CN115635601A - 一种建筑工程用的混凝土智能打孔装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建筑工程用的混凝土智能打孔装置及其控制方法，包括钻孔模块、支撑模块以及夹紧模块，所述钻孔模块包括第一安装块与第二安装块，所述第一安装块与第二安装块之间配合连接有第一螺纹丝杆，所述第一安装块上固定安装有第一驱动电机，且所述第一驱动电机的输出端与所述第一螺纹丝杆的一端配合连接，所述第一螺纹丝杆上配合连接有第一滑动块，所述第一滑动块的顶部固定连接有安装柱，所述安装柱上固定安装有安装架，实现了智能调节钻削参数的功能，能够以最大加工效率进行加工的同时，还能够减少钻孔缺陷的产生，保证了钻孔的质量，还能够在很大程度上提高加工钻头的使用寿命。

Description

一种建筑工程用的混凝土智能打孔装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及建筑工程设备技术领域，特别是一种建筑工程用的混凝土智能打孔装置及其控制方法。

背景技术

混凝土是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称，混凝土是指用水泥作胶凝材料，砂、石作集料，与水按一定比例配合，经搅拌而得的水泥混凝土，它广泛应用于土木建筑工程中，混凝土具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的特点，因而使其用量越来越大，同时混凝土还具有抗压强度高，耐久性好，强度等级范围宽等特点，尤其是使用混凝土制作而成的混凝土柱被广泛的应用在建筑工程中。在建筑施工过程中常常需要对混凝土柱进行打孔操作，而现有的针对混凝土柱的打孔装置结构简单，在打孔过程不具备智能调节加工钻头加工参数的功能，从而导致出现孔内分层、孔边成块剥落、孔边崩边等缺陷，从而导致打孔的报废率高，进而严重影响经济效益；并且在打孔过程中缺少固定支撑件，导致打孔的精度不高。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供了一种建筑工程用的混凝土智能打孔装置及其控制方法。

为达到上述目的本发明采用的技术方案为：

本发明公开了一种建筑工程用的混凝土智能打孔装置，包括钻孔模块、支撑模块以及夹紧模块；

所述钻孔模块包括第一安装块与第二安装块，所述第一安装块与第二安装块之间配合连接有第一螺纹丝杆，所述第一安装块上固定安装有第一驱动电机，且所述第一驱动电机的输出端与所述第一螺纹丝杆的一端配合连接，所述第一螺纹丝杆上配合连接有第一滑动块，所述第一滑动块的顶部固定连接有安装柱；

所述安装柱上固定安装有安装架，所述安装架上固定安装有第二驱动电机，所述第二驱动电机的输出端配合连接有第二螺纹丝杆，所述第二螺纹丝杆上配合连接有第二滑动块，所述第二滑动块上固定安装有第三驱动电机，所述第三驱动电机的输出端配合连接有卡接头，所述卡接头上卡接有加工钻头，所述卡接头内设置有测力计，所述测力计用于测量加工钻头在加工时轴向力值。

优选的，本发明的一个较佳实施例中，所述加工钻头上通过固定螺钉固定连接有固定套，所述固定套的底部固定连接有弹性硅胶橡胶垫。

优选的，本发明的一个较佳实施例中，所述支撑模块包括碎屑收集槽与弧形支撑槽，所述碎屑收集槽的一端与所述第一安装块固定连接，另一端与所述第二安装块固定连接，所述碎屑收集槽的两端设置有两组电动伸缩杆，且所述弧形支撑槽固定安装在两组所述电动伸缩杆的顶部，所述弧形支撑槽的内侧面与待加工工件的外侧面相适配。

优选的，本发明的一个较佳实施例中，所述弧形支撑槽在预设位置上开设有若干个落料孔，所述落料孔的周围区域铺设有薄膜压力传感器。

优选的，本发明的一个较佳实施例中，所述夹紧模块包括第一夹紧机构与第二夹紧机构，所述第一夹紧机构安装在所述第一安装块的顶部，所述第二夹紧机构安装在所述第二安装块的顶部，所述第一夹紧机构与第二夹紧机构用于夹紧待加工工件的两端，且所述第一夹紧机构与第二夹紧机构结构相同，包括第一固定块与第二固定块，所述第一固定块的一侧固定连接有第一夹块，所述第一固定块的顶部固定安装有第一滑轨，所述第一固定块的侧壁固定安装有第一伸缩气缸，所述第一滑轨上滑动连接有第一滑块，所述第一滑块的顶部固定连接有第一连接件，所述第一连接件的侧面固定连接有第一拉板，所述第一拉板与所述第一伸缩气缸的输出端配合连接。

优选的，本发明的一个较佳实施例中，所述第二固定块的一侧固定连接有第二夹块，所述第二固定块的顶部固定安装有第二滑轨，所述第二固定块的侧壁固定安装有第二伸缩气缸，所述第二滑轨上滑动连接有第二滑块，所述第二滑块的顶部固定连接有第二连接件，所述第二连接件的侧面固定连接有第二拉板，所述第二拉板与所述第二伸缩气缸的输出端配合连接。

