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TWI841199B - 感測刀把 - Google Patents

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TWI841199B
TWI841199B TW112102037A TW112102037A TWI841199B TW I841199 B TWI841199 B TW I841199B TW 112102037 A TW112102037 A TW 112102037A TW 112102037 A TW112102037 A TW 112102037A TW I841199 B TWI841199 B TW I841199B
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Taiwan
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laminated blade
sensing
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laminated
spiral
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TW112102037A
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Inventor
楊浩青
盧宣伊
Original Assignee
國立高雄科技大學
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Priority to US18/453,334 priority patent/US20240238926A1/en
Priority to DE102023131786.5A priority patent/DE102023131786B4/de
Priority to CA3225006A priority patent/CA3225006A1/en
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Abstract

本揭露提供一種感測刀把。感測刀把包含刀把單元、感測單元及殼體。刀把單元包含刀把座及以積層方式設置於刀把座上的積層刀身。積層刀身包含裝配結構。裝配結構形成於積層刀身的外表面，並包含第一裝配凹槽與第二裝配凹槽，以提高安裝自由度。感測單元設置於裝配結構上。殼體套設於積層刀身上，並罩蓋與保護感測單元。殼體與積層刀身之間形成封閉空間。

Description

感測刀把
本揭露是有關於一種感測刀把，且特別是有關於一種能有效散熱的感測刀把。
為了刀把感測的即時性與便利性，以破壞刀把的方式，將感測器嵌入或貼附於刀把上。然而，以破壞刀把的方式來進行感測器的設置，會影響刀把的動平衡，因此甚不理想。此外，在長時間加工下，刀把因為散熱效果不佳，造成刀把的溫度升高，進而影響感測器數據傳輸的穩定度，也為業界亟於解決的問題。
因此，本揭露之一目的就是在提供一種感測刀把，可提高感測器安裝自由度，並進一步提高散熱效率。
根據本揭露之上述目的，提出一種感測刀把。感測刀把包含刀把單元、感測單元及殼體。刀把單元包含刀把座及積層刀身。積層刀身是以積層方式設置於刀把座上，並包含裝配結構。裝配結構形成於積層刀身的外表面，並 包含第一裝配凹槽與第二裝配凹槽。第一裝配凹槽以積層刀身的軸心線而兩兩對稱配置。第二裝配凹槽以積層刀身的軸心線而兩兩對稱配置。感測單元設置於裝配結構上。殼體套設於積層刀身上，並罩蓋感測單元。殼體與積層刀身之間形成封閉空間。
依據本揭露之一實施例，上述之積層刀身是粉床熔融成型件。
依據本揭露之一實施例，上述之刀把做的內部形成通道。刀把單元包含流道。流道盤繞形成於積層刀身中，並包含入口及出口。入口連通通道。出口的口徑小於入口的口徑。
