CN103878408A - 一种激光指示器辅助的钻孔方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种激光指示器辅助的钻孔方法，包括：(1)装夹工件；(2)控制激光指示器发出的激光束在工件上的指示点旋转，得到将要钻孔的中心圆点；(3)水平移动工件，使得工件上预先设定的待钻孔位置与中心圆点重合；(4)调节姿态调整臂的运动关节，使得激光束在工件上的指示点旋转圆的直径等于零件图纸上待钻孔的直径；(5)通过数控机床驱动钻头沿着进给路线进行一次钻孔加工；(6)比较激光束在工件上的指示点旋转圆是否所钻孔边缘重合；(7)重复执行步骤(3)～(6)，直至完成所有孔的加工。本发明还同时提供了一种激光指示器辅助的钻孔装置。上述方法和装置可以方便、灵活的完成工件的钻孔定位和钻孔加工质量在线检测。
Description
技术领域
本发明属于机械加工领域，具体涉及一种激光指示器辅助的钻孔方法及装置。
背景技术
激光指示器(Laser pointer)，又称为激光笔、指星笔等，是把可见激光设计成便携、手易握、激光模组(二极管)加工成的笔型发射器。常见的激光指示器有红光(650-660nm)、绿光(532nm)、蓝光(445-450nm)和蓝紫光(405nm)等。通常在会报、教学、导赏人员都会使用它来投映一个光点或一条光线指向物体。
钻夹头是钻具上用于装夹钻头的机构，夹住钻头，使钻头可以高速旋转。钻夹头可以精确地自动定心并夹紧钻具，工作时需要采用装有不同钻具(如中心钻、钻头、铰刀、丝锥等)的钻夹头时，可以松开定位螺钉，转动扇形体到所需位置后，紧固定位螺钉，实现钻夹头多工位的移动。
在钻具工作时，需要预先人工将工件待钻孔的位置定位在钻头的进给路线上，一般需要手动扳动或控制钻头沿其进给路线行进，比划一下将要钻孔的位置是否准确，若有偏差则移动工件，再次扳动或控制钻头沿其进给路线行进，再比划一下将要钻孔的位置是否准确，如此反复，过程十分繁琐，并且多次比划对工件的表面有损伤，对于有较高精密光洁度要求的表面十分不利；而且，钻孔质量(孔径、孔圆度等)，则需要钻孔后采用其他测量工具进行检测，对于大批量孔加工，十分费时费力。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种可以方便、灵活的完成工件的钻孔定位和钻孔加工质量在线检测的激光指示器辅助的钻孔方法；本发明还同时提供了一种激光指示器辅助的钻孔装置。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种激光指示器辅助的钻孔方法，包括如下步骤：
(1)在钻床上安装钻头和待钻孔平板工件，在钻夹头的钻夹套外侧壁上安装一具有至少两个铰接运动关节的姿态调整臂，在所述姿态调整臂的末端安装激光指示器；
所述钻头沿钻夹头的中心轴线竖直设置，使得钻头的进给路线沿着钻夹头的中心轴线方向，并且垂直于待钻孔平板工件表面；
所述姿态调整臂为平面连杆机构，各连杆之间铰接，连杆数目使得具有至少两个铰接运动关节；
所述铰接运动关节的运动使得安装在姿态调整臂末端的激光指示器的空间方位处在一个平面内调整，姿态调整臂与钻夹套的安装方位使得钻头的进给路线和激光指示器发出的指示激光束轴线位于同一平面内，并且激光指示器下端高于钻头下端，钻头的进给路线与激光指示器不相交以避免运动干涉；
(2)保持激光指示器开启，保持钻头在进给路线的初始位置，用手扳动或电动控制所述钻夹头缓慢旋转，使得激光指示器发出的激光束在工件上的指示点也缓慢旋转；
与此同时，调节姿态调整臂的铰接运动关节，使得激光束在工件上的指示点旋转圆的直径逐渐变小，直至变为一中心圆点；该中心圆点即为钻头沿进给路线进给时将要钻孔的位置；
(3)保持或停止钻夹头的旋转，水平移动工件，使得工件上预先设定的待钻孔位置与所述中心圆点重合，此时即完成了钻孔的定位工作；
(4)用手扳动或电动控制所述钻夹头缓慢旋转，使得激光指示器发出的激光束在工件上的指示点也缓慢旋转；与此同时，调节姿态调整臂的铰接运动关节，使得激光束在工件上的指示点旋转圆的直径等于零件图纸上待钻孔的直径；