优选的，本发明的一个较佳实施例中，所述第一连接件的顶部固定连接有第一调节件，所述第一调节件上固定连接有第三夹块，所述第三夹块上设置有第一压力传感器，所述第一压力传感器与所述第一伸缩气缸通讯连接。

优选的，本发明的一个较佳实施例中，所述第二连接件的顶部固定连接有第二调节件，所述第二调节件上固定连接有第四夹块，所述第四夹块上设置有第二压力传感器，所述第二压力传感器与所述第二伸缩气缸通讯连接。

本发明另一方面公开了一种建筑工程用的混凝土智能打孔装置的控制方法，应用于任一项所述的一种建筑工程用的混凝土智能打孔装置，包括如下步骤：

获取加工钻头的实时轴向力值；

将所述实时轴向力值与第一预设轴向力值、第二预设轴向力值以及第三预设轴向力值进行比较；其中，所述第三预设轴向力值大于所述第二预设轴向力值，所述第二预设轴向力值大于所述第一预设轴向力值；

若所述实时轴向力值大于第一预设轴向力值且小于或等于第二预设轴向力值，且所述实时轴向力值逐步增加，则说明加工钻头处于第一钻削阶段，此时控制加工钻头按照第一运行参数运行；其中，所述第一运行参数是加工钻头按照匀加速转动且进给速度为第一进给速度的控制程序；

若所述实时轴向力位大于第二预设轴向力值且小于或等于所述第三预设轴向力值，则说明加工钻头处于第二钻削阶段，此时控制加工钻头按照第二运行参数运行；其中，所述第二运行参数是加工钻头按照匀速转动且进给速度为第二进给速度的控制程序；

若所述实时轴向力值大于第一预设轴向力值且小于或等于第二预设轴向力值，且所述实时轴向力值逐步减少，则说明加工钻头处于第三钻削阶段，此时控制加工钻头按照第三运行参数运行；其中，所述第三运行参数是加工钻头按照匀加速转动且进给速度为第三进给速度的控制程序；

其中，所述第一进给速度大于第二进给速度，所述第二进给速度大于第三进给速度。

优选的，本发明的一个较佳实施例中，还包括以步骤：

实时监测第二钻削阶段中加工钻头的轴向力变化情况，基于所述轴向力变化情况得到加工钻头轴向力变化量；

判断所述轴向力变化量是否大于预设变化量；

若大于，则获取预设时间段内各个时刻的加工钻头轴向力值；

基于所述预设时间段内各个时刻的加工钻头轴向力值建立轴向力变化曲线图；

基于所述轴向力变化曲线图得到第一轴向力值、第二轴向力值、第三轴向力值；其中，所述第一轴向力值为轴向力变化曲线图中起始端点对应的轴向力值，所述第二轴向力值为轴向力变化曲线图中的最大轴向值，所述第三轴向力值为轴向力变化曲线图中末尾端点对应的轴向力值；

计算第二轴向力与第一轴向力之间的差值，得到第一轴向力差值；计算第三轴向力与第一轴向力之间的差值，得到第二轴向力差值；

若所述第二轴向力差值等于第一轴向力差值，则启动第一控制程序，进而执行退刀排屑程序；

若所述第二轴向力差值小于所述第一轴向力差值，则执行下一步判定程序；

计算第一轴向力差值与第二轴向力差值之间的差值，得到轴向力变化差值；

判断所述轴向力变化差值是否大于预设变化差值；

若不大于，则执行第二控制程序，进而将加工钻头的第二进给速度调小；

若大于，则控制加工钻头按照原有程序运行。

本发明解决了背景技术中存在的技术缺陷，本发明具备以下有益效果：整个夹紧模块的控制过程简单，并且夹紧定位效果较好，在夹紧过程中对混凝土柱的损失小，可靠度较高。通过加工钻头所受到轴向力的情况，控制系统便能够判断出加工钻头所处的钻削阶段，并且在不同的钻削阶段按照不同的钻削参数对混凝土进行钻削，实现了智能调节钻削参数的功能，能够以最大加工效率进行加工的同时，还能够减少钻孔缺陷的产生，保证了钻孔的质量，还能够在很大程度上提高加工钻头的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。

