一种链式刀库链条静动态张力检测系统

摘要

本发明是一种链式刀库链条静动态张力检测系统，属于数控机床功能部件性能检测领域。本检测系统集传感器技术、数据无线通信技术及计算机技术于一体，不仅可以检测链条静态张力，当刀库运行中还可实时监测链条动态张力，由PC机完成信号存储、处理与分析，并可生成链条张力曲线图形。通过特制拉力传感器，设计传感器安装环与链轮，并采用信号无线传输技术，有效地解决了链条动态张力检测难的技术问题。为专业生产厂提供了链条张力实时检测方案，可为设计人员提供可靠的技术参数，为促进我国链式刀库的发展提供了试验基础。

说明书

技术领域

本发明是一种链式刀库链条静动态张力检测系统，属于 数控机床功能部件性能检测领域。

背景技术

刀库是数控加工中心的重要功能部件，用于实现刀具储 备，可分为链式刀库、伞式刀库、斗笠式刀库及圆盘式刀库，其链式 刀库适合于大、中型加工中心使用，具有容刀量大、结构简单、运行 快速、维护方便等优点。目前，国产链式刀库在刀具重量、换刀时间 及换刀可靠性等方面与国外先进水平仍有较大的差距，导致国内加工 中心的中高档刀库主要依赖进口，大量采用日本、德国、韩国及台湾 地区的产品。

链条的静态张力及动态张力，可综合反映出刀库安装、 制造、调试的质量，从而为设计人员提供可靠的技术参数，用于确定 链条型号、链条张紧程度，校核链轮、链轮轴、刀库本体等相关零件 的强度，链条张力及配套电机功率是否得当，直接关系到产品成本、 运行安全、经济效益等各个方面。因此，对链式刀库中链条静态、动 态张力进行检测是十分必要的，为专业生产厂提供链条张力实时检测 方法，为设计人员提供可靠的技术参数，为促进我国链式刀库的发展 提供试验基础。

目前，针对链式刀库中链条静态、动态张力检测的相关 资料并没有查到，而清华大学对于链条张力的检测进行过研究。清华 大学于1994年申请了专利“链条张力测量仪”（申请号：CN942239393, 公开日：1995年7月12日），该测量仪由传感器、数据采集处理器两部 分组成，传感器外形与链片相似，其上贴有四枚电阻应变计，测量时 串联在链条中。但是链条受力时链板会产生弯曲变形，而且安装时链 轮可能不共面，也会使链板产生附加弯曲变形，这会对链板上的张力 测量结果产生很大影响。

本发明可在不同工况(刀库不同负载，不同运转速度) 下实时检测链条中的张力。鉴于链条的运动方式，传感器要顺利通过 链轮，如何对链条张力进行实时、简单、方便、高精度的检测是本发 明解决的关键问题。

发明内容

为了弥补链式刀库中链条张力检测系统的空缺，本发明 以链式刀库为检测对象，集传感器技术、数据无线通信技术及计算机 技术于一体，研制了链式刀库中链条静态、动态张力检测系统，为专 业生产厂提供了链条张力检测方案。通过特制拉力传感器，设计传感 器安装环与链轮，并采用信号无线传输技术，有效地解决了链条动态 张力检测难的技术问题。采取的技术方案如下所述：

本检测系统包括：链式刀库、拉力传感器、传感器安装 环Ⅰ、传感器安装环Ⅱ、采集发射模块、接收模块、数据采集卡、PC 机。其链式刀库由本体、链条、主动链轮、从动链轮、链轮轴、刀具 组成，链条由链板、刀套组成，刀具安装在刀套上；PC机上安装有上 位机软件，用于读取、存储、显示输出数据，并能生成数据曲线，直 观显示链条受力情况。

链条、本体、主动链轮、从动链轮、链轮轴、刀具构成 链式刀库，刀具安装在链条中的刀套上，实现刀具储备，刀具在链条 的带动下到达换刀位置，等待换刀。拉力传感器及采集发射模块串联 在链条中，用拉力传感器代替一节链板。拆去链条中的一节链板，利 用传感器安装环Ⅰ与传感器安装环Ⅱ把拉力传感器安装在被拆链板 处的两相邻刀套之间，传感器安装环Ⅰ、传感器安装环Ⅱ设有圆环用 于套入刀套外表面，两安装环分别用轴用弹性挡圈固定在刀套中间位 置；传感器两安装环与拉力传感器之间均通过螺纹连接，其两对连接 螺纹一对为右螺纹、一对为左螺纹，用于调节两刀套（安装传感器安 装环）间距离，使其与链条节距一致。传感器安装环Ⅰ、传感器安装 环Ⅱ与刀套之间为间隙配合，这样在拉力传感器通过主动链轮、从动 链轮时，保证拉力传感器与刀套之间能够产生相对转动。主动链轮与 从动链轮在齿廓外侧面（链轮与链条的接触表面）设有拉力传感器通 过槽，拉力传感器两安装环厚度小于通过槽宽度，从而保证不与链轮 发生干涉。