(5)通过数控机床驱动钻头沿着进给路线进行一次钻孔加工；
(6)保持激光指示器开启，保持钻头在进给路线的初始位置，用手扳动或电动控制所述钻夹头缓慢旋转，使得激光指示器发出的激光束在工件上的指示点也缓慢旋转，比较激光束在工件上的指示点旋转圆是否所钻孔边缘重合，亦即当前所钻孔直径和圆度是否满足零件图的钻孔技术要求；若所钻孔直径小于零件图纸上待钻孔的直径，则重复进行步骤(5)～(6)；
(7)重复执行步骤(3)～(6)，直至完成所有孔的加工。
进一步的，在步骤(3)～(6)中均可加入更换钻头的操作，同时保证钻头沿钻夹头的中心轴线竖直安装。
本发明还同时提供了一种激光指示器辅助的钻孔装置，包括钻夹头接头、钻夹套、钻头锁紧机构、自动定心夹爪和钻头，钻夹头接头固定安装在钻夹套上，用于与机床主轴配合连接；钻头通过自动定心夹爪和钻头锁紧机构安装在钻夹套上；
其特征在于，所述钻夹套的外侧壁上安装有一具有至少两个铰接运动关节的姿态调整臂，所述姿态调整臂的末端安装有一激光指示器；
所述钻头沿钻夹头的中心轴线竖直设置，使得钻头的进给路线沿着钻夹头的中心轴线方向，并且垂直于待钻孔平板工件表面；
所述姿态调整臂为平面连杆机构，各连杆之间铰接，连杆数目使得具有至少两个铰接运动关节，两个铰接运动关节的运动使得安装在姿态调整臂末端的激光指示器的空间方位处在一个平面内调整；
所述姿态调整臂与钻夹套的安装方位使得钻头的进给路线和激光指示器发出的指示激光束轴线位于同一平面内，并且激光指示器下端高于钻头下端，钻头的进给路线与激光指示器不相交以避免运动干涉。
进一步的，所述姿态调整臂包括水平固定臂、第一活动臂和第二活动臂，水平固定臂的一端固定在钻夹套的外侧壁上，另一端与第一活动臂的第一端铰接，第一活动臂的第二端与第二活动臂的第一端铰接，激光指示器固定安装在第二活动臂的第二端。
本发明所述的激光指示器辅助的钻孔方法及装置，其有益效果如下：
1、传统钻具工作时，需要预先控制钻头沿其进给路线行进并让钻头尖端接触工件来比划一下将要钻孔的位置是否准确，若有偏差则移动工件，再次扳动或控制钻头沿其进给路线行进，再比划一下将要钻孔的位置是否准确，如此反复，过程十分繁琐，并且多次比划对工件的表面有损伤，对于有较高精密光洁度要求的表面十分不利。本发明采用激光指示定位钻孔位置，利用了激光的方向性好、非接触的特征，无须钻头的进给动作，解决了接触损伤的问题，并且指示点比钻头尖端更为精细，更加精确可靠。
本发明的第(1)、(2)步骤相当于将钻头进给路线进行了可视化定位，这对于平板工件上的大批量钻孔加工时，十分实用，这是因为一旦根据工件与钻头的距离，调节激光束在工件上的指示点旋转圆近似成一个中心圆点的过程之后(即第(1)、(2)两步)，该过程只需一次，后续其他孔的定位，可以直接进行第三步移动工件定位即可，省时省力。
2、本发明还提供了钻孔过程中的在线钻孔质量检测功能，无须取下或移动工件，操作十分简易方便。通过比较激光束在工件上的指示点旋转圆是否所钻孔边缘重合，亦即当前钻孔直径和圆度是否满足零件图的钻孔技术要求。若钻孔直径小于零件图的钻孔技术要求，方便立刻修正。
3、本发明在完成一次第(1)、(2)步骤之后，后续钻孔步骤中均可以加入更换钻头的操作，只需保证钻头沿钻夹头的中心轴线竖直安装，无须再次按第(1)、(2)步骤对钻头进给路线进行定位，通过更换不同类型的钻头或铰刀或镗刀，从而实现钻孔、扩孔、铰孔、镗孔等不同操作，解决了传统方法需要重新进给比划钻孔位置的繁琐，简易方便。
在钻头的更换安装过程中，还可以进行一次进给并让钻头尖端接触工件划出印记，当钻头回位之后，通过指示光旋转圆中心圆点与印记的重合度，来检测钻头的安装是否偏斜了钻夹头的中心轴线，十分实用。
4、本发明装置结构简单可靠，易于拆装，调试方便。
5、本发明装置对当前市面上钻夹头与钻床的接口结构无破坏，适用性广泛，对已有钻夹头的改造成本低。
附图说明
图1为本发明所述激光指示器辅助的钻孔装置的结构图；
图中各标号的含义如下：
