一种PCB板加工用硬质合金铣刀及其使用方法与流程

本发明涉及硬质合金铣刀，尤其涉及一种pcb板加工用硬质合金铣刀。

背景技术：

1、在pcb板的数控铣削加工中，刀具需在每分钟数万转的超高转速下对覆铜板、玻璃纤维布等复合材料进行切削。

2、现有技术中通过采用弹簧夹头夹持刀具，操作员在装刀时，需将刀具的底端面抵触到刀柄内部的轴向定位台阶上，以确定刀具的悬伸长度。然而这个抵触动作的力度完全依赖操作员的手感，无法量化，因此在定位台阶异常磨损时，若操作员为求到底而用力过猛，刀具端面会对原本已经发生磨损的台阶面造成二次损伤，进而导致装刀基准失准，所有刀具的悬伸高度出现系统性偏差，在后续数万转的高速旋转中，此应力与离心力叠加，会加剧刀具的径向偏摆和振动，显著降低刀具寿命和加工表面质量。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中装刀动作的力度完全依赖操作员的手感，无法量化的问题，而提出的一种pcb板加工用硬质合金铣刀。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种pcb板加工用硬质合金铣刀，包括刀柄、刀具、安装罩与弹簧钢夹头，所述刀柄安装在机床上，所述刀柄与所述安装罩二者之间螺纹连接，所述安装罩通过弹簧钢夹头实现对刀具的夹紧固定，所述刀柄上开设有空腔，所述空腔底部中心位置开设有收纳槽，所述空腔底部可拆卸式连接有用于抵触刀具的抵触台，所述抵触台外圈位置设置有定位柱，所述收纳槽中设置有用于监测刀具装刀时预紧力的监测部，所述刀柄上设置有用于监测其作业过程中是否发生晃动并进行紧急调控的主动平衡部。

4、优选地，所述定位柱为中空圆柱状结构。

5、优选地，所述监测部包括安装在所述收纳槽中的第一电磁铁，所述空腔中滑动安装有安装板，所述安装板靠近所述第一电磁铁的一侧安装有第二电磁铁，所述第一电磁铁与所述第二电磁铁之间连接有复位弹簧，所述安装板上安装有压力传感模块。

6、优选地，所述抵触台中间开设有用于收纳所述压力传感模块的收纳孔，所述压力传感模块顶面作业位置与抵触台外端面齐平。

7、优选地，所述主动平衡部包括两个安装在所述刀柄设有v型法兰的正下方的电磁驱动平衡环。

8、优选地，每个所述电磁驱动平衡环包含两个配重转子、永磁体与次级线圈，所述机床上配备有内设与次级线圈相对应的定子线圈的调节架，所述机床主轴外壳上安装有振动传感器，所述振动传感器实时监测主轴的振动，所述振动传感器内设控制器。

9、一种pcb板加工用硬质合金铣刀的使用方法，包括以下步骤：

10、步骤1：装刀准备

11、操作员将刀具插入弹簧钢夹头内孔，使刀具刀柱部分进入定位柱，并与抵触台活动相抵；

12、步骤2：启动监测部

13、操作员通过机床操作面板或上位机软件，向刀柄内的监测部发送测量指令，外部控制器通过无线方式激活内部电路，为第一电磁铁和第二电磁铁同时通电；

14、步骤3：传感器伸出

15、第一电磁铁与第二电磁铁产生相斥的电磁力，由于第一电磁铁位置是固定设置，以此在该电磁力影响下第二电磁铁克服复位弹簧的弹力，并推动安装板及压力传感模块沿收纳槽向上滑动，压力传感模块的探头穿过抵触台中心通孔，顶面与抵触台基准面齐平，并轻触刀具底端面，

16、步骤4：预紧力感知与警示

17、操作员旋紧安装罩，刀具底端面对压力传感模块施加持续增大的静态轴向力，压力传感模块将力信号转化为电信号，经调理后通过无线模块发送至控制器，当压力值达到预设阈值时，控制器立即发出绿色灯光声光报警，提示操作员停止操作，完成装刀作业；

18、步骤5：传感器安全回缩

19、装刀完成后，系统切断第一电磁铁与第二电磁铁电源，第二电磁铁在复位弹簧作用下带动压力传感模块完全缩回至收纳槽内，使得压力传感模块与刀具物理分离，

20、步骤6：装刀精度在线补偿

21、若因抵触台磨损导致刀具实际悬伸长度与理论值存在偏差，控制器自动记录偏差值并写入cnc刀具参数表，若偏差超过预设安全值，控制器发出红色灯光声光报警，此时操作员更换抵触台并重新测量装刀；

22、步骤7：加工与振动实时监测

23、主轴带动刀柄及刀具高速旋转执行铣削作业，振动传感器以数千赫兹采样率实时采集系统三维振动信号，传输至独立控制器进行快速傅里叶变换，提取振动主频及幅值特征；

24、步骤8：一级判定与响应——渐进式振动主动平衡

25、若振动主频与主轴转频一致，且幅值缓慢持续超过阈值，则判定为渐进式不平衡，控制器规划平衡方案，主轴定位至调节架工位，调节架发射电磁脉冲驱动电磁驱动平衡环的配重转子转动，改变其夹角产生校正质量矢量，在不超过2秒内将振动从6.8μm抑制到0.7μm以下；

