CN103611963A - 在工件等直经位置钻孔的自动钻床及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明在工件等直经位置钻孔的自动钻床及其控制方法属于把普通手工操作的钻床改装为在同一工件上自动钻多个孔的自动钻床。在普通钻床基础上还包括钻头升降控制装置、工件转角控制装置和自动控制器；自动控制器分别与动力电机、钻头升降控制装置的钻头升降电机和工件转角控制装置的工件转角电机连接，对钻头的旋转、钻头的升降和工件转动进行自动控制。优点：在同一工件的相同半经位置上钻多个孔能实现只夹持一次工件，就能全自动的在该工件的相同半经位置上钻多个孔，而且钻孔位置的精确度高于全人工钻孔的精确度，还有加工时间短、加工成本低的优点。

Description

在工件等直经位置钻孔的自动钻床及其控制方法
  
技术领域
本发明属于机械加工设备的钻床技术领域，特别是涉及把普通手工操作的钻床改装为在同一工件上自动钻多个孔的自动钻床。 
背景技术
现在普通手工操作的钻床要在同一工件上钻多个孔，则要多次手工改变、效正工件位置，每钻一孔都要改变一次工件位置，并进行仔细效正钻下一孔的准确位置。这不仅耗时、耗人工、产品的生产成本高，而且钻孔位置的精确度受操作人员的技术和情绪影响，产品的合格率不稳定。 
发明内容
本发明的目的是提供把普通手工操作的钻床改造成的在工件等直经位置钻孔的自动钻床，即提供在同一工件上钻多个孔的时间短、用人工少的自动钻床；还提供这种自动钻床的自动控制方法。 
本发明的结构是： 
在工件等直经位置钻孔的自动钻床，包括钻头是竖直走向的钻床1，钻床1的底座2上竖立设置有固定的钻头支撑柱3，底座2表面上设有与底座2卡合滑动连接的载台板4，底座2和载台板4之间设有临时固定相对位置的固定机构，钻头支撑柱3的顶部设有动力电机5，动力电机5驱动钻床钻头6转动对工件加工处理，钻床钻头6还连接有一个控制钻床钻头6上下位置的竖向有齿柱7，竖向有齿柱7的齿条与一个圆形齿轮13咬合，转动圆形齿轮13能控制竖向有齿柱7上下运动，从而控制钻床钻头6上下运动，其特征在于：还包括电动控制钻床钻头6上下运动的钻头升降控制装置8、电动控制工件旋转角度的工件转角控制装置9和自动控制器10；自动控制器10分别与动力电机5、钻头升降控制装置8的钻头升降电机11和工件转角控制装置9的工件转角电机12连接，对钻头的旋转、钻头的升降和工件转动进行自动控制；
钻头升降控制装置8的结构：钻头支撑柱3上固定有一个升降电机固定台14，钻头升降电机11被固定在升降电机固定台14上，钻头升降电机11的输出轴上连接有螺纹杆15，螺纹杆15的螺纹与圆形齿轮13咬合，其钻头升降的各个驱动部件连接秩序为：钻头升降电机11、螺纹杆15、圆形齿轮13、竖向有齿柱7和钻床钻头6；螺纹杆15不同高度的两个位置分设有一个永磁块20，在螺纹杆15不同位置的两个永磁块20磁极相反的显出在外面；在靠近螺纹杆15的某一位置的钻头支撑柱3上设有测升降霍尔22，使该测升降霍尔22能感受到螺纹杆15上永磁块20的磁通量而发出电信号；测升降霍尔22的输出信号线分别与钻头升降电机11和自动控制器10内的第一电控开关连接。
