CN103639477B - 一种可测轴向力的钻动力头 - Google Patents

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Abstract

一种能准确控制孔的加工深度，又能提高加工效率的可测轴向力的钻动力头，主要由动力头1、测力盘10、电机18、齿轮箱16构成，所述的电机18将动力通过齿轮箱16传递给动力头1，所述的动力头1整体安装测力盘外环10b底部上，通过对测力盘10的应变敏感梁10a变形检测确定轴向力的大小，从而准确确定钻头接触工件表面时钻头位置和时间。

Description

一种可测轴向力的钻动力头
技术领域
本发明涉及钻孔加工技术领域，尤其涉及一种可测轴向力的钻动力头。
技术背景
目前，加工孔的深度控制有人工看读数控制或数控程序加工深度控制，存在以下缺陷：1、当在非加工表面打孔时，由于非加工表面的不一致，加工深度误差较大。2、当钻头磨损，导致钻头长度发生变化后，加工深度也产生误差。其关键问题是无法准确确定钻头接触工件表面时钻头位置和时间。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种可测轴向力的钻动力头。
本发明所采用的技术方案是：一种可测轴向力的钻动力头，其特征在于：包括动力头(1)、测力盘(10)、电机(18)、齿轮箱(16)，所述的电机(18)将动力通过齿轮箱(16)传递给动力头(1)，所述的动力头(1)整体安装测力盘(10)的外环底部上，通过对测力盘(10)的应变敏感梁变形检测确定轴向力的大小，从而准确确定钻头接触工件表面时钻头位置和时间。
所述的动力头(1)包括钻头(2)、挡板(3)、深沟球轴承(4)、深沟球轴承(5)、端面轴承(6)、主轴套(7)、深沟球轴承(8)、主轴(9)、套筒(11)、双螺母(13)、垫圈(21)，所述的钻头(2)安装在主轴(9)上，所述的挡板(3)与主轴套(7)通过螺栓连接，所述的深沟球轴承(4)外环、内环分别与挡板(3)、主轴(9)接触，主要承受径向力，所述的深沟球轴承(5)外环、内环分别与主轴套(7)、主轴(9)接触，主要承受径向力，所述的端面轴承(6)外环、内环分别与主轴套(6)、主轴(8)接触，主要承受轴向力，所述的主轴套(7)安装在测力盘(10)的外环底部上，通过螺钉连接，所述的深沟球轴承(8)外环、内环分别与主轴套(6)、主轴(8)接触，主要承受径向力，所述的主轴(9)通过双螺母(13)固定在齿轮(12)上，所述的套筒(11)套在主轴(9)上，两端分别连接深沟球轴承(8)和齿轮(12)，所述的套筒(11)外环与深沟球轴承(14)内环接触，所述的垫圈(21)上下两端分别连接深沟球轴承(5)、端面轴承(6)。
所述的测力盘(10)包括应变敏感梁(10a)、测力盘外环(10b)、测力盘内环(10c)，所述的应变敏感梁(10a)由数根成轮毂辐射状连接测力盘内环(10c)和测力盘外环(10b)，所述的测力盘内环(10c)直径小于测力盘外环(10b)的直径，所述的测力盘外环(10b)底部为安装平面，通过螺钉固定在滑座(15)上，所述的应变敏感梁(10a)受力方向上贴有应变片(10d)，所述的应变片(10d)通过检测敏感梁(10a)的变形量大小，然后进行力学标定，得到轴向钻削力的大小。
所述的齿轮箱(16)包括齿轮(12)、电机齿轮(17)、支撑环(19)、防尘环(20)，所述的齿轮(12)安装在主轴(9)上，通过键连接，所述的电机齿轮(17)安装在电机主轴上，通过键连接，所述的齿轮(12)和电机齿轮(17)相互啮合，所述的支撑环(19)上部连接电机(18)，通过螺钉紧固，下部与滑座(15)通过螺钉紧固，所述的防尘环(20)上部连接电机(18)，通过螺钉紧固，下部与滑座(15)通过螺钉紧固，所述的滑座(15)通过螺钉安装在机床导轨活动架上。