26、步骤9：二级判定与响应——突发性冲击紧急停机

27、若振动加速度在0.25毫秒内出现远超正常范围的陡峭尖峰，则判定为撞刀或崩刃，独立控制器绕过cnc系统，在微秒级时间内通过高速固态安全输出模块同步执行：切断主轴伺服电源、触发紧急制动、向cnc发送急停信号并锁死所有运动轴。

28、与现有技术相比，本发明具备以下优点：

29、1、本发明通过压力传感模块在装刀时直接测量刀具端面与定位基准之间的实际接触力，这一静态力信号被实时转化为具体的数值与预设的阈值比对，一旦达标，系统即发出指令，发出警示或者声响以提醒操作者刀具安装到位，以此避免因操作员用力过猛对精密定位台阶造成的慢性冲击损伤，有助于保障批量加工中每把刀具悬伸量的一致性。

30、2、本发明针对刀具磨损、夹屑等引起的缓慢发展的不平衡振动，振动传感器实时监测，控制器在2秒内完成解算，调节架通过非接触电磁脉冲驱动平衡环内的配重转子独立转动，产生校正质量矢量，将主轴振动幅值从6.8μm量级抑制至0.7μm以下，从而维持长期加工精度，针对毫秒级的撞刀、崩刃等突发性冲击事件，该振动传感器内部集成了独立的高速硬件控制器。当检测到振动加速度出现陡峭尖峰时，系统完全绕过机床cnc系统的扫描周期延迟，直接通过硬件信号驱动经功能安全认证的高速固态安全输出模块。从冲击发生到该模块输出断电指令的总延迟可控制在2毫秒以内，该模块随即切断主轴伺服驱动器的电源，并同步触发紧急制动装置。整个从信号触发至电源切断及制动启动的完整过程可在10毫秒内完成，从而在满足机床安全规范的前提下实现毫秒级保护，有效避免刀具和工件的严重损坏。

31、3、本发明中压力传感模块仅在主轴静止的装刀瞬间伸出工作，而在几万转的加工全程中都安全地缩回空腔内，与刀具完全物理分离，以此规避了传感器因持续接触而产生的高频摩擦热损伤、不可控磨损和意外撞毁风险，有助于降低硬质合金铣刀使用过程中产生的维护成本。

1.一种pcb板加工用硬质合金铣刀，包括刀柄（1）、刀具（2）、安装罩（3）与弹簧钢夹头（4），所述刀柄（1）安装在机床上，所述刀柄（1）与所述安装罩（3）二者之间螺纹连接，所述安装罩（3）通过弹簧钢夹头（4）实现对刀具（2）的夹紧固定，其特征在于，所述刀柄（1）上开设有空腔（5），所述空腔（5）底部中心位置开设有收纳槽（6），所述空腔（5）底部可拆卸式连接有用于抵触刀具（2）的抵触台（7），所述抵触台（7）外圈位置设置有定位柱（8），所述收纳槽（6）中设置有用于监测刀具（2）装刀时预紧力的监测部，所述刀柄（1）上设置有用于监测其作业过程中是否发生晃动并进行紧急调控的主动平衡部。

2.根据权利要求1所述的一种pcb板加工用硬质合金铣刀，其特征在于，所述定位柱（8）为中空圆柱状结构。

3.根据权利要求2所述的一种pcb板加工用硬质合金铣刀，其特征在于，所述监测部包括安装在所述收纳槽（6）中的第一电磁铁（9），所述空腔（5）中滑动安装有安装板（10），所述安装板（10）靠近所述第一电磁铁（9）的一侧安装有第二电磁铁（11），所述第一电磁铁（9）与所述第二电磁铁（11）之间连接有复位弹簧（12），所述安装板（10）上安装有压力传感模块（13）。

4.根据权利要求3所述的一种pcb板加工用硬质合金铣刀，其特征在于，所述抵触台（7）中间开设有用于收纳所述压力传感模块（13）的收纳孔，所述压力传感模块（13）顶面作业位置与抵触台（7）外端面齐平。

5.根据权利要求4所述的一种pcb板加工用硬质合金铣刀，其特征在于，所述主动平衡部包括两个安装在所述刀柄（1）设有v型法兰的正下方的电磁驱动平衡环（14）。

6.根据权利要求5所述的一种pcb板加工用硬质合金铣刀，其特征在于，每个所述电磁驱动平衡环（14）内部均包含两个质量分布不均的配重转子、用于自锁的永磁体，以及次级线圈，所述机床上设有一个独立于刀柄1的调节架，所述调节架固定于工作台预定工位，所述调节架内部设有与所述次级线圈位置相对应的定子线圈，并与随主轴运动至其上方就位的电磁驱动平衡环（14）保持非接触式电磁耦合。

7.一如权利要求6所述的一种pcb板加工用硬质合金铣刀的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括以下步骤：