一种力反馈自适应切削调速柔性雕刻机
技术领域
本发明涉及雕刻机技术领域，具体而言，涉及一种力反馈自适应切削调速柔性雕刻机。
背景技术
目前的数控雕刻机，在加工切削待加工的材料时，通常是用高速主轴电机上安装高硬度刀具来进行切削，利用主轴的高速旋转和高硬度刀具，其中，旋转速度通常为24000r/pm，刀具通常是硬质合金、金刚砂涂层、陶瓷等材料的刀具，硬度范围为：89HRA-95HRA。
这些专用刀具的完整性和耐用性对于加工产品的尺寸和精度起着十分重要的作用。例如，对于金属和石材的加工，材料的硬度很高，刀具必然要承受较大负荷。当在进行快速或深度切削加工时，这些刀具的使用往往超出它们所能承受的最大负荷，经常会出现破损或者断裂而废掉。所以要经常更换刀具，既浪费成本又耽误时间。当操作者没有及时发现或者轻微破损没有更换刀具，加工的产品即是废品。
究其原因是，机器的加工速度，既机器各个轴的行进速度，没有和加工材料的硬度、切削的深度配合好，加工过快或者加工过深，使刀具在上下、左右、前后等方向上所能承受的力超出了刀具自身能承受的最大负荷，从而出现破损和断裂并浪费掉。
因此，设计一种雕刻机，能够根据刀具各个方向的受力大小，自动调整刀具的加工速度，避免刀具受力过大、造成破损或折断。
发明内容
本发明的目的在于提供一种力反馈自适应切削调速柔性雕刻机，其能够根据刀具各个方向的受力大小，自动调整刀具的加工速度，避免刀具受力过大、造成破损或折断。
本发明提供一种技术方案：
一种力反馈自适应切削调速柔性雕刻机包括电路系统以及与所述电路系统电连接的动平台、固定座、三维压力传感器，所述三维压力传感器安装在所述动平台上，所述固定座用于安装刀具，所述固定座安装在所述三维压力传感器上，所述三维压力传感器用于实时监测刀具在三维方向上承受的所述压力值，并将所述压力值传送给所述电路系统，所述电路系统根据所述压力值控制刀具的加工速度。
在本发明较佳的实施例中，所述三维压力传感器包括载体和可变电阻材料层，在所述载体的三个相互垂直的方向上分别附着有所述可变电阻材料层，所述可变电阻材料层通过所述载体的内部导线连接到所述载体表面的接线端子。
在本发明较佳的实施例中，所述载体为长方体形状，所述载体具有相对设置前表面和后表面、相对设置的顶面和底面、相对设置的左侧面和右侧面，所述后表面用于安装在所述动平台上，所述前表面用于安装所述固定座，三个所述接线端子设置在所述顶面，三个所述可变电阻材料层分别设置在所述前表面、所述左侧面和所述底面。
在本发明较佳的实施例中，所述电路系统包括依次电连接的模拟电压生成模块、A/D转化模块和控制中央处理单元，所述三维压力传感器根据承受的所述压力值形成对应的阻值变化量，并发送给所述模拟电压生成模块，所述模拟电压生成模块用于将所述三维压力传感器的所述阻值变化量转化为电压变化量，并发送给所述A/D转化模块，所述A/D转化模块用于将所述电压变化量转化为数字变化量，并发送给所述控制中央处理单元，所述控制中央处理单元根据所述数字变化量控制刀具的加工速度。
在本发明较佳的实施例中，所述控制中央处理单元根据所述数字变化量确定对应的承受强度值，若所述承受强度值小于预设强度值，则控制刀具的进给速度保持不变，若所述承受强度值等于或大于所述预设强度值，则控制刀具的进给速度减小。
在本发明较佳的实施例中，所述控制中央处理单元包括存储器，所述存储器存储有各个刀具对应的可承受的所述预设强度值。
在本发明较佳的实施例中，所述动平台包括步进电机，所述电路系统包括电机驱动器，所述控制中央处理单元、所述电机驱动器和所述步进电机依次电连接，所述控制中央处理单元用于发送脉冲频率信号给所述电机驱动器，所述电机驱动器根据所述脉冲频率信号控制所述步进电机的转速。
在本发明较佳的实施例中，若所述脉冲频率信号的频率减小，所述电机驱动器控制所述步进电机减速，若所述脉冲频率信号的频率增大，所述电机驱动器控制所述步进电机增速。
在本发明较佳的实施例中，所述电路系统包括上位PC机，所述上位PC机与所述控制中央处理单元电连接，用于设置各个刀具对应的可承受的所述预设强度值。
在本发明较佳的实施例中，所述动平台、所述三维压力传感器和所述动平台依次螺栓连接、卡式连接或铰链连接。
本发明提供的力反馈自适应切削调速柔性雕刻机的有益效果是：
通过设置所述三维压力传感器，在刀具进行加工时，可以实时感应到刀具在上下、左右、前后三个方向上所承受力的大小与刀具自身具有承受力的参数进行比较，当三维压力传感器检测到刀具在某个方向上受到的力接近刀具最大承受力的数值时，对应方向的加工速度就会自动减慢，保证刀具在各个方向上的受力始终保持在小于刀具自身最大承受力的范围内，这样刀具就不会出现破损、折断、过热损耗等问题，从而保证了刀具的锋利和完整，同时也保证了整个加工过程的高效率，产品的高精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的力反馈自适应切削调速柔性雕刻机的结构示意图。
图2至图6为图1中三维压力传感器的五种视角的结构示意图。
图7为电路系统的组成框图。
图标：100-力反馈自适应切削调速柔性雕刻机；110-动平台；111-步进电机；120-固定座；130-刀具；140-三维压力传感器；141-前表面；142-后表面；143-顶面；144-底面；145-左侧面；146-右侧面；147-载体；148-可变电阻材料层；149-接线端子；150-电路系统；151-模拟电压生成模块；152-A/D转化模块；153-控制中央处理单元；154-电机驱动器；155-上位PC机；160-待加工件。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