所述的钻头(2)加工工件，当与工件接触时，由于轴向钻削力的跳跃增加，可以通过机床进给坐标来确定钻孔的起点，从而控制钻孔深度；在钻孔的过程中，如发生钻头磨损或者钻头折断情况，轴向钻削力会急剧增大，所述的应变片(10d)通过检测敏感梁(10a)的变形量大小，然后进行力学标定，得到轴向钻削力的大小，实现钻孔加工过程的实时监测，减少事故的发生，选择合适刃磨钻头时间，提高钻头的使用寿命。在钻孔时，由于钻头(2)钻削产生的轴向力作用于工件表面，导致工件发生弹性变形，为了达到所要求的钻孔深度，以往的方法是通过钻头达到钻孔深度后多停留一段时间，但这种方法只能凭经验确定停留时间，效率很低。
所述的钻头(2)，在钻孔结束时，由于轴向切削力是跳跃降低直至为零，可以通过对轴向切削力的检测来准确确定钻削结束时间，减少以为钻孔过程的等待时间，提高加工效率。
本发明装置采用上述技术方案的有益效果为：
本发明装置结构设计解决了钻孔过程中钻削力大小测量的问题，能准确确定钻头接触工件表面时钻头的位置和时间；还可以准确确定钻削结束时间，减少钻孔过程的等待时间，提高加工效率；也为钻削力的检测提供了一种新的思想。
本发明可以用来检测钻孔过程中钻头的磨损是否达到磨损极限，以确定何时更换或者刃磨钻头；还可以检测钻孔过程中钻头是否有异常现象发生，如钻头断裂等。
本发明可单独使用，作为自动或手动钻孔设备的动力头。
附图说明
图1为本发明的二维结构示意图；
图2为本发明的总体三维装配示意图；
图3为本发明的动力头1装配示意图；
图4为本发明的动力头1内部结构示意图；
图5为本发明的主轴9与钻头2安装示意图；
图6为本发明中测力盘10的二维结构示意图；
图7为本发明中测力盘10的三维结构示意图；
图8为本发明中测力盘10与动力头1的安装示意图；
图9为本发明的电机18与电机齿轮17安装示意图；
图中：1、动力头，2、钻头，3、挡板，4、深沟球轴承，5、深沟球轴承，6、端面轴承，7、主轴套，8、深沟球轴承，9、主轴，10、测力盘，10a、应变敏感梁，10b、测力盘外环，10c、测力盘内环，10d、应变片，11、套筒，12、齿轮，13、双螺母，14、深沟球轴承，15、滑座，16、齿轮箱，17、电机齿轮，18、电机，19、支撑环，20、防尘环，21、垫圈。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本发明进一步说明。
如图1-9所示，一种可测轴向力的钻动力头，主要由动力头1、测力盘10、电机18、齿轮箱16构成，所述的电机18将动力通过齿轮箱16传递给动力头1，所述的动力头1整体安装测力盘外环10b底部上，通过对测力盘10的应变敏感梁10a变形检测确定轴向力的大小，从而准确确定钻头接触工件表面时钻头位置和时间。
如图1-9所示，所述的动力头1主要由钻头2、挡板3、深沟球轴承4、深沟球轴承5、端面轴承6、主轴套7、深沟球轴承8、主轴9、套筒11、双螺母13、垫圈21构成。所述的钻头2安装在主轴9上，作为一个整体，通过键连接固定在齿轮12上，所述的主轴9上部为加工螺纹，通过双螺母13将主轴9压紧在齿轮12上，所述的挡板3内环与深沟球轴承4外环紧固连接，与主轴套7通过螺栓固定，用来防止主轴的径向窜动。所述的深沟球轴承5外环、内环分别与主轴套7、主轴9接触，主要承受径向力。所述的端面轴承6外环、内环分别与主轴套7、主轴9接触，主要承受轴向力。所述的主轴套7通过螺钉固定在测力盘外环10b底部上。所述的深沟球轴承8外环、内环分别与主轴套7、主轴9接触，上部顶紧套筒11。所述的套筒11套在主轴9上，两端分别连接深沟球轴承8和齿轮12，用来支撑齿轮12。所述的垫圈21上下两端分别连接深沟球轴承5、端面轴承6。