依據本揭露之一實施例，上述之入口的中心與出口的中心皆位於積層刀身的軸心線。
依據本揭露之一實施例，上述之感測單元包含電路板、傳輸單元、電源供應件及感測器。傳輸單元設置於電路板上。電源供應件配置以供應電路板與傳輸單元所需的電力。其中，電路板與電源供應件分別設置於對稱的第一裝配凹槽中。感測器設置於對應的第二裝配凹槽中，並電性連接該電路板。其中，傳輸單元訊號連接電路板與感測器。
依據本揭露之一實施例，上述之第二裝配凹槽的外輪廓呈多邊形。
依據本揭露之一實施例，上述之第二裝配凹槽的外輪廓呈六邊形。
依據本揭露之一實施例，上述之流道包含螺旋段。螺旋段的兩端分別連接入口與出口。螺旋段的內徑小於入口的口徑，以及螺旋段的內徑大於出口的口徑。
依據本揭露之一實施例，上述之螺旋段的中段至積層刀身的外表面的最小距離，小於螺旋段的頭段至積層刀身的外表面的最小距離，也小於螺旋段的尾段至積層刀身的外表面的最小距離。
依據本揭露之一實施例，上述之頭段連接入口，尾段連接出口，中段的兩端分別連接頭段與尾段。
本揭露的裝配結構形成於積層刀身的外表面，可用以裝設感測單元，因此可提高感測器安裝自由度。裝配結構提供第二裝配凹槽，可提高感測器的安裝自由度。讓感測器有效感測並提供即時感測數據。
另外，積層刀身的流道可增加流體的流經路徑，藉此可提高散熱效率，並維持穩定的工作溫度。再者，流道之出口的口徑小於入口的口徑，可提供加壓效果，並可增加射流速率，且可提升準度與排屑效率，達到提高加工品質與使用壽命的目的。
另外，殼體可保護感測單元，因此可延長感測單元的使用壽命。
1:感測刀把
10:刀把單元
11:刀把座
12:積層刀身
12s:外表面
20:感測單元
21:電路板
22:傳輸單元
23:電源供應件
24:感測器
30:殼體
31:第一密封圈
32:第二密封圈
33:穿孔
40:封閉空間
111:通道
121:裝配結構
121f:第一裝配凹槽
121s:第二裝配凹槽
122:流道
122i:入口
122o:出口
122s:螺旋段
122id:口徑
122od:口徑
122sd:內徑
122sh:頭段
122sm:中段
122st:尾段
D1:最小距離
D2:最小距離
D3:最小距離
L:軸心線
為讓本揭露之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能 更明顯易懂，所附圖式之說明如下：〔圖1A〕係繪示依照本揭露之一實施方式的一種感測刀把的立體示意圖；〔圖1B〕係繪示依照本揭露之一實施方式的一種感測刀把未套設殼體的立體示意圖；〔圖1C〕係繪示依照本揭露之一實施方式的一種感測刀把的俯視示意圖；〔圖1D〕係繪示圖1C中的線A-A的剖面示意圖；〔圖2A〕係繪示依照本揭露之一實施方式的積層刀身與感測單元的立體示意圖；〔圖2B〕係繪示圖2A的側視示意圖；及〔圖2C〕係繪示圖2B中的線B-B的剖面示意圖。
請一同參閱圖1A與圖1B。其中圖1A繪示依照本揭露之一實施方式的一種感測刀把1的立體示意圖。圖1B繪示依照本揭露之一實施方式的一種感測刀把1未套設殼體30的立體示意圖。感測刀把1包含刀把單元10、感測單元20及殼體30。
接著一同參閱圖1C與圖1D。其中圖1C繪示依照本揭露之一實施方式的一種感測刀把1的俯視示意圖。圖1D繪示圖1C中的線A-A的剖面示意圖。刀把單元10可供刀具(圖未示)裝設，並包含刀把座11及積層刀身12。刀把座11內部形成通道111。通道111貫穿刀把座11， 並可供切削液通過。積層刀身12是以積層方式設置於刀把座11上。詳言之，形成積層刀身12的積層方式可選用粉床熔融成型方式(power bed fusion，PBF)，但不以此為限。在一例子中，積層刀身12是粉床熔融成型件。如圖1D所示，積層刀身12包含裝配結構121與流道122。由於積層刀身12是以積層方式所製成，所以裝配結構121與流道122是隨積層刀身12一起製成，不是以破壞積層刀身12的方式去形成裝配結構121與流道122，因此可提高動平衡的控制程度。