现有的雕刻机在使用过程中，刀具的使用往往超出它们所能承受的最大负荷，经常会出现破损或者断裂而废掉。所以要经常更换刀具，既浪费成本又耽误时间。当操作者没有及时发现或者轻微破损没有更换刀具，加工的产品即是废品。
究其原因是，机器的加工速度，既机器各个轴的行进速度，没有和加工材料的硬度、切削的深度配合好，加工过快或者加工过深，使刀具在上下、左右、前后等方向上所能承受的力超出了刀具自身能承受的最大负荷，从而出现破损和断裂并浪费掉。
因此，本实施例提供一种力反馈自适应切削调速柔性雕刻机，其能够根据刀具各个方向的受力大小，自动调整刀具的加工速度，避免刀具受力过大、造成破损或折断。
请参阅图1，力反馈自适应切削调速柔性雕刻机100包括电路系统150以及与电路系统150电连接的动平台110、固定座120、三维压力传感器140。
三维压力传感器140安装在动平台110上，固定座120安装在三维压力传感器140上，固定座120用于安装刀具130，动平台110、三维压力传感器140和动平台110依次螺栓连接、卡式连接或铰链连接。
三维压力传感器140用于实时监测刀具130在三维方向上承受的压力值，并将压力值传送给电路系统150，电路系统150根据压力值控制刀具130的加工速度。
其中，动平台110包括三个步进电机111，其中一个步进电机111能够驱动待加工件160沿Y轴方向移动，即沿图1中前后方向移动；另外两个步进电机111能够驱动固定座120分别沿X轴方向移动和Z轴方向移动。
在其他实施例中，也可以使待加工件160的位置固定，使固定座120能够分别沿X轴方向移动、Y轴方向移动和Z轴方向移动。
请参阅图2至图6，三维压力传感器140包括载体147和可变电阻材料层148，在载体147的三个相互垂直的方向上分别附着有可变电阻材料层148，可变电阻材料层148通过载体147的内部导线连接到载体147表面的接线端子149。
具体的，载体147为长方体形状，载体147具有相对设置前表面141和后表面142、相对设置的顶面143和底面144、相对设置的左侧面145和右侧面146，后表面142用于安装在动平台110上，前表面141用于安装固定座120，三个接线端子149设置在顶面143，三个可变电阻材料层148分别设置在前表面141、左侧面145和底面144。
当刀具130在某个方向上受到压力时，例如刀具130在行进方向上受到阻力时，刀具130的受力依次通过步进电机111、固定座120，传递至三维压力传感器140，三维压力传感器140的载体147就会在受力的情况下发生物理形变，对应的可变电阻材料层148也会发生物理形变。可变电阻材料层148的电特性是当它自身的形状发生变化时，它自身的电阻值也发生变化，并且电阻值的变化和形状的变化是一种线性的关系，即形变变大、电阻值随着变大，形变变小、电阻值随着小，形变不变、电阻值保持恒定，而且三维压力传感器140的形变在1微米至5微米时，电阻值就可发生变化。
请参阅图7，电路系统150包括依次电连接的模拟电压生成模块151、A/D转化模块152和控制中央处理单元153，三维压力传感器140根据承受的压力值形成对应的阻值变化量，并发送给模拟电压生成模块151，模拟电压生成模块151用于将三维压力传感器140的阻值变化量转化为电压变化量，并发送给A/D转化模块152，A/D转化模块152用于将电压变化量转化为数字变化量，并发送给控制中央处理单元153，控制中央处理单元153根据数字变化量控制刀具130的加工速度。
电路系统150还包括电机驱动器154，控制中央处理单元153、电机驱动器154和步进电机111依次电连接，控制中央处理单元153用于发送脉冲频率信号给电机驱动器154，电机驱动器154根据脉冲频率信号控制步进电机111的转速。若脉冲频率信号的频率减小，电机驱动器154控制步进电机111减速，若脉冲频率信号的频率增大，电机驱动器154控制步进电机111增速。
控制中央处理单元153根据数字变化量确定对应的承受强度值，若承受强度值小于预设强度值，则控制刀具130的进给速度保持不变，若承受强度值等于或大于预设强度值，则控制刀具130的进给速度减小。其中，电路系统150包括上位PC机155，上位PC机155与控制中央处理单元153电连接，用于设置各个刀具130对应的可承受的预设强度值。控制中央处理单元153包括存储器，存储器存储有各个刀具130对应的可承受的预设强度值。
本实施例提供的力反馈自适应切削调速柔性雕刻机100的有益效果是：
通过设置所述三维压力传感器140，在刀具130进行加工时，可以实时感应到刀具130在上下、左右、前后三个方向上所承受力的大小与刀具130自身具有承受力的参数进行比较，当三维压力传感器140检测到刀具130在某个方向上受到的力接近刀具130最大承受力的数值时，对应方向的加工速度就会自动减慢，保证刀具130在各个方向上的受力始终保持在小于刀具130自身最大承受力的范围内，这样刀具130就不会出现破损、折断、过热损耗等问题，从而保证了刀具130的锋利和完整，同时也保证了整个加工过程的高效率，产品的高精度。在实际工作中刀具130的破损率大大降低，加工过程中，操作人员不用再更换破损的刀具130而浪费加工时间，并可以大幅度节约刀具130的成本。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
