本申请涉及机械加工，具体涉及一种刀具应力温度检测装置及其制备方法。
背景技术：
1、近年来，随着数控技术、工业智能化和自动化的不断发展，机械加工的效率、质量和精度有了显著提高。刀具作为机床加工中的重要组成部分，其状态对机床的加工精度和工件表面质量有着重要的影响。机床加工过程中，刀具由于和被加工件直接接触而产生较大的冲击、摩擦和高温，造成破损，成为加工过程中普遍存在且不可避免的现象。若未及时停机更换新刀，则会造成工件报废，严重时，可能造成机床损坏。在数控机床的加工过程中，由于刀具和工件之间产生的切削力不断变化机床停机时间的20％是由刀具的破损引起的，如果刀具出现破损，则会对加工效率和加工质量造成一定程度的影响。比如，工件的加工精度降低、表面粗糙度增大、切削温度升高、切削振动、切削负载增大、无吃刀等。刀具破损是刀楔内机械应力和热应力综合作用的结果。刀具的机械应力状态和温度对刀具的破损起着不可忽视的作用。
2、刀具磨损的检测可以通过切削力信号、声发射信号、电流信号、及图像处理的方法。基于图像处理的方法受刀具切削环境碎屑的影响无法适用；电流信号将刀具受力状态转化为电流测量受工作电压影响大；声发射信号无法将切屑的断裂等影响消除，其高频信号的平稳性较差；声发射及电流信号等均是对刀具破损信号的反应，而切削力是最直接反应刀具磨损量的信号，应用切削力信号进行刀具磨损状况的检测准确度较高；但测力仪的成本较高，而且测力仪的安装对机床的结构要求较高，有时甚至因影响加工而无法安装。因此需要一款成本低、对刀具结构影响较小、便于安装的力学传感器，可以将刀具的力学变化量读取出来。氮化铝fbar压电谐振传感器结构紧凑,比较适合做力学传感器，但其谐振频率受温度和压力的耦合影响，不容易准确读出应力数值。
3、因此，采用新的方案，避免现有刀具应力检测存在的问题，将刀具的应力和温度通过尺寸更小，谐振频率的品质因数更高的谐振传感器测量出来具有重要意义。
技术实现思路
1、本申请提供一种刀具应力温度检测装置，可以解决现有技术中刀具磨损检测装置存在的成本高、对刀具结构影响较大、不便于安装力学传感器以及检测结果不准确的技术问题。
2、第一方面，本申请提供了一种刀具应力温度检测装置,包括：
3、刀柄机构，包括刀柄以及凸设于所述刀柄上的限位凸；
4、刀头机构，包括刀头以及设于所述刀头上的限位孔，所述刀头螺接固定于所述刀柄上，所述限位孔的孔形状与所述限位凸的外周形状匹配；
5、检测机构，包括力热敏感元件，所述力热敏感元件集成设置于所述限位凸上。
6、结合第一方面，在一种实施方式中，所述限位孔的数量为两个，所述限位凸的数量对应设置为2个，两个所述限位孔均为长方形孔，一所述限位孔的长度方向沿着所述刀柄长度方向设置，另一所述限位孔的长度方向垂直所述刀柄的长度方向设置。
7、结合第一方面，在一种实施方式中，所述力热敏感元件为兰姆波谐振器。
8、结合第一方面，在一种实施方式中，所述兰姆波谐振器为多层结构，由下至上依次为衬底和压电层，所述衬底底面固定于所述刀柄上，所述衬底顶面开设有凹槽，所述凹槽和所述压电层之间围合形成所述空腔；所述压电层顶面开设有多个沟槽，多个沟槽的顶部设有上电极。
9、结合第一方面，在一种实施方式中，所述兰姆波谐振器外表包覆金属保护层，所述金属保护层采用导热金属制成。
10、结合第一方面，在一种实施方式中，当所述限位凸配合于所述限位孔内时，所述空腔位于所述限位孔内。
11、结合第一方面，在一种实施方式中，所述压电层为pzt(lead zirconate titanatepiezoelectric ceramics锆钛酸铅压电陶瓷)、aln或linbo3。