图1为本装置的第一立体结构示意图；

图2为本装置的第二立体结构示意图；

图3为本装置的第三立体结构示意图；

图4为夹紧模块的第一立体结构示意图；

图5为夹紧模块的第二立体结构示意图；

图6为加工钻头结构示意图；

图7为图6中A-A处局部放大示意图；

图8为弧形支撑槽结构示意图；

图9为电动伸缩杆结构示意图；

附图标记说明如下：101、第一夹紧机构；102、第二夹紧机构；103、第一固定块；104、第二固定块；105、第一夹块；106、第一滑轨；107、第一伸缩气缸；108、第一滑块；109、第一连接件；201、第一拉板；202、第二夹块；203、第二滑轨；204、第二伸缩气缸；205、第二滑块；206、第二连接件；207、第二拉板；208、第一调节件；209、第三夹块；301、第二调节件；302、第四夹块；303、第一安装块；304、第二安装块；305、第一螺纹丝杆；306、第一驱动电机；307、第一滑动块；308、安装柱；309、安装架；401、第二驱动电机；402、第二螺纹丝杆；403、第三驱动电机；404、卡接头；405、加工钻头；406、固定螺钉；407、固定套；408、弹性硅胶橡胶垫；409、碎屑收集槽；501、弧形支撑槽；502、电动伸缩杆；503、落料孔；504、第二滑动块。

具体实施方式

为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

本发明公开了一种建筑工程用的混凝土智能打孔装置，如图1、2、3所示，包括钻孔模块、支撑模块以及夹紧模块。

如图4、5所示，所述夹紧模块包括第一夹紧机构101与第二夹紧机构102，所述第一夹紧机构101安装在所述第一安装块303的顶部，所述第二夹紧机构102安装在所述第二安装块304的顶部，所述第一夹紧机构101与第二夹紧机构102用于夹紧待加工工件的两端，且所述第一夹紧机构101与第二夹紧机构102结构相同，包括第一固定块103与第二固定块104，所述第一固定块103的一侧固定连接有第一夹块105，所述第一固定块103的顶部固定安装有第一滑轨106，所述第一固定块103的侧壁固定安装有第一伸缩气缸107，所述第一滑轨106上滑动连接有第一滑块108，所述第一滑块108的顶部固定连接有第一连接件109，所述第一连接件109的侧面固定连接有第一拉板201，所述第一拉板201与所述第一伸缩气缸107的输出端配合连接。

所述第二固定块104的一侧固定连接有第二夹块202，所述第二固定块104的顶部固定安装有第二滑轨203，所述第二固定块104的侧壁固定安装有第二伸缩气缸204，所述第二滑轨203上滑动连接有第二滑块205，所述第二滑块205的顶部固定连接有第二连接件206，所述第二连接件206的侧面固定连接有第二拉板207，所述第二拉板207与所述第二伸缩气缸204的输出端配合连接。

所述第一连接件109的顶部固定连接有第一调节件208，所述第一调节件208上固定连接有第三夹块209，所述第三夹块209上设置有第一压力传感器，所述第一压力传感器与所述第一伸缩气缸107通讯连接。

所述第二连接件206的顶部固定连接有第二调节件301，所述第二调节件301上固定连接有第四夹块302，所述第四夹块302上设置有第二压力传感器，所述第二压力传感器与所述第二伸缩气缸204通讯连接。

需要说明的是，通过夹紧模块可以将待钻孔的混凝土柱固定住，进而防止混凝土柱在钻孔加工过程中发生滚动移位现象，从而提高钻孔的加工精度。具体来说，当需要对混凝土柱进行夹紧固定时，首先，控制第一伸缩气缸107伸长，从而使得第一伸缩气缸107向外推动第一拉板201，从而使得第一拉板201拉动第一调节件208与第三夹块209向外移动，从而为混凝土柱提供足够的上料空间，避免在上料时混凝土柱与夹紧模块发生碰撞，此外，通过第一滑轨106与第一滑块108起到了限位作用，能够避免第三夹块209在移动过程中发生位置偏移现象，提高了装置的可靠性。同时，控制第二伸缩气缸204伸长，从而使得第二伸缩气缸204向外推动第二拉板207，从而使得第二拉板207拉动第二调节件301与第四夹块302向外移动，从而为混凝土柱提供足够的上料空间，避免在上料时混凝土柱与夹紧模块发生碰撞，此外，通过第二滑轨203与第二滑块205起到了限位作用，能够避免第四夹块302在移动过程中发生位置偏移现象，提高了装置的可靠性。接着，可以通过人工或者自动上料机械手(在此不做限定)的上料方式将带钻孔的混凝土柱的两端分别放置在第一夹紧机构101与第二夹紧机构102上，并且使得第一夹块105与第二夹块202支撑住混凝土柱两端的下半部区域；然后再控制第一伸缩气缸107收缩，从而使得第一伸缩气缸107向内拉动第一拉板201，从而使得第一拉板201拉动第一调节件208与第三夹块209向内移动；同时，控制第二伸缩气缸204收缩，从而使得第二伸缩气缸204向内拉动第二拉板207，从而使得第二拉板207拉动第二调节件301与第四夹块302向内移动；这样一来，通过第三夹块209与第四夹块302便能够固定住混凝土柱两端的上半部区域，从而实现了对混凝土柱夹紧定位的功能，从而提高在钻孔加工时的加工精度。整个夹紧模块的控制过程简单，并且夹紧定位效果较好，在夹紧过程中对混凝土柱的损失小，可靠度较高。