工件转角控制装置9的结构：在载台板4上，竖立地固定有随载台板4同步运动的立支架16；在载台板4上，还设置有两个同步带齿轮17，该两个同步带齿轮17在载台板4上保持固定距离，该两个同步带齿轮17之间用同步带19传动连接，其中一个同步带齿轮17与工件转角电机12的输出轴连接，该同步带齿轮17为主动同步带齿轮17-1，工件转角电机12固定在立支架16上；另一个同步带齿轮17的上面连接夹持工件机构18，该同步带齿轮17为从动同步带齿轮17-2，从动同步带齿轮17-2的转动中心和夹持工件机构18夹持中心是同一个中心；从动同步带齿轮17-2带动夹持工件机构18同步转动；从动同步带齿轮17-2上设有多个永磁块20，在能感受永磁块20磁场的地方设有一个测转角霍尔21，测转角霍尔21的输出信号线分别与工件转角电机12和自动控制器10内的第一电控开关连接；连接；该测转角霍尔21能感受到从动同步带齿轮17-2上永磁块20的磁通量而输出电信号。 
自动控制器10的控制线路：包括第一电控开关和第二电控开关； 
第一电控开关有一个手动开关、两个被控制信号输入端和两个控制信号输出端，其中
［1］第一个被控制信号输入端连接测转角霍尔21的开关信号输出端，测转角霍尔21能检测从动同步带齿轮17-2的转动角度，通过从动同步带齿轮17-2的转动角度反馈控制第一电控开关；
［2］第二个被控制信号输入端连接测升降霍尔22的开关信号输出端，测升降霍尔22能检测螺纹杆15升降位置，通过螺纹杆15升降位置反馈控制第一电控开关；
［3］第一个控制信号输出端连接工件转角电机12，通过控制工件转角电机12来控制从动同步带齿轮17-2的转动角度；
［4］第二个控制信号输出端连接第二电控开关的关闭信号输入端，当第一电控开关处于打开状态时，使第二电控开关处于关闭状态。
第二电控开关有一个被控制信号输入端和两个控制信号输出端，其中 
［1］第一个被控制信号输入端连接第一电控开关的第二个控制信号输出端，当第一电控开关处于打开状态时，使第二电控开关处于关闭状态；当第一电控开关处于关闭状态时，使第二电控开关处于打开状态；
［2］第一个控制信号输出端连接钻头升降电机11；
［3］第二个控制信号输出端连接动力电机5。
在工件等直经位置钻孔的自动钻床的控制方法，其特征在于：工件转动角控制方法、钻头升降位置控制方法和钻头转动控制方法； 
工件转动角控制方法：第一电控开关输出启动信号给工件转角电机12，工件转角电机12的主动同步带齿轮17-1通过同步带19带动从动同步带齿轮17-2转动，转动到一定角度时，从动同步带齿轮17-2上的永磁块20使测转角霍尔21产生反馈控制用的电信号，测转角霍尔21把反馈控制用的电信号输给第一电控开关，第一电控开关产生对工件转角电机12停止转动的信号，工件转角电机12停止转动，动同步带齿轮17-2上的夹持工件机构18正好转动规定的角度，则夹持工件机构18上的工件也就转动规定的角度等待被加工；
钻头升降位置控制方法：第一电控开关输出启动信号给工件转角电机12时，第二电控开关被关闭；当测转角霍尔21产生反馈控制用的电信号将，第一电控开关进行关闭后，第一电控开关的关闭信号使第二电控开关被打开；打开的第二电控开关使钻头升降电机11正向转动，使螺纹杆15通过圆形齿轮13和竖向有齿柱7驱动钻床钻头6下降，钻床钻头6对工件钻孔；当钻床钻头6对工件钻孔完成后，螺纹杆15上的上位置永磁块20使测升降霍尔22产生使钻头升降电机11反向转动的控制信号，测升降霍尔22的反向转动控制信号使钻头升降电机11反向转动，螺纹杆15又通过圆形齿轮13和竖向有齿柱7驱动钻床钻头6上升离开工件；钻床钻头6上升离开工件一定距离后，螺纹杆15上的下位置永磁块20使测升降霍尔22产生使第一电控开关又从新打开的启动信号，第一电控开关从新打开启动，自动钻床对工件进行第二个钻孔的自动作业；
