CN114453619A - 一种用于保护钻头的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于保护钻头的装置，包括一磁动伸缩机构、一机箱(6)和一啮合分离机构；磁动伸缩机构包括可沿钻头轴向伸缩的伸缩杆(2)，啮合分离机构包括可用于使伸缩杆(2)与主轴分离的啮合组件，机箱(6)包括一壳体、一直流电磁铁W(7)、若干个可伸缩的伸缩销(20)、信号传输组件和电源；直流电磁铁W(7)的两端分别与伸缩杆(2)和啮合组件配合，信号传输组件与直流电磁铁W(7)连接用于控制直流电磁铁W(7)使伸缩杆(2)伸缩和使伸缩杆(2)与主轴分离。本发明的用于保护钻头的装置通过检测钻头和主轴的振动使钻头加速远离工件的同时不再转动，两方面的考虑可避免钻头损坏的精度更高，实现多方位的保护钻头。

Description

一种用于保护钻头的装置

技术领域

本发明属于钻头技术领域，涉及一种用于保护钻头的装置，具体是涉及测振动实现磁动伸缩的用于保护钻头的装置。

背景技术

在金工实习或者机械加工中，钻孔加工是必不可少的，受加工工件的材料、工人的操作、钻削温度、切屑、散热以及钻头的受力状态等因素，钻床在钻孔加工时，受这些因素的影响，钻头会受力不均且产生扭转阻力，扭转阻力累积会使钻头发生震颤问题，尤其是加工深孔时，钻头发生形变或者折断的概率会大大增加。

传统的用于保护钻头的装置是通过增加防护装置如在钻头外部增加防护罩、采用连芯轴和弹性组件使钻头阻力上升、改善切屑的收集装置和切削液的装置、改变钻头的受力结构以及采用钻头夹紧装置使钻头更加稳定等等。但这些传统的方法均未考虑到钻头钻孔加工时随主轴的高速转动、钻头损坏前的振动异常以及钻头伸缩的速度，没有起到预测的作用，反应不及时，会使钻头退钻不及时依然会损坏，或者使钻头受阻时受到扭矩的作用，导致钻头断裂。

发明内容

为了克服现有技术方案的不足，本发明提供一种用于保护钻头的装置。本发明装置从两方面对钻头保护：钻头发生断裂前会有振动的异常波动，依据异常波动，一方面使钻头脱离主轴的转动，钻头在工作时将不会受到扭矩作用；另一方面钻头收缩，使钻头快速远离工作区。具体是：用振动速度传感器检测振动幅度和频率的变化，可及时做出反应，可以起到预测作用，钻头在受阻力和扭矩之前便停止转动和远离加工工件，钻头可有效得到保护。本发明装置反应迅速，可以对钻头的工作情况起到预测作用，无需人工干预，自动收缩，节省人力物力，降低工作时间，提高工作效率。

为达到上述目的，本发明采用的方案如下：

一种用于保护钻头的装置，包括一磁动伸缩机构、一机箱和一啮合分离机构；

磁动伸缩机构由钻头安装座、伸缩杆、缓冲弹簧和套筒E构成；

套筒E是由中空圆筒(圆筒的内壁光滑)和位于其一端的圆盘形底座a构成的一体成型件，圆盘形底座a与机箱可拆卸连接(圆盘形底座a上对称分布若干个螺纹孔，通过螺栓、螺母和垫圈将套筒E可拆卸地连接在机箱上)，且圆盘形底座a的中心开通孔；

伸缩杆为圆柱体，圆柱体的周面有两条外凸的条形轨道，两条条形轨道相较于圆柱体的中心轴对称且相互平行(轨道的长度大于等于钻头伸缩的长度，更优选的是：条形轨道的两端与伸缩杆的两端齐平，目的是使伸缩杆上的轨道可以处处与电磁铁铁芯y内的条形凹槽相配合，保证配合的准确和强度)，每条轨道的上表面均开有若干个位于一条直线上且等间距排列的圆形凹槽h；

钻头安装座为圆柱体，钻头安装座的一端开内螺纹孔，用于连接钻头(由钻头夹具使钻头和钻头安装座固定无相对滑动只能同步转动)，钻头安装座的另一端与伸缩杆连接；

伸缩杆安装在套筒E内部，且伸缩杆能够穿过圆盘形底座a上的通孔沿轴向运动，缓冲弹簧套在伸缩杆上且位于套筒E内，缓冲弹簧的一端固定连接所述圆盘形底座a的端面，缓冲弹簧的另一端固定连接所述钻头安装座的另一端面，钻头安装座的外径小于套筒E的中空圆筒部分的内径；

钻头的旋转轴和伸缩杆的中心轴位于一条直线上；

啮合分离机构由轴套以及啮合组件构成；

轴套是由一带有底板的中空圆筒(圆筒的内壁光滑)及位于其一端的可拆卸的圆盘形底座b构成，圆盘形底座b与底板位于轴套上中空圆筒的两端，圆盘形底座b用于与机箱连接，且圆盘形底座b上开通孔(圆盘形底座b上对称分布若干个螺纹通孔，通过螺栓、螺母和垫圈将轴套安装在机箱上)，底板上开通孔；