需要说明的是，在所述第三夹块209的内侧壁上设置有第一压力传感器，在所述第四夹块302的内侧壁上设置有第二压力传感器，在控制第一伸缩气缸107与第二伸缩气缸204收缩夹紧混凝土柱的过程中，通过第一压力传感器与第二压力传感器实时监测第三夹块209与第四夹块302和混凝土柱之间的实时夹紧力信息，当实时夹紧力小于预设夹紧力范围值的最小值时，第一压力传感器与第二压力传感器能够将信号反馈至第一伸缩气缸107与第二伸缩气缸204上，从而控制第一伸缩气缸107与第二伸缩气缸204进一步收缩，进而加大第三夹块209与第四夹块302对混凝土的夹紧力；而当实时夹紧力大于预设夹紧力范围值的最大值时，第一压力传感器与第二压力传感器也能够将信号反馈至第一伸缩气缸107与第二伸缩气缸204上，从而控制第一伸缩气缸107与第二伸缩气缸204伸长，进而降低第三夹块209与第四夹块302对混凝土的夹紧力。这样一来，在钻孔加工过程中，便能够实时的调整夹紧模块对混凝土柱的夹紧力，一方面能够避免出现因夹紧力过小而导致夹持不稳，进而影响钻孔精度的情况，另一方面能够避免出现因夹紧力过大而导致夹持力过大，从而对混凝土柱造成损伤的情况。此外，需要注意的是，所述预设夹紧力范围值由用户提前设定，其可以根据待加工的混凝土材料特性、材料组成成分、加工车间温度等条件确定出来。

如图1、2所示，所述钻孔模块包括第一安装块303与第二安装块304，所述第一安装块303与第二安装块304之间配合连接有第一螺纹丝杆305，所述第一安装块303上固定安装有第一驱动电机306，且所述第一驱动电机306的输出端与所述第一螺纹丝杆305的一端配合连接，所述第一螺纹丝杆305上配合连接有第一滑动块307，所述第一滑动块307的顶部固定连接有安装柱308；

所述安装柱308上固定安装有安装架309，所述安装架309上固定安装有第二驱动电机401，所述第二驱动电机401的输出端配合连接有第二螺纹丝杆402，所述第二螺纹丝杆402上配合连接有第二滑动块504，所述第二滑动块504上固定安装有第三驱动电机403，所述第三驱动电机403的输出端配合连接有卡接头404，所述卡接头404上卡接有加工钻头405，所述卡接头404内设置有测力计，所述测力计用于测量加工钻头405在加工时轴向力值。

需要说明的是，通过钻孔模块能够对混凝土柱进行钻孔加工。具体来说，通过控制第一驱动电机306启动，使得第一驱动电机306带动第一螺纹丝杆305旋转，从而使得第一滑动块307沿着第一螺纹丝杆305上滑动，而当第一滑动块307移动至预设位置后，控制第一驱动电机306停止转动并自锁，从而将加工钻头405带动至预设位置上；接着控制第三驱动电机403启动并且先按照设定的转速匀速转动，从而带动卡接头404与加工钻头405转动；同时，控制第二驱动电机401启动，并且使得第二驱动电机401先按照较大的转速转动，从而带动第二螺纹丝杆402快速转动，从而带动第二滑动块504快速的下移，从而带动加工钻头405快速的向混凝土柱的上表面移动，在此过程中，通过测力计实时监测加工钻头405所受到的轴向力值，若轴向力突然增大且大于第一预设轴向力值后，说明加工钻头405的钻尖已经与混凝土柱的上表面接触，此时降低第二驱动电机401的转动速度，使得加工钻头405按照第一进给速度进给，并且同时控制第三驱动电机403匀加速转动，从而使得加工钻头405匀加速转动，从而使得加工钻头405按照匀加速转动且进给速度为第一进给速度的运行参数对混凝土柱进行钻孔加工；此时继续通过测力计监测加工钻头405所受到的轴向力值，当加工钻头405受到的轴向力大于第二预设轴向力值后，说明加工钻头405的钻尖已经完全进入到混凝土柱内，此时控制加工钻头405按照匀速转动且进给速度为第二进给速度的运行参数对混凝土柱进行钻孔加工；接着，继续通过测力计监测加工钻头405所受到的轴向力值，若加工钻头405所受到的轴向力不断减少，且小于或等于第二预设轴向力值后，说明加工钻头405的钻尖已经接近于钻孔出口面，此时控制加工钻头405按照匀加速转动且进给速度为第三进给速度的运行参数对混凝土柱进行钻孔加工。这样一来，通过加工钻头405所受到轴向力的情况，控制系统便能够判断出加工钻头405所处的钻削阶段，并且在不同的钻削阶段按照不同的钻削参数对混凝土进行钻削，实现了智能调节钻削参数的功能，能够以最大加工效率进行加工的同时，还能够减少钻孔缺陷的产生，保证了钻孔的质量，还能够在很大程度上提高加工钻头405的使用寿命。此外，需要注意的是，通过测力计测量加工钻头405所受到的钻削轴向力为本领域常用的技术手段，在此对其工作原理不多做详细说明。