钻头转动控制方法：第一电控开关输出启动信号给工件转角电机12时，第二电控开关被关闭；当测转角霍尔21产生反馈控制用的电信号将，第一电控开关进行关闭后，第一电控开关的关闭信号使第二电控开关被打开；打开的第二电控开关启动动力电机5，动力电机5带动钻床钻头6转动，对工件进行钻孔作业。
本发明的优点：在同一工件的相同半经位置上钻多个孔能实现只夹持一次工件，就能全自动的在该工件的相同半经位置上钻多个孔，而且钻孔位置的精确度高于全人工钻孔的精确度，还有加工时间短、加工成本低的优点。 
附图说明
图1是在工件等直经位置钻孔的自动钻床的结构示意图； 
图2是在工件等直经位置钻孔的自动钻床的控制方法的控制过程方框图。
图中1是钻床、2是底座、3是钻头支撑柱、4是载台板、5是动力电机、6是钻床钻头、7是竖向有齿柱、8是钻头升降控制装置、9是工件转角控制装置、10是自动控制器、11是钻头升降电机、12是工件转角电机、13是圆形齿轮、14是升降电机固定台、15是螺纹杆、16是立支架、17是同步带齿轮、17-1是主动同步带齿轮、17-2是从动同步带齿轮、18是夹持工件机构、19是同步带、20是永磁块、21是测转角霍尔、22是测升降霍尔。 
具体实施方式
实施例1、在工件等直经位置钻孔的自动钻床及其控制方法 
在工件等直经位置钻孔的自动钻床如图1，包括钻头是竖直走向的钻床1，钻床1的底座2上竖立设置有固定的钻头支撑柱3，底座2表面上设有与底座2卡合滑动连接的载台板4，底座2和载台板4之间设有临时固定相对位置的固定机构，钻头支撑柱3的顶部设有动力电机5，动力电机5驱动钻床钻头6转动对工件加工处理，钻床钻头6还连接有一个控制钻床钻头6上下位置的竖向有齿柱7，竖向有齿柱7的齿条与一个圆形齿轮13咬合，转动圆形齿轮13能控制竖向有齿柱7上下运动，从而控制钻床钻头6上下运动。
还包括电动控制钻床钻头6上下运动的钻头升降控制装置8、电动控制工件旋转角度的工件转角控制装置9和自动控制器10；自动控制器10分别与动力电机5、钻头升降控制装置8的钻头升降电机11和工件转角控制装置9的工件转角电机12连接，对钻头的旋转、钻头的升降和工件转动进行自动控制。 
钻头升降控制装置8的结构：钻头支撑柱3上固定有一个升降电机固定台14，钻头升降电机11被固定在升降电机固定台14上，钻头升降电机11的输出轴上连接有螺纹杆15，螺纹杆15的螺纹与圆形齿轮13咬合，其钻头升降的各个驱动部件连接秩序为：钻头升降电机11、螺纹杆15、圆形齿轮13、竖向有齿柱7和钻床钻头6；螺纹杆15不同高度的两个位置分设有一个永磁块20，在螺纹杆15不同位置的两个永磁块20磁极相反的显出在外面；在靠近螺纹杆15的某一位置的钻头支撑柱3上设有测升降霍尔22，使该测升降霍尔22能感受到螺纹杆15上永磁块20的磁通量而发出电信号；测升降霍尔22的输出信号线分别与钻头升降电机11和自动控制器10内的第一电控开关连接。 