請參閱圖2A，其係繪示依照本揭露之一實施方式的積層刀身12與感測單元20的立體示意圖。裝配結構121形成於積層刀身12的外表面12s。裝配結構121包含第一裝配凹槽121f與第二裝配凹槽121s。如圖2C所示，第一裝配凹槽121f的數量為四個，且以積層刀身12的軸心線L為對稱軸，而兩兩對稱配置，可提高角動量平衡性。如圖2B所示，第一裝配凹槽121f的形狀可概呈四邊形，如矩形。
繼續參閱圖2A與圖2C，第一裝配凹槽121f與第二裝配凹槽121s是間隔排列於積層刀身12的外表面12s。換言之，第二裝配凹槽121s位於相鄰的第一裝配凹槽121f之間。在一例子中，第二裝配凹槽121s以積層刀身12的軸心線L為對稱軸，而兩兩對稱配置，藉此可提高角動量平衡性。其中，第二裝配凹槽121s的外輪廓可呈多邊形。進一步如圖2B所示，第二裝配凹槽121s的外 輪廓可為六邊形，也可為圓形等形狀，不以此為限。其中，積層刀身12是以積層方式製造，因此第二裝配凹槽121s的形狀選擇六角形，可改善變形情形，且不需要額外設置定形輔件，故可提高積層刀身12的製造便利性。在一例子中，數個第二裝配凹槽121s設置於相鄰的第一裝配凹槽121f之間，這些第二裝配凹槽121s可彼此上下間隔。
如圖2B所示，第二裝配凹槽121s的外輪廓可為六邊形，感測器24安裝於第二裝配凹槽121s時，可採用90度或180度的安裝角度，甚至可採用45度的安裝角度。感測器24選擇的安裝角度的不同，可用來感測刀把單元10的側向壓力、正向壓力或扭矩，並提供即時感測數據。繼續參閱圖2B，位在上方的感測器24的安裝角度為90度，可用以感測刀把單元10的側向壓力，並能適用於切削加工製程。繼續參閱圖2B，位在下方的感測器24的安裝角度為180度，可用以感測刀把單元10的正向壓力，並能適用於鑽孔加工製程。另外，若感測器24的安裝角度為45度，可用以感測刀把單元10的扭矩，並能適用於複合加工製程。所以使用者可依據加工製程的不同，將感測器24以適當的安裝角度來設置於第二裝配凹槽121s中。換言之，裝配結構121的第二裝配凹槽121s可提升感測單元20的感測器24的安裝自由度。
請參閱圖1D，流道122盤繞形成於積層刀身12中，藉此可增加切削液在積層刀身12中的流經路徑，進而可充分吸收感測單元20產生的熱能。也就是說，感測單元 20產生的一部分熱能傳導至積層刀身12，再由流經流道122的切削液吸收積層刀身12所吸收的熱能。換言之，盤繞的流道122可提高感測單元20的散熱。
如圖1D所示，流道122包含入口122i及出口122o。入口122i位於鄰近刀把座11的一端，且入口122i連通刀把座11的通道111。出口122o位於遠離刀把座11的一端。在一例子中，入口122i的中心與出口122o的中心皆位於積層刀身12的軸心線L。在一例子中，出口122o的口徑122od小於入口122i的口徑122id，藉此可提供加壓效果，並可增加出口122o處的射流速率，且可提升準度與排屑效率。在一例子中，入口122i的口徑122id與出口122o的口徑122od皆為漸縮型態，即入口122i的剖面形狀呈錐狀，出口122o的剖面形狀呈錐狀，藉此可讓加壓效果逐步提升。
請參閱圖1D，由於積層刀身12是以積層方式製造，因此可製作出概呈螺旋狀的流道122。其中，流道122包含螺旋段122s。螺旋段122s的兩端分別連接入口122i與出口122o。其中，螺旋段122s的內徑122sd小於入口122i的口徑122id，以及螺旋段122s的內徑122sd大於出口122o的口徑122od。