啮合组件由啮合轴A、磁动啮合十字轴和啮合轴B构成；磁动啮合十字轴包括圆柱体结构的轴和位于该轴端部的十字形状的键O，该轴的周面上有两条外凸的条形轨道，两条条形轨道相较于该轴的中心轴对称且相互平行，条形轨道的一端与所述轴上远离键O的一端齐平(可以与所述轴的两端齐平，用于更好地传递扭矩)，每条条形轨道上均开有若干个位于一条直线上且等间距排列的圆形凹槽h；啮合轴A和啮合轴B均为圆柱体结构，啮合轴A内部形成中空圆柱形孔和与该中空圆柱形孔连通的十字形状的键槽(用于放置磁动啮合十字轴)，且磁动啮合十字轴能够在该啮合轴A内沿轴向滑动(啮合轴A内的中空圆柱形孔配合轴，十字形状的键槽位于啮合轴A的一端面上配合键O)，啮合轴B的一端面上设十字形状的键槽(用于与键O配合)，啮合轴B的另一端面设孔用于连接主轴(啮合轴B带动磁动啮合十字轴和啮合轴B一起转动)；

轴套底板上通孔的内径大于主轴的直径且小于啮合轴B的外径，圆盘形底座b上通孔的内径大于轴的外径(使轴可以在该通孔内轴向移动)且小于啮合轴A的外径；

轴和主轴的中心轴重合；

机箱包括一壳体、一直流电磁铁W、若干个可伸缩的伸缩销、信号传输组件和电源；直流电磁铁W由电磁铁铁芯y和套于电磁铁铁芯y外部的电磁线圈Y构成；电磁铁铁芯y为圆柱体结构，圆柱体分为前段、中段和后段，电磁线圈Y位于中段，前段内部形成中空圆柱形空腔I用于连接伸缩杆，后段内部形成中空圆柱形空腔II用于连接轴，伸缩杆、轴、电磁铁铁芯y的旋转轴位于一条直线上；空腔I和空腔II的内侧壁上均设2条内凹的条形凹槽分别用于与伸缩杆上的两条条形轨道和磁动啮合十字轴上两条条形轨道滑动连接(当三者连接时，三者只能一同转动，无法单独转动，因此可以有效避免伸缩杆和磁动啮合十字轴在运转中打滑)，每条条形凹槽内均设可伸缩的伸缩销；空腔I内的伸缩销与伸缩杆上条形轨道内的圆形凹槽配合实现伸缩杆与电磁铁铁芯y之间保持一定的距离；所述一定的距离由电磁铁铁芯y对伸缩杆产生的电磁引力时需要向电磁铁铁芯y方向运动的距离决定；空腔II内的伸缩销与磁动啮合十字轴上条形轨道内的圆形凹槽配合实现磁动啮合十字轴的键O同时位于啮合轴A和啮合轴B的十字形状的键槽中，使啮合轴A和啮合轴B同步转动；

壳体内设中空圆柱形空腔用于固定安装直流电磁铁W使直流电磁铁W中的电磁铁铁芯y自由转动而无轴向移动；电源与信号传输组件和电磁线圈Y连接，信号传输组件用于感应钻头的振动幅度和频率变化并使电磁线圈Y通电；伸缩杆靠近电磁铁铁芯y的一端为永磁体；轴靠近电磁铁铁芯y的一端为永磁体；

设置啮合轴B上的键槽的深度大于等于轴的端面脱离电磁铁铁芯y中空腔II的距离；如：设空腔II内有2个伸缩销与磁动啮合十字轴的轴上的圆形凹槽配合实现固定，记圆形凹槽的直径为D；记靠近所述远离键O的一端的圆形凹槽的边缘与所述远离键O的一端的最短距离为n1，圆形凹槽之间的间距为d，记空腔II内靠近磁动啮合十字轴的伸缩销的边缘与电磁铁铁芯y的端面的最短距离为n2，记啮合轴B上的键槽的深度为m，m≥n1+2×D+d+n2。

对于磁动伸缩机构而言，在正常工作状态下，缓冲弹簧处于不拉伸也不压缩的状态，此时伸缩销会在压缩弹簧的弹力作用下，伸缩销的圆柱体部分穿过条形轨道内的通孔与伸缩杆上面的圆形凹槽配合，使伸缩杆的位置固定在电磁铁铁芯y的空腔I中无法轴向移动；当异常时，伸缩销的连接板部分受到来自电磁铁铁芯x产生的磁力，伸缩销在电磁引力的作用下克服压缩弹簧的弹力向电磁铁铁芯x的方向移动使伸缩销退出条形轨道内的通孔，此时伸缩杆的轴向移动不再被固定，可沿着空腔I的轴向移动，同时，电磁铁铁芯y吸引伸缩杆向电磁铁铁芯y的轴向运动，缓冲弹簧受到来自钻头安装座的轴向力又因为套筒E固定在机箱上，缓冲弹簧开始压缩储存能量；当恢复正常工作状态时，缓冲弹簧释放能量开始恢复压缩前的自由状态使钻头安装座向着被加工工件的方向轴向移动；当振动异常时，钻头安装座可在套筒E内伸缩，缓冲弹簧使钻头在移动过程中保持原有的精度并减轻轴向力和扭矩从而起到保护钻头的作用；