工件转角控制装置9的结构：在载台板4上，竖立地固定有随载台板4同步运动的立支架16；在载台板4上，还设置有两个同步带齿轮17，该两个同步带齿轮17在载台板4上保持固定距离，该两个同步带齿轮17之间用同步带19传动连接，其中一个同步带齿轮17与工件转角电机12的输出轴连接，该同步带齿轮17为主动同步带齿轮17-1，工件转角电机12固定在立支架16上；另一个同步带齿轮17的上面连接夹持工件机构18，该同步带齿轮17为从动同步带齿轮17-2，从动同步带齿轮17-2的转动中心和夹持工件机构18夹持中心是同一个中心；从动同步带齿轮17-2带动夹持工件机构18同步转动；从动同步带齿轮17-2上设有多个永磁块20，在能感受永磁块20磁场的地方设有一个测转角霍尔21，测转角霍尔21的输出信号线分别与工件转角电机12和自动控制器10内的第一电控开关连接；连接；该测转角霍尔21能感受到从动同步带齿轮17-2上永磁块20的磁通量而输出电信号。 
自动控制器10的控制线路：包括第一电控开关和第二电控开关； 
第一电控开关有一个手动开关、两个被控制信号输入端和两个控制信号输出端，其中
［1］第一个被控制信号输入端连接测转角霍尔21的开关信号输出端，测转角霍尔21能检测从动同步带齿轮17-2的转动角度，通过从动同步带齿轮17-2的转动角度反馈控制第一电控开关；
［2］第二个被控制信号输入端连接测升降霍尔22的开关信号输出端，测升降霍尔22能检测螺纹杆15升降位置，通过螺纹杆15升降位置反馈控制第一电控开关；
［3］第一个控制信号输出端连接工件转角电机12，通过控制工件转角电机12来控制从动同步带齿轮17-2的转动角度；
［4］第二个控制信号输出端连接第二电控开关的关闭信号输入端，当第一电控开关处于打开状态时，使第二电控开关处于关闭状态。
第二电控开关有一个被控制信号输入端和两个控制信号输出端，其中 
［1］第一个被控制信号输入端连接第一电控开关的第二个控制信号输出端，当第一电控开关处于打开状态时，使第二电控开关处于关闭状态；当第一电控开关处于关闭状态时，使第二电控开关处于打开状态；
［2］第一个控制信号输出端连接钻头升降电机11；
［3］第二个控制信号输出端连接动力电机5。
  
如图2、在工件等直经位置钻孔的自动钻床的控制方法， 
工件转动角控制方法、钻头升降位置控制方法和钻头转动控制方法如下；
工件转动角控制方法：第一电控开关输出启动信号给工件转角电机12，工件转角电机12的主动同步带齿轮17-1通过同步带19带动从动同步带齿轮17-2转动，转动到一定角度时，从动同步带齿轮17-2上的永磁块20使测转角霍尔21产生反馈控制用的电信号，测转角霍尔21把反馈控制用的电信号输给第一电控开关，第一电控开关产生对工件转角电机12停止转动的信号，工件转角电机12停止转动，动同步带齿轮17-2上的夹持工件机构18正好转动规定的角度，则夹持工件机构18上的工件也就转动规定的角度等待被加工；
钻头升降位置控制方法：第一电控开关输出启动信号给工件转角电机12时，第二电控开关被关闭；当测转角霍尔21产生反馈控制用的电信号将，第一电控开关进行关闭后，第一电控开关的关闭信号使第二电控开关被打开；打开的第二电控开关使钻头升降电机11正向转动，使螺纹杆15通过圆形齿轮13和竖向有齿柱7驱动钻床钻头6下降，钻床钻头6对工件钻孔；当钻床钻头6对工件钻孔完成后，螺纹杆15上的上位置永磁块20使测升降霍尔22产生使钻头升降电机11反向转动的控制信号，测升降霍尔22的反向转动控制信号使钻头升降电机11反向转动，螺纹杆15又通过圆形齿轮13和竖向有齿柱7驱动钻床钻头6上升离开工件；钻床钻头6上升离开工件一定距离后，螺纹杆15上的下位置永磁块20使测升降霍尔22产生使第一电控开关又从新打开的启动信号，第一电控开关从新打开启动，自动钻床对工件进行第二个钻孔的自动作业；
