一种智能数控刀具

本发明涉及精密金属切削加工领域的在线测量与调刀，尤其涉及一种智能数控刀具。

背景技术：

1、在大型柴油机缸孔、航空航天精密阀体等关键零部件的精加工工序中，孔径尺寸需控制在微米级公差范围内，传统的离线调刀方式需将刀具从机床上卸下，使用对刀仪调整后再重新装夹，不仅效率低下，且重复装夹误差难以消除。近年来，出现了将数显模块可拆卸地磁吸于镗刀本体侧面的智能数控刀具，操作人员可在机床上直接读取刀尖位移量，实现不卸刀状态下的微米级精度调整。

2、然而，现有技术中的可拆卸数显模块仍存在以下显著缺陷：1.最为关键的结构性问题在于，数显模块壳体上固定安装的永磁块端面通常凸出于模块的安装基面，安装时依靠强磁力直接将永磁块吸合于刀杆外周壁。由于永磁块与刀杆均为刚性体，且磁力在临界距离内产生瞬时强吸合，永磁块端面与刀杆表面发生剧烈的硬性碰撞，极易导致永磁块局部崩碎、开裂。而碎裂后的永磁块碎片具有较强的磁性，极易吸附于刀杆表面或切削区域内，在后续切削加工中可能进入刀尖与工件的接触界面，造成刀具崩刃、工件表面划伤，严重损害加工质量和刀具寿命。此外，安装过程中强烈的硬冲击还会通过模块壳体传递至内部电子元件，影响数显模块的长期使用可靠性。2.在实用层面，现有产品并未设置任何防止磁吸冲击的保护结构，操作人员在安装时需要极为小心地控制靠近速度和角度以避免撞击，对操作经验要求高、安装效率低，且长期反复的冲击会加速永磁块退磁，缩短产品使用寿命。

3、上述缺陷均源于现有数显模块中永磁块直接刚性凸出安装的结构模式，在其与刀杆发生磁吸配合时缺少必要的缓冲与防护机制。为此，本发明旨在提供一种改进的智能数控刀具的数显模块安装结构，以期在不改变刀具本体、不削弱磁吸固定力的前提下，有效解决永磁块吸合过程中的硬冲击损伤问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中数显模块的永磁块在磁吸安装时直接硬性撞击刀杆外周壁、导致永磁块崩碎甚至污染切削区域的核心问题，本发明提供了一种改进的智能数控刀具。其核心技术构思在于：在数显模块上设置独立于磁吸结构的防护结构，使安装过程中的撞击能量由防护结构吸收，而非由永磁块承受，从而从根源上杜绝永磁块硬性撞击的发生。

2、为实现上述核心发明构思，本发明在数显模块的左壁开设沉孔，磁吸结构固定于沉孔内部且其左端面不凸出于数显模块的左壁，使磁吸结构在自然状态下处于被容纳的位置，不会直接暴露于模块表面。沉孔内滑动连接有环形护套，该环形护套在自然状态下由第一弹簧顶推而伸出于数显模块左壁，因此在安装时护套先于磁吸结构接触刀杆，第一弹簧在护套被压缩的过程中吸收撞击能量，使磁吸结构的吸合过程得到缓冲，磁吸结构在随后的接触中仅需克服薄膜厚度与刀杆形成贴合，不存在硬性冲击。护套外周壁开设环槽，数显模块内部设置滑动腔及限位环，限位环的截面外形尺寸与环槽的槽底径相适配，当护套被压入至左端面与数显模块左壁齐平的锁止位置时，限位环与环槽轴向对齐，此时限位环在第二弹簧作用下自动卡入环槽，将护套轴向锁定于缩回状态。按压杆与限位环固定连接并伸出数显模块上壁，操作完成后按压该按压杆即可使限位环脱离环槽，护套在第一弹簧作用下自动复位伸出，恢复至初始保护状态。在磁吸结构的具体构成上，永磁块表面优选包覆柔性保护层，该保护层用于隔离永磁块与刀杆表面的直接刚性接触，进一步吸收残余微量冲击，同时具有密封防尘作用，有助于ip68防护等级的达成。作为一种替代方案，限位环的截面形状可选用圆形、矩形或其他与环槽槽底径相适配的几何形状，只需保证其截面外形尺寸与环槽槽底径相匹配即可实现卡入或脱离的锁定功能。第一弹簧与护套右端及沉孔内侧右壁的固定连接可通过胶粘固定实现，也可通过卡接结构实现，卡接方式更具可拆卸维护的便利性。

3、针对现有技术中操作人员需极为小心地控制安装速度和角度以避免撞击、对操作经验要求高的实用性问题，本发明进一步优化了安装操作流程。本发明的防护结构在安装过程中仅需操作人员将数显模块朝向刀杆按压即可自动完成缓冲与锁定，护套在缩回至锁止位置时，限位环自动卡入环槽并发出可感知的到位反馈，操作人员无需额外调整或对位，显著降低了操作难度，减少了安装时间。