对于啮合分离机构而言，在正常工作时，伸缩销会在压缩弹簧的弹力作用下，伸缩销圆柱体部分穿过条形轨道内的通孔与磁动啮合十字轴上面的圆形凹槽配合，使磁动啮合十字轴的轴向移动被固定，且在磁动啮合十字轴的连接下，啮合轴A与啮合轴B同时随主轴旋转，且带动电磁铁铁芯y一同转动；当发生异常时，伸缩销的连接板部分受到来自电磁铁铁芯x产生的磁力，伸缩销在电磁引力的作用下克服压缩弹簧的弹力向电磁铁铁芯x的方向移动，此时磁动啮合十字轴的轴向移动不再被固定，可沿着空腔II的轴向移动，同时，磁动啮合十字轴的轴在磁力的排斥作用下向主轴方向移动至磁动啮合十字轴的轴上的条形轨道与电磁铁铁芯y上的条形凹槽完全脱离(此时，轴套固定在机箱上，其不会与机箱分离，啮合轴A和啮合轴B安装在轴套里只能转动，而轴向移动被轴套限制不会离开轴套，因此，此时只是磁动啮合十字轴的轴与电磁铁铁芯y不再配合，磁动啮合十字轴的轴在啮合轴A和啮合轴B内可以移动但它依然在啮合轴A和啮合轴B内部)，电磁铁铁芯y不再随主轴旋转，则钻头不再随主轴旋转，起到保护钻头的作用。

通过上述磁动伸缩机构、直流电磁铁W和啮合分离机构的配合作用，在主动退刀的同时也能去除钻头的转动，灵活及时的保护钻头。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种用于保护钻头的装置，缓冲弹簧为承受轴向压力的螺旋弹簧，且螺距之间有缓冲胶垫，用于在钻头的伸缩过程中有效地减少轴向力和减轻钻头的振动；缓冲弹簧的横截面为圆形。

如上所述的一种用于保护钻头的装置，所述钻头安装座的另一端面向内形成一个圆形凹槽i，圆形凹槽i的中心位置设1个螺纹孔A和2个平键，2个平键相较于螺纹孔对称，伸缩杆的一端面向外凸起形成一个圆形凸台，圆形凸台的中心点设一个螺纹孔B和用于连接所述2个平键的键槽，螺纹孔A和螺纹孔B用螺栓连接，圆形凸台和圆形凹槽i相配合，使钻头安装座和伸缩杆连接更加紧密。

如上所述的一种用于保护钻头的装置，轴套内安装啮合组件，所述安装是指：将轴插入啮合轴A的中空圆柱形孔中，且将磁动啮合十字轴的键O插入啮合轴A和啮合轴B的十字形状的键槽中形成所述啮合组件，所述啮合组件置于轴套的中空圆筒中后安装底座b，底座b上的通孔中穿过轴；啮合轴A和啮合轴B能够在轴套内转动而无法轴向移动；主轴穿过底板上的通孔且与啮合轴B上的孔连接，主轴与底板之间不连接。

如上所述的一种用于保护钻头的装置，机箱还包括安装在壳体上的显示器；信号传输组件位于壳体内部；

信号传输组件包括数据传输线、数据连接管道、一速度调节器、支座和一振动速度传感器；振动速度传感器和速度调节器通过螺栓和卡扣安装在支座上；数据传输线通过数据连接管道将振动速度传感器分别与速度调节器和显示器相连。与显示器相连的目的是将振动幅度和频率变化以图像波长的形式反馈到显示器上，使振动信号可视化，当钻床正常工作时，振动信号在一条水平线上下波动，钻孔异常时，波动信号将出现峰值；与速度调节器相连的目的是钻头和主轴的振动幅度及频率变化由振动速度传感器感应后将信号传递到速度调节器。

如上所述的一种用于保护钻头的装置，电源与振动速度传感器、速度调节器和电磁线圈Y串联(电连接)。

如上所述的一种用于保护钻头的装置，条形凹槽上设可伸缩的伸缩销是指：条形凹槽内形成圆形通孔，伸缩销为一圆柱体和一连接板(可以为圆盘形结构)构成的T型件，伸缩销的圆柱体部分在条形凹槽内的圆形通孔中穿过且能够滑动，伸缩销的连接板部分不能穿过条形凹槽内的圆形通孔，伸缩销的连接板与一牵引杆固定连接，牵引杆外套一压缩弹簧，伸缩销的连接板部分和压缩弹簧限位于一匚型件内，匚型件安装一基座上，基座上还设一个一直流电磁铁Q，直流电磁铁Q由电磁铁铁芯x及套在电磁铁铁芯x表面的一电磁线圈X构成，牵引杆位于匚型件外部的一端设圆盘结构，该圆盘结构为永磁体且与电磁铁铁芯x的端部保持一定距离，伸缩销的圆柱体部分的中心轴、牵引杆的轴线和电磁铁铁芯x的轴线位于一条直线上，当电磁线圈X通电后产生电磁引力吸引牵引杆，牵引杆克服压缩弹簧的力并带动连接板向电磁铁铁芯x的方向移动，从而使伸缩销从条形凹槽内的圆形通孔退出；

电磁线圈X与电磁线圈Y并联(电连接)。将速度调节器与电磁线圈X与电磁线圈Y相连，使速度调节器根据来自振动速度传感器的振动变化信号同时对电磁线圈X与电磁线圈Y的电流和电压做出调节。

如上所述的一种用于保护钻头的装置，可拆卸的圆盘形底座b是指：圆盘形底座b是由一中心带有通孔的圆盘和位于一侧的内径大于所述通孔直径的中空圆筒构成的一体成型件，圆盘形底座b的中空圆筒上设外螺纹与轴套的中空圆筒内的内螺纹配合实现圆盘形底座b与轴套的可拆卸连接。