12、第二方面，本申请提供了一种如上所述的刀具应力温度检测装置的制备方法,包括以下步骤：
13、在刀头上开设限位孔；
14、在刀柄头部加工限位凸，并将力热敏感元件集成设置于所述限位凸上；
15、将刀头通过限位孔配合于所述限位凸的外周的方式预安装于所述刀柄上；
16、将刀头和刀柄进一步螺接固定，完成刀柄上的刀头的安装固定，制得本申请提供的刀具应力温度检测装置。
17、结合第二方面，在一种实施方式中，所述在刀柄上加工限位凸，并将具有空腔的兰姆波器件集成设置于所述限位凸上包括：
18、在衬底顶面开设凹槽，使用牺牲材料填充所述凹槽；
19、在衬底上方制备压电层；
20、在压电层上方制备上电极；
21、图案化上电极；
22、使用上电极掩膜在压电层上刻蚀出沟槽结构；
23、再自所述沟槽结构出刻蚀直达所述凹槽的释放孔；
24、自所述释放孔向所述凹槽内注入刻蚀材料，刻蚀凹槽内的牺牲材料。
25、本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
26、本申请通过将力热敏感元件集成设置于刀柄的限位凸上，在刀头上开设限位孔，在刀具运行过程中，刀头应力集中于限位孔处，并传递至限位凸上的力热敏感元件上，通过力热敏感元件的谐振器频率变换转换为预紧力输出，刀头温度热传导至限位凸上，将刀具应力与温度变化分别转化为力热敏感元件的变化和材料的变化，实现对刀具的应力和温度的在线监测，检测结果更加灵敏、准确；
27、将力热敏感元件集成设置于刀柄上，更换磨损的刀头时，无需更换刀柄，无需再次安装力热敏感元件，结构经久耐用；
28、为刀具磨损检测提供了一种检测灵敏度高、检测准确、经久耐用的刀具应力温度检测装置，有效保障数控机床的平稳高效运行。
1.一种刀具应力温度检测装置,其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的刀具应力温度检测装置,其特征在于，所述限位孔的数量为两个，所述限位凸的数量对应设置为2个，两个所述限位孔均为长方形孔，一所述限位孔的长度方向沿着所述刀柄长度方向设置，另一所述限位孔的长度方向垂直所述刀柄的长度方向设置。
3.如权利要求1所述的刀具应力温度检测装置,其特征在于，所述力热敏感元件为兰姆波谐振器。
4.如权利要求3所述的刀具应力温度检测装置,其特征在于，所述兰姆波谐振器为多层结构，由下至上依次为衬底和压电层，所述衬底底面固定于所述刀柄上，所述衬底顶面开设有凹槽，所述凹槽和所述压电层之间围合形成空腔；所述压电层顶面开设有多个沟槽，多个沟槽的顶部设有上电极。
5.如权利要求4所述的刀具应力温度检测装置,其特征在于，所述兰姆波谐振器外表包覆金属保护层，所述金属保护层采用导热金属制成。
6.如权利要求4所述的刀具应力温度检测装置,其特征在于，当所述限位凸配合于所述限位孔内时，所述空腔位于所述限位孔内。
7.如权利要求4所述的刀具应力温度检测装置,其特征在于，所述压电层为pzt、aln或linbo3。
8.如权利要求1所述的刀具应力温度检测装置，其特征在于，所述刀头和刀柄的头部均开设有螺接孔，螺栓穿过两螺接孔配合螺母紧固连接刀头于刀柄上。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的刀具应力温度检测装置的制备方法,其特征在于，包括以下步骤：
10.如权利要求9所述的制备方法,其特征在于，所述在刀柄上加工限位凸，并将具有空腔的兰姆波器件集成设置于所述限位凸上包括：