在一例子中，螺旋段122s的中段122sm至積層刀身12的外表面12s的最小距離D2，小於螺旋段122s的頭段122sh至積層刀身12的外表面12s的最小距離D1，也小於螺旋段122s的尾段122st至積層刀身12的 外表面12s的最小距離D3。進一步地，螺旋段122s的頭段122sh至積層刀身12的外表面12s的最小距離D1，可等於螺旋段122s的尾段122st至積層刀身12的外表面12s的最小距離D3，也可不等於螺旋段122s的尾段122st至積層刀身12的外表面12s的最小距離D3。換言之，螺旋段122s的頭段122sh至積層刀身12的外表面12s的最小距離D1，可小於、等於或大於螺旋段122s的尾段122st至積層刀身12的外表面12s的最小距離D3。除了可以調整流道122的長度之外，也可調整流道122所流經的位置，使流道122鄰近需要散熱的地方，藉以輔助提升散熱效率。
在一例子中，螺旋段122s的中段122sm至積層刀身12的外表面12s的最小距離D2，等於螺旋段122s的頭段122sh至積層刀身12的外表面12s的最小距離D1，也等於螺旋段122s的尾段122st至積層刀身12的外表面12s的最小距離D3。在一例子中，螺旋段122s的中段122sm至積層刀身12的外表面12s的最小距離D2，等於螺旋段122s的頭段122sh至積層刀身12的外表面12s的最小距離D1，並小於螺旋段122s的尾段122st至積層刀身12的外表面12s的最小距離D3。在一例子中，螺旋段122s的中段122sm至積層刀身12的外表面12s的最小距離D2，小於螺旋段122s的頭段122sh至積層刀身12的外表面12s的最小距離D1，並等於螺旋段122s的尾段122st至積層刀身12的外表面12s的最 小距離D3。
上述中，頭段122sh連接入口122i。尾段122st連接出口122o。中段122sm的兩端分別連接頭段122sh與尾段122st。即，入口122i、頭段122sh、中段122sm、尾段122st與出口122o為依序配置。
如圖1D所示，感測單元20設置於積層刀身12的裝配結構121上，且可用以感測刀把單元10與刀具在加工時所受應力。感測單元20包含電路板21、傳輸單元22、電源供應件23及感測器24。電路板21可設置於對應的第一裝配凹槽121f。傳輸單元22設置於電路板21上。
電源供應件23設置於對應的第一裝配凹槽121f，進一步與電路板21以積層刀身12的軸心線L而兩兩相對。電源供應件23配置以供應電路板21與傳輸單元22所需的電力。在一例子中，電源供應件23的數量為一個，電路板21的數量為一個，且電源供應件23與電路板21彼此相對。在一例子中，電源供應件23的數量為三個，電路板21的數量為一個，且這些電源供應件23彼此間隔排列，以及位於中間的電源供應件23與電路板21彼此相對。
感測器24設置於對應的第二裝配凹槽121s中，並電性連接電路板21。其中，感測器24可感測刀把單元10受到外力作用，如扭力或拉伸力等時的感測訊號。在一例子中，感測器24可為壓電材料或壓力感測器。
上述中，傳輸單元22訊號連接電路板21與感測 器24。感測器24的感測資料可傳輸至電路板21。電路板21將感測資料處理後，藉由傳輸單元22，將處理後的感測資料傳送至外部控制裝置。外部控制裝置透過感測資料，進一步判斷刀把單元10的加工狀態，並調整加工參數。
一同參閱圖1A與圖1D，殼體30套設於積層刀身12上，並罩蓋感測單元20。殼體30與積層刀身12之間形成封閉空間40。換言之，感測單元20位於封閉空間40中。也就是電路板21、傳輸單元22、電源供應件23及感測器24皆位在封閉空間40中。在一例子中，該殼體30包含穿孔33。穿孔33面向傳輸單元22，以便於傳輸單元22將處理後的感測資料傳送至外部控制裝置。
在一例子中，殼體30的上部與積層刀身12之間設置第一密封圈31，以及殼體30的下部與積層刀身12之間設置第二密封圈32，以提升封閉空間40的密封效果。在切削作業中，殼體30可保護感測單元20，讓切削液與切屑不會噴至封閉空間40中，更不會影響感測單元20的運作。所以殼體30的配置與封閉空間40的形成，能有效保護感測單元20，延長感測單元20的使用壽命。