如上所述的一种用于保护钻头的装置，壳体内设中空圆柱形空腔用于固定安装直流电磁铁W是指：壳体内设与之一体成型的套筒F，套筒F内设线圈凹槽，套筒F中有环形磁铁，直流电磁铁W装套筒F中，电磁线圈Y固定在线圈凹槽内，电磁铁铁芯y限位于套筒F内。

如上所述的一种用于保护钻头的装置，伸缩杆的永磁体部分占伸缩杆总长度的四分之一；轴的永磁体部分占轴的三分之一。

本发明的原理是：

钻床钻孔时，因各种因素的影响，使钻头和主轴的振动幅度和振动频率发生突变，当钻头钻孔发生偏移或者深孔加工受到扭矩的作用会导致钻头发生震颤，此时振动突变明显，会导致钻头断裂，通过振动速度传感器实时检测振动和钻头的振动，钻头进行钻孔加工，振动信号通过振动速度传感器传递给速度调节器，再由速度调节器传递给直流电磁铁W，在直流电磁铁W的驱动下，使钻头在磁动伸缩机构的驱动下依据振动信号的变化幅度通过速度调节器和直流电磁铁W的共同作用做出对应的伸缩调节，使钻头远离被加工工件，同时直流电磁铁W还会带动啮合分离机构中的磁动啮合十字轴移，使磁动啮合十字轴进行一定程度的轴向移动，脱离啮合区，此时的钻头既没有转动又可以远离工件，使钻头不受钻孔加工阻力和扭转的作用，起到预测和保护钻头的作用。当机器恢复正常，装置恢复原有的状态，啮合轴再次进入啮合，钻头可自动伸缩，恢复加工状态。本发明装置可以使钻头远离被加工工件的同时消除随主轴的高速转动，能够起到更好的保护作用，及时防止钻头的变形和断裂。本发明装置可以起到预测作用，调节及时，无需人工干预实现快速调节，节省人力物力，弥补现有保护装置的不足。

钻床钻孔过程中，钻头因为被加工工件的材料、切屑的累积、夹具的质量、人工的操作、切削用量以及切削温度等因素产生偏移，钻头受力方式发生变化，扭矩增加，导致断裂的情况时有发生，为避免这种情况的发生，本发明装置的采用如下的技术手段：钻床在钻孔加工过程中，振动速度传感器实时监测钻头和主轴的振动幅度和频率，钻头工作正常直流电磁铁W不工作，电磁线圈X内无直流电流，伸缩销后端的电磁铁铁芯x中也无电流变化，伸缩销在压缩弹簧作用下与伸缩杆和磁动啮合十字轴外凸轨道上的圆形凹槽配合使其在电磁铁铁芯y两端的空心轨道中的轴向移动固定，伸缩杆和磁动啮合十字轴有对称的两条条形外凸轨道可与电磁铁铁芯y两端的空心轨道配合使三者无相对滑动通过伸缩销和条形轨道的作用三者可实现同步转动且无轴向移动；此时钻头、钻头安装座、伸缩杆、电磁铁铁芯y、磁动啮合十字轴、啮合轴A和啮合轴B同步随主轴转动进行钻孔加工，当钻头工作异常时，钻头和主轴的振动会发生变化，振动速度传感器检测到振动变化将振动变化信号传递给速度调节器，速度调节器再将信号传递给直流电磁铁W，直流电磁铁W中的直流电流和电压会随速度调节器的信号变化而变化，此时的伸缩销尾部后端的电磁铁铁芯x中的电磁线圈X会通过缆线同时产生直流电流，伸缩销会在磁力作用下远离磁动啮合十字轴和伸缩杆进而与磁动啮合十字轴和伸缩杆外凸轨道上的圆形凹槽脱离配合，磁动啮合十字轴和伸缩杆的轴向移动不被固定；电磁线圈Y中的直流电发生变化引起电磁力大小发生变化从而使伸缩杆的轴向移动速度发生变化，伸缩杆会在磁力作用下向着远离被加工工件的方向变速移动，从而保护钻头，同时磁动啮合十字轴会在直流电磁铁W的磁力作用下移动，脱离轴套内啮合轴A和啮合轴B的啮合区，钻头、钻头安装座、伸缩杆、电磁铁铁芯y将不再随主轴转动，进一步的保护钻头。

有益效果

(1)本发明的用于保护钻头的装置通过检测钻头和主轴的振动，使钻头伸缩，同时啮合分离机构实现主轴的空转，钻头不再随主轴转动，即使钻头远离工件的同时不再转动，两方面的考虑可避免钻头损坏的精度更高，实现多方位的保护钻头，可适用于复杂的钻孔情况；