需要说明的是，通过控制第二驱动电机401的旋转速度便能够控制加工钻头405的进给速度，通过控制第三驱动电机403的旋转速度便能够控制加工钻头405的转速。

需要说明的是，可以通过控制第一驱动电机306，从而使得加工钻头405移动至相应的位置上，从而使得加工钻头405能够对不同长度位置的混凝土柱进行钻孔加工。

如图6、7所示，所述加工钻头405上通过固定螺钉406固定连接有固定套407，所述固定套407的底部固定连接有弹性硅胶橡胶垫408。

需要说明的是，在对混凝土柱钻削加工的第三钻削阶段中(即加工钻头405的钻尖接近于钻孔出口面阶段)，由于混凝土柱的钻孔出口面为曲面结构，加工钻头405在钻削加工时会出现受力不均匀的情况，此时加工钻头405的加工状态会非常不稳定，加工钻头405的中心位置、垂直度等会产生一定程度误差和变化，这会导致钻孔出口面处产生撕裂现象，并且在这个阶段中孔出口处的被切削材料会突然减少，瞬间材料本身的钻削反力突然大幅度减少，造成进给量会突然增加，从而出现加工钻头405冲击性钻透现象，导致钻孔出口出撕裂更加严重，进而导致钻孔出口处出现成块剥落、崩边等严重缺陷。因此，为了解决这一技术缺陷，本发明通过在加工钻头405上设置固定套407与弹性硅胶橡胶垫408相结合的方法，从而避免出现加工钻头405的冲击性钻透的现象，进而提高钻孔的加工质量。具体来说，通过固定螺钉406将固定套407与加工钻头405相联接，起到了调节加工钻头405伸出长度的作用，进而适应不同深度的钻孔。固定套407与弹性硅胶橡胶垫408相结合使用，通过调节固定套407的位置，在加工钻头405的钻尖接近钻出时弹性硅胶橡胶垫408能够与混凝土柱的上表面接触，这样一来，在钻尖即将钻通混凝土柱下表面时，利用弹性硅胶橡胶垫408压缩产生的弹性反力来降低惯性进给力，从而对钻尖即将钻通混凝土柱的惯性进给力起到缓冲作用，从而有效控制钻头钻尖钻出时的进给量，避免被切削材料突然减少，进给量突然增大现象，有效避免加工钻头405在钻通时，钻尖的冲击性钻透现象，减少钻孔出口处撕裂缺陷，从而提高钻孔的加工质量。

如图8、9所示，所述支撑模块包括碎屑收集槽409与弧形支撑槽501，所述碎屑收集槽409的一端与所述第一安装块303固定连接，另一端与所述第二安装块304固定连接，所述碎屑收集槽409的两端设置有两组电动伸缩杆502，且所述弧形支撑槽501固定安装在两组所述电动伸缩杆502的顶部，所述弧形支撑槽501的内侧面与待加工工件的外侧面相适配。

所述弧形支撑槽501在预设位置上开设有若干个落料孔503，所述落料孔503的周围区域铺设有薄膜压力传感器。

需要说明的是，在对混凝土柱钻削加工的第三钻削阶段中，钻孔出口处的材料强度下降速率极大，此时便会出现加工钻头405的轴向力远大于混凝土出口处材料极限承载强度的情况，从而导致加工钻头405未进入切削层便造成破坏，从而出现加工钻头405冲击性钻透现象，进而导致孔出口处出现成块剥落、崩边的缺陷。因此，在本发明中，通过设置弧形支撑槽501，在钻孔加工时通过弧形支撑槽501可以对钻孔出口附近区域起到加强支撑作用，进而改善钻出条件，增加钻孔质量。具体来说，当通过夹紧模块对混凝土完成夹紧固定后，控制电动伸缩杆502伸长，从而使得弧形支撑槽501与混凝土柱的下表面相接触，从而通过弧形支撑槽501支撑住钻孔出口附近区域，这样一来，当加工钻头405的钻尖即将钻通混凝土柱的下表面时，弧形支撑槽501能够为钻孔附近区域的材料提供一个支撑力，进而缓解掉较大的轴向力，避免出现加工钻头405冲击性钻透现象，减少钻孔出口处成块剥落、崩边的缺陷，从而有效的提高钻孔的加工质量。

需要说明的是，在钻通时，钻屑能够由落料孔503中掉出，进而掉落至碎屑收集槽409内，以便于用户集中收集处理。

需要说明的是，通过薄膜压力传感器可以测量钻孔出口区域混凝土所受到的压力信息。

本发明另一方面公开了一种建筑工程用的混凝土智能打孔装置的控制方法，应用于任一项所述的一种建筑工程用的混凝土智能打孔装置，包括如下步骤：

获取加工钻头的实时轴向力值；

将所述实时轴向力值与第一预设轴向力值、第二预设轴向力值以及第三预设轴向力值进行比较；其中，所述第三预设轴向力值大于所述第二预设轴向力值，所述第二预设轴向力值大于所述第一预设轴向力值；

