无需电池的加工传感器系统

    据Suprock技术公司负责人/创始人Christopher Suprock介绍，集成在刀具夹头和机床主轴上的加工传感器系统可以提供诸多好处，如解决加工颤振问题，帮助选择刀具和调整工艺，以及监测刀具性能等。为了实现这一目标，该公司开发了无线供电、无需电池的Intelligent Tool（智能刀具）加工传感器系统。
    Suprock解释说，用电池为旋转部件（如高速刀具夹头）上的装置供电有许多不便之处，如用户必须为电池充电，而电池的充电次数有一定的限制。如果刀具夹头的使用寿命比电池寿命长得多，就会带来一些问题。当电池失效后，必须对其进行更换，比较理想的更换时机是在换刀时，但电池失效的时间往往很难预测。
    此外，高速旋转的刀具夹头也不适合用内置电池为加工传感器系统供电，因为旋转加速度会使电池内部的放电单元彼此接触，并损坏电池。最后，如果使用基于电解质的电池，电解质可能会移动到电池的一侧，并像离心机一样破坏刀具的平衡。Suprock说，“电池限制了刀具的安全转速，在此转速下，刀具可以安全加工，而不必担心电池损坏。电池还需要充电，且寿命有限。”
    Intelligent Tool加工传感器系统包括一个安装在主轴上的功率发射器和一个安装在刀具夹头上的接收器（或围绕夹头环形排列的多个接收器）。虽然发射的功率束在通过一大块工具钢（如一根主轴）时通常会对能量传输造成破坏，但该公司开发了一种可以规避这种影响的方法——功率发射器采用在工具钢中能更有效传输的工作频率。
    这种传感器系统将数据发送到控制系统，如处理刀具扭矩信号，以监测刀具磨损状况。Suprock解释说，“我们在32千赫的频率上监测扭矩信号，比许多其他传感器的工作频率快得多。 高采样率使用户能够看到刀具沿着工件表面移动时的扭矩曲线，以及对应于工件表面的波形。这对于那些希望了解工件表面形貌的用户极具价值，因为即使切削过程听起来很不错，也不一定能获得良好的加工表面光洁度。”
    由于用户通常要求加工传感器系统也适用于热装式刀具夹头，因此Suprock技术公司开发了能承受热装刀具时产生的15kW磁场的“强化电子器件”。当这些电子器件感应到周围出现了一个强磁场时，就会进入自我保护模式（即“龟壳”模式），并断开内部电路，使电路板中无电流流动。Suprock解释说，“这些智能型电子器件能够很好地保护自己。”
    由于传感器被嵌入刀具夹头中，因此使用该传感器系统无需对加工中心或机床主轴进行任何改装。该系统与Caron工程公司开发的TMAC 9刀具监测自适应控制系统相互兼容。TMAC 9可以保护数控机床安全运行，同时提供切削过程的相关信息，从而能缩短加工循环时间、优化切削条件和延长刀具寿命。
    Suprock说，“如果用户已有TMAC 9系统，他可以把我们的传感器集成到刀具中，并将USB电缆线插入功率发射器，将切削数据输入TMAC系统用于刀具监测，从而缩短刀具装调时间，降低装调复杂性。” 用户还可以将切削数据输入计算机中保存起来，在收集装调、加工或质量控制数据时作为对照分析资料。
    Suprock表示，该公司正在申请该技术的许可证，使其能投入商业化应用。该公司是唯一能够小批量生产这种传感器系统的企业。