(2)本发明的用于保护钻头的装置具备显示器，使钻头和主轴的振动可视化，对以后的钻孔加工提供了明确的方向和调节方法；

(3)本发明的用于保护钻头的装置可防止意外的发生，保护了人身安全；

(4)本发明的用于保护钻头的装置可提高工作效率，一定程度上减轻了劳动强度。

附图说明

图1为本发明的用于保护钻头的装置的结构示意图；

图2为本发明的用于保护钻头的装置的爆炸图；

图3和图4为伸缩杆的结构示意图；

图5为机箱的结构示意图；

图6为机箱内的信号传输组件的结构示意图；

图7为电磁铁铁芯y与伸缩杆、磁动啮合十字轴连接的结构示意图；

图8为电磁铁铁芯y的结构示意图；

图9～图10为伸缩销和电磁铁铁芯x的位置关系示意图；

图11为不含磁动啮合十字轴的啮合分离机构的结构示意图；

图12～13本发明的磁动啮合十字轴的结构示意图；

图14为啮合组件的装配关系示意图；

其中，1-钻头安装座，2-伸缩杆，3-缓冲弹簧，4-套筒E，5-显示器，6-机箱，7-直流电磁铁W，8-轴套，9-啮合轴A，10-磁动啮合十字轴，11-啮合轴B，12-数据连接管道，13-速度调节器，14-支座，15-振动速度传感器，16-电磁铁铁芯y；17-电磁线圈Y，18-套筒F，19-条形凹槽，20-伸缩销，21-压缩弹簧，22-电磁铁铁芯x，23-电磁线圈X，24-圆形凹槽h，25-条形轨道，26-轴。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

一种用于保护钻头的装置，如图1～2所示，包括一磁动伸缩机构、一机箱6和一啮合分离机构；

磁动伸缩机构，由钻头安装座1、伸缩杆2、缓冲弹簧3和套筒E 4构成；

套筒E 4是由中空圆筒(圆筒的内壁光滑)和位于其一端的圆盘形底座a构成的一体成型件，圆盘形底座a与机箱6可拆卸连接(圆盘形底座a上对称分布若干个螺纹孔，通过螺栓、螺母和垫圈将套筒E 4可拆卸地连接在机箱6上)，且圆盘形底座a的中心开通孔；

如图3和图4所示，伸缩杆2为圆柱体，圆柱体的周面有两条外凸的条形轨道25，两条条形轨道25相较于圆柱体的中心轴对称且相互平行(条形轨道25的两端与伸缩杆2的两端齐平)，每条轨道25的上表面均开有8个位于一条直线上且等间距排列的圆形凹槽h 24；

钻头安装座1为圆柱体，钻头安装座1的一端开内螺纹孔，用于连接钻头，钻头安装座1的另一端与伸缩杆2连接，所述钻头安装座1的另一端面向内形成一个圆形凹槽i(圆形凹槽i槽底的圆心位于钻头安装座1的中心轴上)，圆形凹槽i的中心位置设1个螺纹孔A和2个平键，2个平键相较于螺纹孔对称，伸缩杆2的一端面向外凸起形成一个圆形凸台(圆形凸台的圆心位于伸缩杆2的中心轴上)，圆形凸台的中心点设一个螺纹孔B和用于连接所述2个平键的键槽，螺纹孔A和螺纹孔B用螺栓连接，圆形凸台和圆形凹槽i相配合，使钻头安装座1和伸缩杆2连接更加紧密；

伸缩杆2安装在套筒E 4内部，且伸缩杆2能够穿过圆盘形底座a上的通孔沿轴向运动，缓冲弹簧3套在伸缩杆2上且位于套筒E 4内，缓冲弹簧3的一端固定连接所述圆盘形底座a的端面，缓冲弹簧3的另一端固定连接所述钻头安装座1的另一端面(位于两个平键的外圈位置)，钻头安装座1的外径小于套筒E 4的中空圆筒部分的内径；缓冲弹簧3为承受轴向压力的螺旋弹簧，且螺距之间有缓冲胶垫，用于在钻头的伸缩过程中有效地减少轴向力和减轻钻头的振动；缓冲弹簧3的横截面为圆形；

钻头的旋转轴、伸缩杆2的中心轴位于一条直线上；

如图11所示，啮合分离机构由轴套8以及啮合组件构成；

轴套8是由一带有底板的中空圆筒(圆筒的内壁光滑)及位于其一端的可拆卸的圆盘形底座b构成；圆盘形底座b是由一中心带有通孔的圆盘和位于一侧的内径大于所述通孔直径的中空圆筒构成的一体成型件，圆盘形底座b的中空圆筒上设外螺纹与轴套8的中空圆筒内的内螺纹配合实现圆盘形底座b与轴套8的可拆卸连接，圆盘形底座b与底板位于轴套8上中空圆筒的两端，圆盘形底座b用于与机箱6连接(圆盘形底座b上对称分布若干个螺纹通孔，通过螺栓、螺母和垫圈将轴套8安装在机箱6上)，且圆盘形底座b上开通孔，底板上开通孔；

如图14所示，啮合组件由啮合轴A 9、磁动啮合十字轴10和啮合轴B 11构成；

如图12～13所示，磁动啮合十字轴10包括圆柱体结构的轴26和位于该轴端部的十字形状的键O，该轴的周面上有两条外凸的条形轨道25，两条条形轨道25相较于该轴26的中心轴对称且相互平行，条形轨道25的两端可以与所述轴26的两端齐平，每条条形轨道25上均开有4个位于一条直线上且等间距排列的圆形凹槽h 24；

啮合轴A 9和啮合轴B 11均为圆柱体结构，啮合轴A 9内部形成中空圆柱形孔和与该中空圆柱形孔连通的十字形状的键槽用于放置磁动啮合十字轴10且磁动啮合十字轴10能够在该啮合轴A 9内沿轴向滑动(中空圆柱形孔配合轴26，十字形状的键槽位于啮合轴A9的一端面上配合键O)，啮合轴B 11的一端面上设十字形状的键槽用于与键O配合，啮合轴B11的另一端面设孔用于连接主轴(啮合轴B 11带动磁动啮合十字轴10和啮合轴B 11一起转动)；