若所述实时轴向力值大于第一预设轴向力值且小于或等于第二预设轴向力值，且所述实时轴向力值逐步增加，则说明加工钻头处于第一钻削阶段，此时控制加工钻头按照第一运行参数运行；其中，所述第一运行参数是加工钻头按照匀加速转动且进给速度为第一进给速度的控制程序；

若所述实时轴向力位大于第二预设轴向力值且小于或等于所述第三预设轴向力值，则说明加工钻头处于第二钻削阶段，此时控制加工钻头按照第二运行参数运行；其中，所述第二运行参数是加工钻头按照匀速转动且进给速度为第二进给速度的控制程序；

若所述实时轴向力值大于第一预设轴向力值且小于或等于第二预设轴向力值，且所述实时轴向力值逐步减少，则说明加工钻头处于第三钻削阶段，此时控制加工钻头按照第三运行参数运行；其中，所述第三运行参数是加工钻头按照匀加速转动且进给速度为第三进给速度的控制程序；

其中，所述第一进给速度大于第二进给速度，所述第二进给速度大于第三进给速度。

需要说明的是，钻削轴向力是钻削过程中一个重要的物理参数，轴向力的大小对孔加工质量有着重要影响，待加工材料在轴向力的作用下易发生撕裂、脱落、崩边等缺陷，并且轴向力越大，缺陷越严重，故在钻孔过程中，控制轴向力大小时控制钻孔质量的关键。而轴向力的大小又受钻孔过程中的进给速度(进给量)、钻削速度、钻头直径、切削刃几何参数、堵屑程度等因素相关。在钻头直径、切削刃几何参数一定的情况下，钻头转速和进给速度将是影响轴向力大小的主要因素，轴向力随着钻头转速的增大而减小，随着进给速度的增加而增大，而且进给速度的影响远大于转速的影响，所以进给速度是控制轴向力的一个关键因素。孔出口撕裂、脱落、崩边多发生在孔出口的一侧最表面层，在钻孔加工中最常见的缺陷是由于钻孔接近钻出时，轴向力的下降速率小于材料强度的下降速率，造成切削材料未进入切削层即造成破坏，产生撕裂，所以在钻孔接近钻出时需要减小进给量，这样使钻削力小于缺陷产生的临界切削力，减少孔出口撕裂、崩边、脱落等缺陷现象。

需要说明的是，在钻孔加工的整个过程中，根据轴向力的变化情况，可以将钻孔过程分为三个钻削阶段，第一钻削阶段即是加工钻头的钻尖刚接触表面并逐步钻入到混凝土柱内的阶段，在此阶段中，加工钻头的轴向力会出现突升后再突降再保持稳定的情况，而这一突变情况会随着加工钻头转速的增大而减弱，并且当转速大到一定程度后，轴向力的突变情况便会消失，在此阶段中，轴向力仅会出现由0逐步增加至一定值的现象，因此，在本发明中，在钻尖钻入混凝土柱表面时，需要把加工钻头的转速设定为较大的转速，进而降低轴向力突变现象，使得轴向力稳步上升，进而提高加工精度。第二钻削阶段即是加工钻头的钻尖完全钻入到混凝土柱内的阶段，在此阶段中，正常情况下，轴向力趋于平稳，其上下浮动范围并不大。第三钻削阶段即是加工钻头接近钻孔出口处直至完全钻通的阶段，在此阶段中，正常情况下，轴向力会逐步降低，直至变为0。

综上所述，在本发明中，通过测力计获取加工钻头的实时轴向力值。若实时轴向力值大于第一预设轴向力值且小于或等于第二预设轴向力值，且所述实时轴向力值逐步增加，说明此时加工钻头处于第一钻削阶段，在此阶段中，由于轴向力处于逐步上升阶段，轴向力值会相对较低，钻削温度也会比较低，排屑难度也较低，因此，为了提高加工效率，在此阶段中，控制系统会自动的把加工钻头的运行参数设置为按照匀加速转动且进给速度为第一进给速度的运行参数对混凝土柱进行钻削，使用较大的进给速度以及较大的转速来对混凝土进行钻削，进而减少钻削时间，提高加工效率。

若所述实时轴向力位大于第二预设轴向力值且小于或等于所述第三预设轴向力值，此时说明加工钻头处于第二钻削阶段，在此阶段中，由于轴向力已经处于较大的范围值，并且钻削温度也在逐步提高，排屑难度也较大，因此需要将进给速度适当调低，进而确保钻孔的质量，但是由于轴向力还没达到混凝土材料的临界分层力，混凝土材料强度下降并不明显，还是属于一个较为安全的加工区域，可以使用相对较大的进给速度(第二进给速度)并且是匀速转动的运行参数进行钻削，在确保孔的加工质量的同时，也能够最大程度保证加工效率。