钻夹头接头1、钻夹套2、钻头锁紧机构3、自动定心夹爪4、钻头5、激光指示器6、水平固定臂7、第一活动臂8、第二活动臂9、激光束10、进给路线11、工件12、第一铰接点13、第二铰接点14。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供了一种激光指示器辅助的钻孔装置，包括钻夹头接头1、钻夹套2、钻头锁紧机构3、自动定心夹爪4和钻头5，钻夹头接头1固定安装在钻夹套2上，用于与机床主轴配合连接；钻头5通过自动定心夹爪4和钻头锁紧机构3安装在钻夹套2上。所述钻夹套2的外侧壁上安装有一具有至少两个铰接铰接运动关节的姿态调整臂，所述姿态调整臂的末端安装有一激光指示器6。所述姿态调整臂为平面连杆机构，各连杆之间铰接，连杆数目使得具有至少两个铰接铰接运动关节。
所述钻头5沿钻夹头的中心轴线竖直设置，使得钻头5的进给路线沿着钻夹头的中心轴线方向，并且垂直于待钻孔平板工件(以下简称工件12)表面；所述姿态调整臂为平面连杆机构，两个铰接运动关节的运动使得安装在姿态调整臂末端的激光指示器6的空间方位处在一个平面内调整，姿态调整臂与钻夹套2的安装方位使得钻头5的进给路线和激光指示器6发出的指示激光束轴线位于同一平面内，并且激光指示器6的下端高于钻头5下端，钻头5的进给路线与激光指示器6不相交以避免运动干涉。
其中，所述姿态调整臂包括水平固定臂7、第一活动臂8和第二活动臂9，水平固定臂7的一端固定在钻夹套2的外侧壁上，水平固定臂7的另一端与第一活动臂8的第一端铰接在第一铰接点13，第一活动臂8的第二端与第二活动臂9的第一端铰接在第二铰接点14，激光指示器6固定安装在第二活动臂9的第二端。当然姿态调整臂还可以采用其他结构，只要其能改变激光指示器的姿态即可。
采用上述装置进行钻孔的方法，包括如下步骤：
(1)在钻床上安装钻头5和工件12，在钻夹头的钻夹套2外侧壁上安装一具有两个铰接运动关节的姿态调整臂，在所述姿态调整臂的末端安装激光指示器6；
要求钻头5沿钻夹头的中心轴线竖直设置，使得钻头5的进给路线11沿着钻夹头的中心轴线方向，并且垂直于工件12表面；
要求姿态调整臂为平面连杆机构，两个铰接运动关节的运动使得安装在姿态调整臂末端的激光指示器的空间方位处在一个平面内调整，姿态调整臂与钻夹套2的安装方位使得钻头5的进给路线12和激光指示器6发出的指示激光束10轴线位于同一平面内；，并且激光指示器6下端高于钻头5下端，钻头5的进给路线与激光指示器6不相交以避免运动干涉。
(2)保持激光指示器6开启，保持钻头5在进给路线11的初始位置，用手扳动或电动控制所述钻夹头缓慢旋转，使得激光指示器6发出的激光束10在工件上的指示点也缓慢旋转，根据步骤(1)中限定的钻头5、激光指示器6、姿态调整臂、工件12的空间安装方位，指示点的运动轨迹为圆形，称为指示点旋转圆；与此同时，调节姿态调整臂的铰接运动关节，使得激光束10在工件12上的指示点旋转圆的直径逐渐变小，直至变为一中心圆点；该中心圆点即为钻头5沿进给路线12进给时将要钻孔的位置；
(3)保持钻头5在进给路线12的初始位置，保持或停止钻夹头的旋转，水平移动工件12，使得工件12上预先设定的待钻孔位置与所述中心圆点重合，此时即完成了钻孔的定位工作；
(4)保持激光指示器6开启，保持钻头5在进给路线的初始位置，用手扳动或电动控制所述钻夹头缓慢旋转，使得激光指示器6发出的激光束在工件12上的指示点也缓慢旋转；与此同时，调节姿态调整臂的铰接运动关节，使得激光束10在工件12上的指示点旋转圆的直径等于零件图纸上待钻孔的直径；
(5)通过数控机床驱动钻头5沿着进给路线12进行一次钻孔加工；
(6)保持激光指示器6开启，保持钻头5在进给路线12的初始位置，用手扳动或电动控制所述钻夹头缓慢旋转，使得激光指示器6发出的激光束在工件12上的指示点也缓慢旋转，比较激光束10在工件12上的指示点旋转圆是否所钻孔边缘重合，亦即当前所钻孔直径和圆度是否满足零件图的钻孔技术要求。若所钻孔直径小于零件图的钻孔技术要求，则重复进行步骤(5)～(6)。
(7)重复执行步骤(3)～(6)，直至完成所有孔的加工。