轴套8底板上通孔的内径大于主轴的直径且小于啮合轴B 11的外径，圆盘形底座b上通孔(非螺纹通孔)的内径大于轴26的外径(使轴26可以在该通孔内轴向移动)且小于啮合轴A 9的外径；

轴套8内安装啮合组件，所述安装是指：将轴26插入啮合轴A 9的中空圆柱形孔中，且将磁动啮合十字轴10的键O插入啮合轴A 9和啮合轴B 11的十字形状的键槽中形成所述啮合组件，所述啮合组件置于轴套8的中空圆筒中后安装底座b，底座b上的通孔中穿过轴26；啮合轴A 9和啮合轴B 11能够在轴套8内转动而无法轴向移动；主轴穿过底板上的通孔且与啮合轴B 11上的孔连接，主轴与底板之间不连接；

轴26和主轴的中心轴重合；

如图5～7所示，机箱6包括一壳体、一显示器5、一直流电磁铁W 7、若干个可伸缩的伸缩销20、信号传输组件和电源；

直流电磁铁W 7由电磁铁铁芯y 16和套于电磁铁铁芯y 16外部的电磁线圈Y 17构成；如图8所示，电磁铁铁芯y 16为圆柱体结构，圆柱体分为前段、中段和后段，电磁线圈Y17位于中段，前段内部形成中空圆柱形空腔I用于连接伸缩杆，后段内部形成中空圆柱形空腔II用于连接轴26，伸缩杆、轴26、电磁铁铁芯y 16的旋转轴位于一条直线上；空腔I和空腔II的内侧壁上均设2条内凹的条形凹槽19分别用于与伸缩杆2上的两条条形轨道和磁动啮合十字轴10上两条条形轨道滑动连接，每条条形凹槽19内均设可伸缩的伸缩销20；空腔I内的伸缩销与伸缩杆2上条形轨道内的圆形凹槽配合实现伸缩杆2与电磁铁铁芯y之间保持一定的距离；所述一定的距离由电磁铁铁芯y对伸缩杆产生的电磁引力时需要向电磁铁铁芯y方向运动的距离决定；空腔II内的伸缩销与磁动啮合十字轴10上条形轨道内的圆形凹槽配合实现磁动啮合十字轴10的键O同时位于啮合轴A 9和啮合轴B 11的十字形状的键槽中，使啮合轴A 9和啮合轴B同步转动；

如图9～10所示，条形凹槽19上设可伸缩的伸缩销20是指：条形凹槽19内形成圆形通孔，伸缩销20为一圆柱体和一连接板(可以为圆盘)构成的T型件，伸缩销20的圆柱体部分在条形凹槽19内的圆形通孔中穿过且能够滑动，伸缩销20的连接板部分不能穿过条形凹槽19内的圆形通孔，伸缩销20的连接板与一牵引杆固定连接，牵引杆外套一压缩弹簧21，伸缩销20的连接板部分和压缩弹簧限位于一匚型件内，匚型件安装一基座上，基座上还设一个一直流电磁铁Q，直流电磁铁Q由电磁铁铁芯x 22及套在电磁铁铁芯x 22表面的一电磁线圈X 23构成，牵引杆位于匚型件外部的一端设圆盘结构，该圆盘结构为永磁体且与电磁铁铁芯x 22的端部保持一定距离，伸缩销20的圆柱体部分的中心轴、牵引杆的轴线和电磁铁铁芯x 22的轴线位于一条直线上，当电磁线圈X 23通电后产生电磁引力吸引牵引杆，牵引杆克服压缩弹簧21的力并带动连接板向电磁铁铁芯x 22的方向移动，从而使伸缩销20从条形凹槽19内的圆形通孔退出；

壳体内设中空圆柱形空腔用于固定安装直流电磁铁W 7使得直流电磁铁W 7中的电磁铁铁芯y 16自由转动而无轴向移动；壳体内设与之一体成型的套筒F18，套筒F18内设线圈凹槽，套筒F18中有环形磁铁，直流电磁铁W 7装套筒F18中，电磁线圈Y 17固定在线圈凹槽内，电磁铁铁芯y限位于套筒F内；

信号传输组件位于壳体内部，信号传输组件包括数据传输线、数据连接管道12、一速度调节器13、支座14和一振动速度传感器15；振动速度传感器15和速度调节器13通过螺栓和卡扣安装在支座14上；数据传输线通过数据连接管道12将振动速度传感器15分别与速度调节器13和显示器5相连；电源与振动速度传感器15、速度调节器13和电磁线圈Y 17串联(电连接)，电磁线圈X 23与电磁线圈Y 17并联(电连接)，二者组成并联，将速度调节器13与电磁线圈X 23与电磁线圈Y 17相连，使速度调节器13根据来自振动速度传感器15的振动变化信号同时对电磁线圈X 23与电磁线圈Y 17的电流和电压做出调节；显示器5安装在壳体上；

伸缩杆2靠近电磁铁铁芯y 16的一端为永磁体，伸缩杆2的永磁体部分占伸缩杆总长度的四分之一；轴26靠近电磁铁铁芯y 16的一端为永磁体，轴26的永磁体部分占轴26的三分之一；