若所述实时轴向力值大于第一预设轴向力值且小于或等于第二预设轴向力值，且所述实时轴向力值逐步减少，此时说明加工钻头处于第三钻削阶段，在此阶段中，虽然轴向力会逐步减少，但是随着钻头逐步接近于钻孔出口面，承受钻削推力的未切削层材料厚度会逐渐减少，混凝土柱最底层材料开始沿钻孔边缘与层间粘结剂分离，当某个点的负荷超过层间结合强度时，就会发生分层，从而出现撕裂、剥落、崩边等缺陷，因此，为了减少缺陷的产生，在此阶段中，控制系统会自动的把进给速度调节至较低值(第三进给速度)，并且加大加工钻头的转速，从而使得轴向力快速下降，进而避免出现加工钻头冲击性钻透现象，减少钻孔出口处成块剥落、崩边的缺陷，从而有效的提高钻孔的加工质量。

综上，通过加工钻头所受到轴向力的情况，控制系统便能够判断出加工钻头所处的钻削阶段，并且在不同的钻削阶段按照不同的钻削参数对混凝土进行钻削，实现了智能调节钻削参数的功能，能够以最大加工效率进行加工的同时，还能够减少钻孔缺陷的产生，保证了钻孔的质量，还能够在很大程度上提高加工钻头的使用寿命。

优选的，本发明的一个较佳实施例中，还包括以步骤：

实时监测第二钻削阶段中加工钻头的轴向力变化情况，基于所述轴向力变化情况得到加工钻头轴向力变化量；

判断所述轴向力变化量是否大于预设变化量；

若大于，则获取预设时间段内各个时刻的加工钻头轴向力值；

基于所述预设时间段内各个时刻的加工钻头轴向力值建立轴向力变化曲线图；

基于所述轴向力变化曲线图得到第一轴向力值、第二轴向力值、第三轴向力值；其中，所述第一轴向力值为轴向力变化曲线图中起始端点对应的轴向力值，所述第二轴向力值为轴向力变化曲线图中的最大轴向值，所述第三轴向力值为轴向力变化曲线图中末尾端点对应的轴向力值；

计算第二轴向力与第一轴向力之间的差值，得到第一轴向力差值；计算第三轴向力与第一轴向力之间的差值，得到第二轴向力差值；

若所述第二轴向力差值等于第一轴向力差值，则启动第一控制程序，进而执行退刀排屑程序；

若所述第二轴向力差值小于所述第一轴向力差值，则执行下一步判定程序；

计算第一轴向力差值与第二轴向力差值之间的差值，得到轴向力变化差值；

判断所述轴向力变化差值是否大于预设变化差值；

若不大于，则执行第二控制程序，进而将加工钻头的第二进给速度调小；

若大于，则控制加工钻头按照原有程序运行。

需要说明的是，第二钻削阶段中，随着钻孔深度的不断增加，排屑难度会不断增加，进而容易出现堵屑现象，当长时间发生堵屑现象的话，轻则会出现钻孔温度不断升高，进而引发严重缺陷，造成工件报废，重则会造成“断刀”现象，进而造成较为严重的加工事故，造成较大的经济损失。因此，在本发明中，在加工钻头进入到第二钻削阶段后，通过测力计实时监测加工钻头的轴向力变化情况，基于所述轴向力变化情况得到加工钻头轴向力变化量；若所述轴向力变化量大于预设变化量，则说明轴向力在这一时间段内有可能出现较大程度的激增现象；当出现这种情况后，控制系统会自动获取预设时间段内各个时刻的加工钻头的轴向力值，并建立轴向力变化曲线图；接着再由轴向力变化曲线图中提取出第一轴向力值、第二轴向力值、第三轴向力值，并得到第一轴向力差值与第二轴向力差值；若计算得到的第一轴向力差值与第二轴向力差值相等，此时说明第二轴向力值与第三轴向力值的端点是完全重合的，此时说明在这一预设时间段内轴向力在不断上升，并没有出现下降趋势，此时说明钻孔内极有可能出现了堵屑现象，并且堵屑程度在不断增加，进而导致轴向力不断增加，此时控制系统便会执行退刀排屑程序，将堵塞在钻孔内的钻屑排出，进而确保钻孔质量，并且避免出现断刀现象。

若所述第二轴向力差值小于所述第一轴向力差值，则执行下一步判定程序，具体来说，计算第一轴向力差值与第二轴向力差值之间的差值，得到轴向力变化差值，并判断所述轴向力变化差值是否大于预设变化差值；若不大于，此时说明第二轴向力值是大于第三轴向力值的，说明在这一预设时间段内轴向力出现了下降趋势，在这个阶段中，钻孔出现了短时间排屑困难现象，但并未出现堵屑现象，此时则执行第二控制程序，将加工钻头的第二进给速度调小，进而将轴向力降低即可；若大于，说明在这一预设时间段内轴向力已经下降至合适的范围内，轴向力在先前变化量过大有可能是机台外部因素造成的(例如机台突然受到外力撞击等)，此属于偶然因素，不足以对钻孔过程造成隐患，此时控制加工钻头按照原有程序运行即可。