如图5-6所示，所述的测力盘10包括应变敏感梁10a、测力盘外环10b、测力盘内环10c，所述的应变敏感梁10a由数根成轮毂辐射状连接测力盘内环10c和测力盘外环10b，所述的测力盘内环10c直径小于测力盘外环10b的直径，所述的测力盘外环10b底部为安装平面，通过螺钉固定在滑座15上，所述的应变敏感梁10a受力方向上贴有应变片10d，所述的应变片10d通过检测敏感梁10a的变形量大小，然后进行力学标定，得到轴向钻削力的大小。
所述的应变敏感梁10a由数根成轮毂辐射状梁组成，可以是三根、四根、五根或者更多。如采用四根时，结构如图6所示，一共有四个应变敏感梁成对称排列，相邻应变敏感梁成90°，所述的应变片10d一共有四片，分别贴在相对成180°的应变敏感梁的上下两侧，所述的应变敏感梁10a的厚度比测力盘内环10c薄一些，目的是方便应变片10d的贴片工作。
如图1-9所示，所述的齿轮箱16包括齿轮12、电机齿轮17、支撑环19、防尘环20，所述的齿轮12安装在主轴9上，通过键连接，所述的电机齿轮17安装在电机主轴上，通过键连接，所述的齿轮12和电机齿轮17相互啮合，所述的支撑环19上部连接电机18，通过螺钉紧固，下部与滑座15通过螺钉紧固，所述的防尘环20上部连接电机18，通过螺钉紧固，下部与滑座15通过螺钉紧固，所述的滑座15通过螺钉安装在机床导轨活动架上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不以本发明为限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种可测轴向力的钻动力头，其特征在于，该钻动力头主要由动力头(1)、测力盘(10)、电机(18)、齿轮箱(16)构成，所述的动力头(1)整体安装测力盘外环(10b)底部上，通过对测力盘(10)的应变敏感梁(10a)变形检测确定轴向力的大小，从而准确确定钻头接触工件表面时钻头位置和时间；所述的动力头(1)主要由钻头(2)、挡板(3)、深沟球轴承(4)、深沟球轴承(5)、端面轴承(6)、主轴套(7)、深沟球轴承(8)、主轴(9)、套筒(11)、双螺母(13)、垫圈(21)构成；所述的钻头(2)安装在主轴(9)上，作为一个整体，通过键连接固定在齿轮(12)上，所述的主轴(9)上部为加工螺纹，通过双螺母(13)将主轴(9)压紧在齿轮(12)上，所述的挡板(3)内环与深沟球轴承(4)外环紧固连接，与主轴套(7)通过螺栓固定，用来防止主轴的径向窜动；深沟球轴承(5)外环、内环分别与主轴套(7)、主轴(9)接触，主要承受径向力；所述的端面轴承(6)外环、内环分别与主轴套(7)、主轴(9)接触，主要承受轴向力；所述的主轴套(7)通过螺钉固定在测力盘外环(10b)底部上；所述的深沟球轴承(8)外环、内环分别与主轴套(7)、主轴(9)接触，上部顶紧套筒(11)；所述的套筒(11)套在主轴(9)上，两端分别连接深沟球轴承(8)和齿轮(12)，用来支撑齿轮(12)；所述的垫圈(21)上下两端分别连接深沟球轴承(5)、端面轴承(6)。
2.根据权利要求1所述一种可测轴向力的钻动力头，其特征在于，所述的测力盘(10)包括应变敏感梁(10a)、测力盘外环(10b)、测力盘内环(10c)，所述的应变敏感梁(10a)由数根成轮毂辐射状连接测力盘内环(10c)和测力盘外环(10b)，所述的测力盘内环(10c)直径小于测力盘外环(10b)的直径，所述的测力盘外环(10b)底部为安装平面，通过螺钉固定在滑座(15)上，所述的应变敏感梁(10a)受力方向上贴有应变片(10d)。
3.根据权利要求2所述一种可测轴向力的钻动力头，其特征在于，所述的应变敏感梁(10a)由数根成轮毂辐射状梁组成，可以是三根、四根、五根或者更多。
4.根据权利要求2要求所述一种可测轴向力的钻动力头，其特征在于，所述的应变敏感梁(10a)的厚度比测力盘内环(10c)薄一些。
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