钻头转动控制方法：第一电控开关输出启动信号给工件转角电机12时，第二电控开关被关闭；当测转角霍尔21产生反馈控制用的电信号将，第一电控开关进行关闭后，第一电控开关的关闭信号使第二电控开关被打开；打开的第二电控开关启动动力电机5，动力电机5带动钻床钻头6转动，对工件进行钻孔作业。

Claims (2)

1.在工件等直经位置钻孔的自动钻床，包括钻头是竖直走向的钻床（1），钻床（1）的底座（2）上竖立设置有固定的钻头支撑柱（3），底座（2）表面上设有与底座（2）卡合滑动连接的载台板（4），底座（2）和载台板（4）之间设有临时固定相对位置的固定机构，钻头支撑柱（3）的顶部设有动力电机（5），动力电机（5）驱动钻床钻头（6）转动对工件加工处理，钻床钻头（6）还连接有一个控制钻床钻头（6）上下位置的竖向有齿柱（7），竖向有齿柱（7）的齿条与一个圆形齿轮（13）咬合，转动圆形齿轮（13）能控制竖向有齿柱（7）上下运动，从而控制钻床钻头（6）上下运动，其特征在于：还包括电动控制钻床钻头（6）上下运动的钻头升降控制装置（8）、电动控制工件旋转角度的工件转角控制装置（9）和自动控制器（10）；自动控制器（10）分别与动力电机（5）、钻头升降控制装置（8）的钻头升降电机（11）和工件转角控制装置（9）的工件转角电机（12）连接，对钻头的旋转、钻头的升降和工件转动进行自动控制；
钻头升降控制装置（8）的结构：钻头支撑柱（3）上固定有一个升降电机固定台（14），钻头升降电机（11）被固定在升降电机固定台（14）上，钻头升降电机（11）的输出轴上连接有螺纹杆（15），螺纹杆（15）的螺纹与圆形齿轮（13）咬合，其钻头升降的各个驱动部件连接秩序为：钻头升降电机（11）、螺纹杆（15）、圆形齿轮（13）、竖向有齿柱（7）和钻床钻头（6）；螺纹杆（15）不同高度的两个位置分设有一个永磁块（20），在螺纹杆（15）不同位置的两个永磁块（20）磁极相反的显出在外面；钻头支撑柱（3）在靠近螺纹杆（15）的某一位置设有测升降霍尔（22），使该测升降霍尔（22）能感受到螺纹杆（15）上永磁块（20）的磁通量而发出信号；测升降霍尔（22）的输出信号线分别与钻头升降电机（11）和自动控制器（10）内的第一电控开关连接；
工件转角控制装置（9）的结构：在载台板（4）上，竖立固定有随载台板（4）同步运动的立支架（16）；在载台板（4）上，还设置有两个同步带齿轮（17），该两个同步带齿轮（17）在载台板（4）上保持固定距离，该两个同步带齿轮（17）之间用同步带（19）传动连接，其中一个同步带齿轮（17）与工件转角电机（12）的输出轴连接，该同步带齿轮（17）为主动同步带齿轮（17-1），工件转角电机（12）固定在立支架（16）上；另一个同步带齿轮（17）的上面连接夹持工件机构（18），该同步带齿轮（17）为从动同步带齿轮（17-2），从动同步带齿轮（17-2）的转动中心和夹持工件机构（18）夹持中心是同一个中心；从动同步带齿轮（17-2）带动夹持工件机构（18）同步转动；从动同步带齿轮（17-2）上设有多个永磁块（20），在能感受永磁块（20）磁场的地方设有一个测转角霍尔（21），测转角霍尔（21）的输出信号线分别与工件转角电机（12）和自动控制器（10）内的第一电控开关连接；连接；该测转角霍尔（21）能感受到从动同步带齿轮（17-2）上永磁块（20）的磁通量而输出电信号；
自动控制器（10）的控制线路：包括第一电控开关和第二电控开关；