设置啮合轴B 11上的键槽的深度大于等于轴26的端面脱离电磁铁铁芯y 16的后段空腔II的距离。

采用一种用于保护钻头的装置进行钻孔时的具体过程如下：

(1)钻床正常工作时，缓冲弹簧处于自由状态，钻头、钻头安装座、伸缩杆、电磁铁铁芯y、磁动啮合十字轴、啮合轴A和啮合轴B一起随着主轴转动，伸缩杆和磁动啮合十字轴固定在电磁铁铁芯y的空腔内，不能轴向运动，显示器的振动信号在一条水平线上下波动；

(2)当钻头遇到工作异常时，钻头的振动幅度及频率变化由振动速度传感器感应后将信号传递到速度调节器，速度调节器根据来自振动速度传感器的振动变化信号对电磁线圈X和电磁线圈Y的电流和电压做出调节，显示器上的波动信号出现峰值；电磁线圈X和电磁铁铁芯x在直流电作用下产生磁力，使伸缩销克服压缩弹簧的弹力向电磁铁铁芯x的方向进行移动，此时伸缩杆和磁动啮合十字轴的轴向移动不再固定，同时电磁线圈Y和电磁铁铁芯y在直流电作用下产生磁力，使伸缩杆沿着电磁铁铁芯y的条形轨道向机箱的方向收缩，达到及时退刀，磁动啮合十字轴沿着电磁铁铁芯y的条形轨道向主轴的方向移动，使钻头不随主轴转动，这样在退刀的同时也能减弱钻头的转动，灵活及时的保护钻头。

Claims (10)

1.一种用于保护钻头的装置，其特征是：包括一磁动伸缩机构、一机箱(6)和一啮合分离机构；

磁动伸缩机构由钻头安装座(1)、伸缩杆(2)、缓冲弹簧(3)和套筒E(4)构成；套筒E(4)是由中空圆筒和位于其一端的圆盘形底座a构成的一体成型件，圆盘形底座a与机箱(6)可拆卸连接，且圆盘形底座a的中心开通孔；伸缩杆(2)为圆柱体，圆柱体的周面有两条外凸的条形轨道(25)，两条条形轨道(25)相较于圆柱体的中心轴对称且相互平行，每条轨道(25)的上表面均开有若干个位于一条直线上且等间距排列的圆形凹槽h(24)；钻头安装座(1)为圆柱体，钻头安装座(1)的一端用于连接钻头，钻头安装座(1)的另一端与伸缩杆(2)连接；伸缩杆(2)安装在套筒E(4)内部，且伸缩杆(2)能够穿过圆盘形底座a上的通孔沿轴向运动；缓冲弹簧(3)套在伸缩杆(2)上且位于套筒E(4)内，缓冲弹簧(3)的一端固定连接所述圆盘形底座a的端面，缓冲弹簧(3)的另一端固定连接所述钻头安装座(1)的另一端面，钻头安装座(1)的外径小于套筒E(4)的中空圆筒的内径；钻头的旋转轴和伸缩杆(2)的中心轴位于一条直线上；

啮合分离机构由轴套(8)以及啮合组件构成；轴套(8)是由一带有底板的中空圆筒及位于其一端的可拆卸的圆盘形底座b构成，圆盘形底座b与底板位于轴套(8)上中空圆筒的两端，圆盘形底座b用于与机箱(6)连接，且圆盘形底座b上开通孔，底板上开通孔；啮合组件由啮合轴A(9)、磁动啮合十字轴(10)和啮合轴B(11)构成；磁动啮合十字轴(10)包括圆柱体结构的轴(26)和位于该轴端部的十字形状的键O，该轴的周面上有两条外凸的条形轨道(25)，两条条形轨道(25)相较于该轴(26)的中心轴对称且相互平行，条形轨道(25)的一端与所述轴(26)上远离键O的一端齐平，每条条形轨道(25)上均开有若干个位于一条直线上且等间距排列的圆形凹槽h(24)；啮合轴A(9)和啮合轴B(11)均为圆柱体结构，啮合轴A(9)内部形成中空圆柱形孔和与该中空圆柱形孔连通的十字形状的键槽，且磁动啮合十字轴(10)能够在该啮合轴A(9)内沿轴向滑动，啮合轴B(11)的一端面上设十字形状的键槽，啮合轴B(11)的另一端面设孔用于连接主轴；轴套(8)底板上通孔的内径大于主轴的直径且小于啮合轴B(11)的外径，圆盘形底座b上通孔的内径大于轴(26)的外径且小于啮合轴A(9)的外径；轴(26)和主轴的中心轴重合；

机箱(6)包括一壳体、一直流电磁铁W(7)、若干个可伸缩的伸缩销(20)、信号传输组件和电源；直流电磁铁W(7)由电磁铁铁芯y(16)和套于电磁铁铁芯y(16)外部的电磁线圈Y(17)构成；电磁铁铁芯y(16)为圆柱体结构，圆柱体分为前段、中段和后段，电磁线圈Y(17)位于中段，前段内部形成中空圆柱形空腔I用于连接伸缩杆，后段内部形成中空圆柱形空腔II用于连接轴(26)，伸缩杆、轴(26)、电磁铁铁芯y(16)的旋转轴位于一条直线上；空腔I和空腔II的内侧壁上均设2条内凹的条形凹槽(19)分别用于与伸缩杆(2)上的两条条形轨道和磁动啮合十字轴(10)上两条条形轨道滑动连接，每条条形凹槽(19)内均设可伸缩的伸缩销(20)；空腔I内的伸缩销与伸缩杆(2)上条形轨道内的圆形凹槽配合实现伸缩杆(2)与电磁铁铁芯y之间保持一定的距离；空腔II内的伸缩销与磁动啮合十字轴(10)上条形轨道内的圆形凹槽配合实现磁动啮合十字轴(10)的键O同时位于啮合轴A(9)和啮合轴B(11)的十字形状的键槽中，使啮合轴A(9)和啮合轴B同步转动；