由上述之實施方式可知，本揭露之感測刀把的裝配結構形成於積層刀身的外表面，且裝配結構提供第二裝配凹槽。在考量角動量平衡與接收資訊的角度需求下，感測單元的感測器可選擇適合位置的第二裝配凹槽安裝。依據感測需求，感測單元可以不同安裝角度設置於第二裝配凹槽中。換言之，第二裝配凹槽除了可提供不同的感測器的 安裝，也可提供不同安裝角度的感測器安裝。因此，可有效提升感測器的安裝自由度。
其次，積層刀身的流道可增加流體的流經路徑，且流道的螺旋延伸範圍包含感測單元，也就是流道是螺旋延伸並貫穿積層刀身。所以切削液流經流道時，能有效吸收感測單元與加工時產生的熱能，達到提高散熱效率的目的。感測單元可維持穩定的工作溫度，不受長時間加工影響。因此，感測器可維持正常運作，並穩定地傳輸感測資料。
再者，流道之出口的口徑小於入口的口徑，可提供加壓效果，並可增加出口處的射流速率，而可提升準度與排屑效率，進而可達到提高加工品質與使用壽命的目的。
殼體罩蓋感測單元，且封閉空間形成於殼體與積層刀身之間，藉此可保護感測單元，並可延長感測單元的使用壽命，進一步可提升感測單元在監控時的穩定性。
雖然本揭露已以實施例揭示如上，然其並非用以限定本揭露，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1:感測刀把
10:刀把單元
11:刀把座
12:積層刀身
12s:外表面
20:感測單元
21:電路板
22:傳輸單元
23:電源供應件
30:殼體
31:第一密封圈
32:第二密封圈
33:穿孔
40:封閉空間
111:通道
121:裝配結構
121f:第一裝配凹槽
122:流道
122i:入口
122o:出口
122s:螺旋段
122id:口徑
122od:口徑
122sd:內徑
122sh:頭段
122sm:中段
122st:尾段
D1:最小距離
D2:最小距離
D3:最小距離
L:軸心線

Claims (9)

  1. 一種感測刀把，包括：一刀把單元，包含：一刀把座，其中該刀把座之內部形成一通道；一積層刀身，以一積層方式設置於該刀把座上，該積層刀身包含：一裝配結構，形成於該積層刀身的一外表面，並包含複數個第一裝配凹槽，以該積層刀身的一軸心線而兩兩對稱配置；以及複數個第二裝配凹槽，以該積層刀身的該軸心線而兩兩對稱配置；以及一螺旋狀流道，盤繞形成於該積層刀身中，其中該螺旋狀流道包含一入口及一出口，該入口連通該通道，該出口的一口徑小於該入口的一口徑，其中該螺旋狀流道更包含一螺旋段，該螺旋段的兩端分別連接該入口與該出口；一感測單元，設置於該裝配結構上；及一殼體，套設於該積層刀身上，並罩蓋該感測單元，且該殼體與該積層刀身之間形成一封閉空間。
  2. 如請求項1所述之感測刀把，其中該積層刀身係一粉床熔融成型件。
  3. 如請求項1所述之感測刀把，其中該入口的一中心與該出口的一中心皆位於該積層刀身的該軸心線。
  4. 如請求項1所述之感測刀把，其中該感測單元包含：一電路板；一傳輸單元，設置於該電路板上；一電源供應件，配置以供應該電路板與該傳輸單元所需的一電力，其中該電路板與該電源供應件設置於該些第一裝配凹槽中的對稱二者中；及至少一個感測器，該至少一個感測器中的每一者設置於該些第二裝配凹槽中的對應一者中，以及該至少一個感測器中的每一者電性連接該電路板；其中，該傳輸單元訊號連接該電路板與該至少一個感測器中的每一者。
  5. 如請求項1所述之感測刀把，其中該些第二裝配凹槽中的每一者的一外輪廓呈多邊形。
  6. 如請求項5所述之感測刀把，其中該些第二裝配凹槽中的每一者的該外輪廓呈六邊形。
  7. 如請求項1所述之感測刀把，其中該螺旋段的一內徑小於該入口的該口徑，以及該螺旋段的該內徑大 於該出口的該口徑。
  8. 如請求項7所述之感測刀把，其中該螺旋段的一中段至該積層刀身的該外表面的一最小距離，小於該螺旋段的一頭段至該積層刀身的該外表面的一最小距離，也小於該螺旋段的一尾段至該積層刀身的該外表面的一最小距離。
  9. 如請求項8所述之感測刀把，其中該頭段連接該入口，該尾段連接該出口，該中段的兩端分別連接該頭段與該尾段。
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