优选的，在步骤(2)完成之后，在步骤(3)～(6)中均可以加入更换钻头的操作，只需保证钻头沿钻夹头的中心轴线竖直安装，通过更换不同类型的钻头或铰刀或镗刀，从而实现钻孔、扩孔、铰孔、镗孔等不同操作。
本发明可改变为多种方式对本领域的技术人员是显而易见的，这样的改变不认为脱离本发明的范围。所有这样的对所述领域的技术人员显而易见的修改，将包括在本权利要求的范围之内。
Claims (4)
1.一种激光指示器辅助的钻孔方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在钻床上安装钻头和待钻孔平板工件，在钻夹头的钻夹套外侧壁上安装一具有至少两个铰接运动关节的姿态调整臂，在所述姿态调整臂的末端安装激光指示器；
所述钻头沿钻夹头的中心轴线竖直设置，使得钻头的进给路线沿着钻夹头的中心轴线方向，并且垂直于待钻孔平板工件表面；
所述姿态调整臂为平面连杆机构，各连杆之间铰接，连杆数目使得具有至少两个铰接运动关节；
所述铰接运动关节的运动使得安装在姿态调整臂末端的激光指示器的空间方位处在一个平面内调整，姿态调整臂与钻夹套的安装方位使得钻头的进给路线和激光指示器发出的指示激光束轴线位于同一平面内，并且激光指示器下端高于钻头下端，钻头的进给路线与激光指示器不相交以避免运动干涉；
(2)保持激光指示器开启，保持钻头在进给路线的初始位置，用手扳动或电动控制所述钻夹头缓慢旋转，使得激光指示器发出的激光束在工件上的指示点也缓慢旋转；
与此同时，调节姿态调整臂的铰接运动关节，使得激光束在工件上的指示点旋转圆的直径逐渐变小，直至变为一中心圆点；该中心圆点即为钻头沿进给路线进给时将要钻孔的位置；
(3)保持或停止钻夹头的旋转，水平移动工件，使得工件上预先设定的待钻孔位置与所述中心圆点重合，此时即完成了钻孔的定位工作；
(4)用手扳动或电动控制所述钻夹头缓慢旋转，使得激光指示器发出的激光束在工件上的指示点也缓慢旋转；与此同时，调节姿态调整臂的铰接运动关节，使得激光束在工件上的指示点旋转圆的直径等于零件图纸上待钻孔的直径；
(5)通过数控机床驱动钻头沿着进给路线进行一次钻孔加工；
(6)保持激光指示器开启，保持钻头在进给路线的初始位置，用手扳动或电动控制所述钻夹头缓慢旋转，使得激光指示器发出的激光束在工件上的指示点也缓慢旋转，比较激光束在工件上的指示点旋转圆是否所钻孔边缘重合，亦即当前所钻孔直径和圆度是否满足零件图的钻孔技术要求；若所钻孔直径小于零件图纸上待钻孔的直径，则重复进行步骤(5)～(6)；
(7)重复执行步骤(3)～(6)，直至完成所有孔的加工。
2.根据权利要求1所述的激光指示器辅助的钻孔方法，其特征在于，在步骤(3)～(6)中均可加入更换钻头的操作，同时保证钻头沿钻夹头的中心轴线竖直安装。
3.一种激光指示器辅助的钻孔装置，包括钻夹头接头、钻夹套、钻头锁紧机构、自动定心夹爪和钻头，钻夹头接头固定安装在钻夹套上，用于与机床主轴配合连接；钻头通过自动定心夹爪和钻头锁紧机构安装在钻夹套上；
其特征在于，所述钻夹套的外侧壁上安装有一具有至少两个铰接运动关节的姿态调整臂，所述姿态调整臂的末端安装有一激光指示器；
所述钻头沿钻夹头的中心轴线竖直设置，使得钻头的进给路线沿着钻夹头的中心轴线方向，并且垂直于待钻孔平板工件表面；
所述姿态调整臂为平面连杆机构，各连杆之间铰接，连杆数目使得姿态调整臂具有至少两个铰接运动关节，两个铰接运动关节的运动使得安装在姿态调整臂末端的激光指示器的空间方位处在一个平面内调整；
所述姿态调整臂与钻夹套的安装方位使得钻头的进给路线和激光指示器发出的指示激光束轴线位于同一平面内，并且激光指示器下端高于钻头下端，钻头的进给路线与激光指示器不相交。
4.根据权利要求3所述的激光指示器辅助的钻孔装置，其特征在于，所述姿态调整臂包括水平固定臂、第一活动臂和第二活动臂，水平固定臂的一端固定在钻夹套的外侧壁上，另一端与第一活动臂的第一端铰接，第一活动臂的第二端与第二活动臂的第一端铰接，激光指示器固定安装在第二活动臂的第二端。
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