壳体内设空腔用于固定安装直流电磁铁W(7)并使直流电磁铁W(7)中的电磁铁铁芯y(16)自由转动而无轴向移动；电源与信号传输组件和电磁线圈Y(17)连接，信号传输组件用于感应钻头的振动幅度和频率变化并使电磁线圈Y(17)通电；伸缩杆(2)靠近电磁铁铁芯y(16)的一端为永磁体；轴(26)靠近电磁铁铁芯y(16)的一端为永磁体。

2.根据权利要求1所述的一种用于保护钻头的装置，其特征在于，缓冲弹簧(3)为螺旋弹簧，且螺距之间有缓冲胶垫。

3.根据权利要求1所述的一种用于保护钻头的装置，其特征在于，所述钻头安装座(1)的另一端面向内形成圆形凹槽i，圆形凹槽i的中心位置设1个螺纹孔A和2个平键，2个平键相较于螺纹孔对称，伸缩杆(2)的一端面向外凸起形成一个圆形凸台，圆形凸台的中心点设一个螺纹孔B和用于连接所述2个平键的键槽，螺纹孔A和螺纹孔B用螺栓连接，圆形凸台和圆形凹槽i相配合，使钻头安装座(1)和伸缩杆(2)连接。

4.根据权利要求1所述的一种用于保护钻头的装置，其特征在于，轴套(8)内安装啮合组件，所述安装是指：将轴(26)插入啮合轴A(9)的中空圆柱形孔中，且将磁动啮合十字轴(10)的键O插入啮合轴A(9)和啮合轴B(11)的十字形状的键槽中形成所述啮合组件，所述啮合组件置于轴套(8)的中空圆筒中后安装底座b，底座b上的通孔中穿过轴(26)；啮合轴A(9)和啮合轴B(11)能够在轴套(8)内转动而无法轴向移动；主轴穿过底板上的通孔且与啮合轴B(11)上的孔连接，主轴与底板之间不连接。

5.根据权利要求1所述的一种用于保护钻头的装置，其特征在于，机箱(6)还包括安装在壳体上的显示器(5)；信号传输组件位于壳体内部；

信号传输组件包括数据传输线、一速度调节器(13)、支座(14)和一振动速度传感器(15)；振动速度传感器(15)和速度调节器(13)通过螺栓和卡扣安装在支座(14)上；数据传输线将振动速度传感器(15)分别与速度调节器(13)和显示器(5)相连。

6.根据权利要求4所述的一种用于保护钻头的装置，其特征在于，电源与振动速度传感器(15)、速度调节器(13)和电磁线圈Y(17)串联。

7.根据权利要求5所述的一种用于保护钻头的装置，其特征在于，条形凹槽(19)上设可伸缩的伸缩销(20)是指：条形凹槽(19)内形成圆形通孔，伸缩销(20)为一圆柱体和一连接板构成的T型件，伸缩销(20)的圆柱体部分在条形凹槽(19)内的圆形通孔中穿过且能够滑动，伸缩销(20)的连接板部分不能穿过条形凹槽(19)的圆形通孔，伸缩销(20)的连接板与一牵引杆连接，牵引杆外套一压缩弹簧(21)，伸缩销(20)的连接板部分和压缩弹簧限位于一匚型件内，匚型件安装一基座上，基座上还设一个一直流电磁铁Q，直流电磁铁Q由电磁铁铁芯x(22)及套在电磁铁铁芯x(22)表面的一电磁线圈X(23)构成，牵引杆位于匚型件外部的一端设圆盘结构，该圆盘结构为永磁体且与电磁铁铁芯x(22)的端部保持一定距离，伸缩销(20)的圆柱体部分的中心轴、牵引杆的轴线和电磁铁铁芯x(22)的轴线位于一条直线上；

电磁线圈X(23)与电磁线圈Y(17)并联。

8.根据权利要求1所述的一种用于保护钻头的装置，其特征在于，可拆卸的圆盘形底座b是指：圆盘形底座b是由一中心带有通孔的圆盘和位于一侧的内径大于所述通孔直径的中空圆筒构成的一体成型件，圆盘形底座b的中空圆筒上设外螺纹与轴套(8)的中空圆筒内的内螺纹配合实现圆盘形底座b与轴套(8)的可拆卸连接。

9.根据权利要求1所述的一种用于保护钻头的装置，其特征在于，壳体内设空腔用于固定安装直流电磁铁W(7)是指：壳体内设与之一体成型的套筒F(18)，套筒F(18)内设线圈凹槽，套筒F(18)中有环形磁铁，直流电磁铁W(7)装套筒F(18)中，电磁线圈Y(17)固定在线圈凹槽内。

10.根据权利要求1所述的一种用于保护钻头的装置，其特征在于，伸缩杆(2)的永磁体部分占伸缩杆总长度的四分之一；轴(26)的永磁体部分占轴(26)的三分之一。

Images