)的刀具(2)和工件(3)，構(gòu)成導(dǎo)電線路(4)，其特征在于設(shè)置有電磁線圈(6)，所述電磁線圈和所述導(dǎo)電線路構(gòu)成電磁耦合的變壓器結(jié)構(gòu)，通過檢測所述電磁線圈的電氣特性而獲得所述導(dǎo)電線路的回路狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁耦合的應(yīng)用，其特征在于所述的變壓器結(jié)構(gòu)還包括有聚集磁場的環(huán)形磁芯(5)，其環(huán)圈上繞設(shè)有所述的電磁線圈(6)，其內(nèi)孔貫穿有所述的導(dǎo)電線路(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁耦合的應(yīng)用，其特征在于當(dāng)?shù)毒?2)和工件(3)接觸/分離時，所述導(dǎo)電線路(4)連接的負(fù)載相當(dāng)于零電阻/無窮大電阻，經(jīng)電磁耦合映射為所述電磁線圈(6)的等效阻抗值為較小/大。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁耦合的應(yīng)用，其特征在于所述的壓器結(jié)構(gòu)工作頻率范圍是1kHz～100kHz。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁耦合的應(yīng)用，其特征在于設(shè)有指示/變送所述導(dǎo)電線路的回路狀態(tài)的檢測電路，并連接于所述電磁線圈(6)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電磁耦合在檢測刀具與工件接觸的應(yīng)用，本發(fā)明應(yīng)用電磁耦合的原理，在機械加工方面，對夾裝于機床1上的刀具2與工件3之間的接觸/分離狀態(tài)進行靈敏檢測，使對刀、分中、尋邊或測量的操作方便快捷和精密準(zhǔn)確。所述的機床、刀具和工件構(gòu)成的導(dǎo)電線路4，其特征在于設(shè)置有電磁線圈6，所述電磁線圈和所述導(dǎo)電線路構(gòu)成電磁耦合的變壓器結(jié)構(gòu)，通過檢測所述電磁線圈的電氣特性而獲得所述導(dǎo)電線路的回路狀態(tài)。
文檔編號B23Q17/22GK1669736SQ20051003369
公開日2005年9月21日 申請日期2005年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月16日
發(fā)明者梁永源 申請人:梁永源