第一电控开关有一个手动开关、两个被控制信号输入端和两个控制信号输出端，其中
［1］第一个被控制信号输入端连接测转角霍尔（21）的开关信号输出端，测转角霍尔（21）能检测从动同步带齿轮（17-2）的转动角度，通过从动同步带齿轮（17-2）的转动角度反馈控制第一电控开关；
［2］第二个被控制信号输入端连接测升降霍尔（22）的开关信号输出端，测升降霍尔（22）能检测螺纹杆（15）升降位置，通过螺纹杆（15）升降位置反馈控制第一电控开关；
［3］第一个控制信号输出端连接工件转角电机（12），通过控制工件转角电机（12）来控制从动同步带齿轮（17-2）的转动角度；
［4］第二个控制信号输出端连接第二电控开关的关闭信号输入端，当第一电控开关处于打开状态时，使第二电控开关处于关闭状态； 
第二电控开关有一个被控制信号输入端和两个控制信号输出端，其中
［1］第一个被控制信号输入端连接第一电控开关的第二个控制信号输出端，当第一电控开关处于打开状态时，使第二电控开关处于关闭状态；当第一电控开关处于关闭状态时，使第二电控开关处于打开状态；
［2］第一个控制信号输出端连接钻头升降电机（11）；
［3］第二个控制信号输出端连接动力电机（5）。
2.在工件等直经位置钻孔的自动钻床的控制方法，其特征在于：工件转动角控制方法、钻头升降位置控制方法和钻头转动控制方法；
工件转动角控制方法：第一电控开关输出启动信号给工件转角电机（12），工件转角电机（12）的主动同步带齿轮（17-1）通过同步带（19）带动从动同步带齿轮（17-2）转动，转动到一定角度时，从动同步带齿轮（17-2）上的永磁块（20）使测转角霍尔（21）产生反馈控制用的电信号，测转角霍尔（21）把反馈控制用的电信号输给第一电控开关，第一电控开关产生对工件转角电机（12）停止转动的信号，工件转角电机（12）停止转动，动同步带齿轮（17-2）上的夹持工件机构（18）正好转动规定的角度，则夹持工件机构（18）上的工件也就转动规定的角度等待被加工；
钻头升降位置控制方法：第一电控开关输出启动信号给工件转角电机（12）时，第二电控开关被关闭；当测转角霍尔（21）产生反馈控制用的电信号将，第一电控开关进行关闭后，第一电控开关的关闭信号使第二电控开关被打开；打开的第二电控开关使钻头升降电机（11）正向转动，使螺纹杆（15）通过圆形齿轮（13）和竖向有齿柱（7）驱动钻床钻头（6）下降，钻床钻头（6）对工件钻孔；当钻床钻头（6）对工件钻孔完成后，螺纹杆（15）上的上位置永磁块（20）使测升降霍尔（22）产生使钻头升降电机（11）反向转动的控制信号，测升降霍尔（22）的反向转动控制信号使钻头升降电机（11）反向转动，螺纹杆（15）又通过圆形齿轮（13）和竖向有齿柱（7）驱动钻床钻头（6）上升离开工件；钻床钻头（6）上升离开工件一定距离后，螺纹杆（15）上的下位置永磁块（20）使测升降霍尔（22）产生使第一电控开关又从新打开的启动信号，第一电控开关从新打开启动，自动钻床对工件进行第二个钻孔的自动作业；
钻头转动控制方法：第一电控开关输出启动信号给工件转角电机（12）时，第二电控开关被关闭；当测转角霍尔（21）产生反馈控制用的电信号将，第一电控开关进行关闭后，第一电控开关的关闭信号使第二电控开关被打开；打开的第二电控开关启动动力电机（5），动力电机（5）带动钻床钻头（6）转动，对工件进行钻孔作业。
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