4、针对现有技术中如采用弹簧等缓冲元件会产生弹性反力、该反力与磁吸固定力方向相反从而削弱磁吸力的潜在问题，本发明通过上述锁止机构的结构设计予以规避。当限位环卡入环槽对护套形成轴向锁定时，第一弹簧在被压缩状态下产生的弹性反力经由护套环槽传递至限位环，再由限位环传递至数显模块壳体内部，该弹性反力的传递路径在护套与限位环处被截断并封闭于壳体内部，无法传递至刀杆外周壁。因此，作用于刀杆与数显模块之间的力仅为磁吸结构产生的磁吸力，第一弹簧的弹性反力不对磁吸力产生任何抵消或削弱，确保了磁吸固定的稳定性与可靠性。同时，由于限位环对护套的轴向锁定作用，在数显模块吸附于刀杆的使用过程中，护套不会因机床振动而反复伸缩，进一步提升了模块的安装牢固度。在优选方案中，第一弹簧与护套右端及沉孔内侧右壁通过卡接结构固定，便于后期维护时对弹簧进行更换。限位环的截面形状可采用圆形或矩形，圆形截面具有加工简单的优势，矩形截面则可增大与环槽槽底径的接触面积，提升锁止稳固性，两种替代方式均能实现轴向锁定功能，可根据实际制造工艺和成本需求选择。充电模块作为配套设备，其上设置的充电槽用于供数显模块插入充电，充电线用于连接外部电源，该充电模块在数显模块非使用状态下为其补充电能，确保下次使用时电量充足。

5、本发明具有如下有益效果：

6、1、本发明中其数显模块上设置的防护结构在安装时对磁吸结构形成有效隔离与缓冲，避免永磁块直接撞击刀杆外周壁而产生崩碎或开裂，从而杜绝了磁性碎片进入切削区域导致刀具崩刃和工件表面划伤的风险，保障了加工安全与刀具寿命。

7、2、本发明中其防护结构通过伸缩动作在安装过程中自动触发锁止，操作人员正常推入数显模块即可完成缓冲与锁定，无需额外操作步骤，简化了安装流程，有效降低了现场操作难度和对操作经验的要求。

8、3、本发明中其防护结构在锁定状态下将缓冲组件的弹性反力传递路径封闭于数显模块壳体内部，使该反力与刀杆本体隔离，磁吸力不受弹性反力抵消，确保了数显模块与刀杆之间的吸附稳固性，同时避免了长期反复冲击对磁吸结构造成的退磁影响，延长了产品使用寿命。

1.一种智能数控刀具，包括刀杆本体（1）、可拆卸地吸附于所述刀杆本体（1）外周壁的数显模块（2）以及供数显模块（2）充电的充电模块（3），所述数显模块（2）内设有用于产生磁吸力的磁吸结构（5）；其特征在于：所述数显模块（2）上设有用于在安装时保护磁吸结构（5）的防护结构。

2.根据权利要求1所述的一种智能数控刀具，其特征在于：所述防护结构包括开设于所述数显模块（2）左壁的沉孔（201），所述磁吸结构（5）固定于所述沉孔（201）内部，且该磁吸结构（5）的左端面不凸出于所述数显模块（2）的左壁。

3.根据权利要求2所述的一种智能数控刀具，其特征在于：所述防护结构还包括滑动连接于所述沉孔（201）内的环形护套（6），该环形护套（6）用于在安装时先于磁吸结构接触刀杆外周壁；所述环形护套（6）的右端与所述沉孔（201）的内侧右壁之间设有第一弹簧（7），该第一弹簧（7）用于提供所述护套向左伸出的趋势；所述环形护套（6）的外周壁设有环槽（601）。

4.根据权利要求3所述的一种智能数控刀具，其特征在于：所述防护结构还包括设于所述数显模块（2）内部的滑动腔（204）和设于所述数显模块（2）上壁的滑动孔（202）；所述滑动腔（204）内滑动连接有限位环（9），所述滑动孔（202）内滑动连接有按压杆（4），所述按压杆（4）的下端与所述限位环（9）固定连接；所述限位环（9）的内径大于所述环形护套（6）的外径；所述限位环（9）的截面外形尺寸与所述环槽（601）的槽底径相适配，当所述环形护套（6）被压入至其左端面与所述数显模块（2）左壁齐平的锁止位置时，所述限位环（9）与所述环槽（601）轴向对齐。

5.根据权利要求4所述的一种智能数控刀具，其特征在于：所述防护结构还包括设于所述滑动腔（204）下壁的弹簧孔（203）以及设于所述弹簧孔（203）内的第二弹簧（8），该第二弹簧（8）用于将所述限位环（9）向上顶起；该第二弹簧（8）的上端抵接于所述限位环（9）的下壁。

6.根据权利要求1所述的一种智能数控刀具，其特征在于：所述磁吸结构（5）包括永磁块（501）和包覆于该永磁块（501）表面的柔性保护层（502），所述柔性保护层（502）用于隔离永磁块（501）与刀杆本体（1）表面直接刚性接触。

7.根据权利要求4所述的一种智能数控刀具，其特征在于：所述限位环（9）的截面形状为圆形，其截面圆的外径小于所述环槽（601）的槽底径。

8.根据权利要求3所述的一种智能数控刀具，其特征在于：所述第一弹簧（7）与所述环形护套（6）的右端及所述沉孔（201）的内侧右壁均为固定连接。

9.根据权利要求1所述的一种智能数控刀具，其特征在于：所述充电模块（3）上设有用于供所述数显模块（2）插入充电的充电槽（301），所述充电模块（3）的后端设有用于连接外部电源的充电线（302）。