采集发射模块固定在刀具外端面上，与拉力传感器通过 数据线相连，发射模块内装有电池。接收模块通过数据线与数据采集 卡相连，数据采集卡与PC机相连。应用虚拟仪器语言LabVIEW开发 测控软件，控制数据采集卡采集传感器信号，并用PC机实现实时监测、 信号存储、处理与分析，通过曲线图形将链条张力检测结果显示出来， 实现人机交互。本检测系统框图如图4所示。

本发明的有益效果是：

⑴.提供了链式刀库专用张力检测系统，可在多种工况 下进行链条张力检测。本系统不仅可以检测链条静态张力，亦可在刀 库工作过程中实时检测链条动态张力，为改进刀库设计、提高其性能 提供了试验基础。

⑵.与前“链条张力测量仪”CN942239393相比，本检测 系统检测方法简单可靠。CN942239393采用的传感器外形与链片相似， 在上贴有四枚电阻应变计，其链板附加弯曲变形对张力测量结果会产 生影响。本检测系统通过采用专用的张力传感器代替链板，提高了检 测精度，专用性更强。

⑶.本检测系统由PC机完成数据存储、显示，操作简单 方便。

可生成链条张力曲线图，清楚的显示链条传动中产生的启动冲 击、松紧边张力变化、啮入冲击、多边形效应引起的动载荷、异常载 荷变化情况、及各种载荷相应的频率和幅值

附图说明

图1——链式刀库及链条静动态张力检测系统示意图。

图1-1——图1中局部放大图Ⅰ。

图1-2——图1中A向视图。

图1-2-1——图A向中B-B剖视图，图中拆去刀具。

图2——主动链轮结构示意图。

图3——从动链轮结构示意图。

图4——检测系统硬件组成框图。

图中，1——本体，2——链条，3——刀套，4——刀具， 5——从动链轮，6——链轮轴，7——电机，8——主动链轮，9—— PC机，10——接收模块，11——数据采集卡，12——采集发射模块,13 ——传感器安装环Ⅰ，14——拉力传感器，15——传感器安装环Ⅱ， 16——链板，17——轴用弹性挡圈,18——通过槽

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如附图所示，该检测系统由链式刀库、拉力传感器(14)、 采集发射模块(12)、接收模块(10)、数据采集卡(11)、PC机(9)组成。 如图1所示，链式刀库由本体(1)，链条(2)，刀套(3)，刀具(4)，从 动链轮(5)，链轮轴(6)，电机(7)，主动链轮(8)组成。链条(2)由刀 套(3)、链板(16)组成，刀具(4)安装在刀套(3)上，可见图1-1及图1-2。 PC机(9)中安装有上位机软件，用于读取、存储、显示输出数据，并 能生成数据曲线，直观显示链条受力情况。

拉力传感器(14)串联在链条(2)中，如图1-2、图1-2-1 所示。安装拉力传感器(14)时拆去链条(2)中的一节链板(16)，传感 器安装环Ⅰ(13)、传感器安装环Ⅱ(15)分别套入被拆去一节链板(16) 的两相邻刀套(3)外表面，该两安装环均由轴用弹性挡圈(17)进行轴 向定位。拉力传感器(14)与传感器安装环Ⅰ(13)、传感器安装环Ⅱ(15) 分别为左螺纹、右螺纹联接，用于调节两安装环间距，以保证拆去一 节链板(16)的两相邻刀套(3)间距与链条(2)节距一致。

该检测系统能够检测链条动态张力，为保证拉力传感器 (14)在刀库运行过程中不与链轮产生干涉，在主动链轮(8)、从动链 轮(5)的齿廓外侧面（即与链条的接触面）上设计出拉力传感器(14) 通过槽(18)（如图2、图3中左视图所示），该槽还可起到减重作用。 对拉力传感器(14)、传感器安装环Ⅰ(13)、传感器安装环Ⅱ(15)外形 尺寸进行校核验证，在保证结构强度的前提下且不与链轮干涉；传感 器安装环Ⅰ(13)、传感器安装环Ⅱ(15)与刀套(3)之间为间隙配合， 这样在拉力传感器(14)通过主动链轮(8)、从动链轮(5)时，保证拉力 传感器(14)与刀套(3)之间能够产生相对转动。采集发射模块(12)固 定在与拉力传感器(14)相邻的刀具(4)外端面上，与拉力传感器(14) 通过数据线相连。