此外，所述一种建筑工程用的混凝土智能打孔装置的控制方法，还包括如下步骤：

获取待加工工件在各温度下所能承受的极限轴向力值，并基于所述待加工混凝土在各温度下所能承受的极限轴向力值建立特性数据库；

获取当前待加工混凝土钻削区域的温度值；

将所述当前待加工混凝土钻削区域的温度值导入所述特性数据库中，得到当前待加工混凝土所能承受的预设极限轴向力值；

获取加工钻头的实际轴向力值，并判断所述实际轴向力值是否大于预设极限轴向力值；

若大于，则将加工钻头的进给速度调低。

需要说明的是，由于温度容易影响混凝土材料所能承受的极限轴向力值，不同温度场的极限轴向力值是不一致的，因此，由大数据网络中获取混凝土柱在各温度下所能承受的极限轴向力值，并基于所述待加工混凝土在各温度下所能承受的极限轴向力值建立特性数据库，利用温度传感器、热敏传感器、红外传感器等获取到加工区域的温度值；从而确定出在该温度下混凝土材料的预设极限轴向力值，然后再通过测力计测量实际轴向力值，并判断所述实际轴向力值是否大于预设极限轴向力值；若大于，则需要将加工钻头的当前进给速度调低，进而调低轴向力，避免出现因轴向力过大而造成钻孔分层、撕裂等现象，从而提高了钻孔合格率。

此外，所述一种建筑工程用的混凝土智能打孔装置的控制方法，还包括如下步骤：

在第三钻削阶段时，在预设时间内获取薄膜压力传感器的压力参数信息，基于所述压力参数信息得到压力变化率；

判断所述压力变化率是否大于预设压力变化率；

若大于，则在预设时间内获取加工钻头的轴向力参数信息，基于所述轴向力参数信息得到轴向力变化率；

判断所述轴向力变化率是否大于预设轴向力变化率；

若不大于，则将所述第三进给速度调低；

若大于，则启动第一控制程序，进而执行退刀排屑程序(排屑困难，造成压力过大)。

需要说明的是，孔出口撕裂、剥落、崩边多发生在孔出口的一侧最表面层，在钻孔加工中最常见的缺陷是由于钻孔接近钻出时，轴向力的下降速率小于材料强度的下降速率，造成切削材料未进入切削层即造成破坏，产生撕裂、剥落、崩边等缺陷。因此，在本发明中，在第三钻削阶段时，在预设时间内获取薄膜压力传感器的压力参数信息，基于所述压力参数信息得到压力变化率；若压力变化率大于预设压力变化率，则说明孔出口出的混凝土材料强度的下降速率过大，此时则在预设时间内获取加工钻头的轴向力参数信息，基于所述轴向力参数信息得到轴向力变化率；若轴向力变化率不大于预设轴向力变化率，则说明此时轴向力下降速率小于材料强度的下降速率，此时则需要将第三进给速度调低，进而提高轴向力下降速率，使得轴向力的下降速率大于材料强度的下降速率。若轴向力变化率大于预设轴向力变化率，此时说明轴向力下降速率是足够大的，此时材料强度的下降速率过大极有可能是堵屑造成的，此时则启动第一控制程序，进而执行退刀排屑程序，将钻削排出，避免钻屑过度堵塞在钻孔内而对钻孔出口面造成挤压，从而造成材料强度的下降速率过大。

以上依据本发明的理想实施例为启示，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种建筑工程用的混凝土智能打孔装置，包括钻孔模块、支撑模块以及夹紧模块，其特征在于：

所述钻孔模块包括第一安装块与第二安装块，所述第一安装块与第二安装块之间配合连接有第一螺纹丝杆，所述第一安装块上固定安装有第一驱动电机，且所述第一驱动电机的输出端与所述第一螺纹丝杆的一端配合连接，所述第一螺纹丝杆上配合连接有第一滑动块，所述第一滑动块的顶部固定连接有安装柱；

所述安装柱上固定安装有安装架，所述安装架上固定安装有第二驱动电机，所述第二驱动电机的输出端配合连接有第二螺纹丝杆，所述第二螺纹丝杆上配合连接有第二滑动块，所述第二滑动块上固定安装有第三驱动电机，所述第三驱动电机的输出端配合连接有卡接头，所述卡接头上卡接有加工钻头，所述卡接头内设置有测力计，所述测力计用于测量加工钻头在加工时轴向力值。

2.根据权利要求1所述的一种建筑工程用的混凝土智能打孔装置，其特征在于：所述加工钻头上通过固定螺钉固定连接有固定套，所述固定套的底部固定连接有弹性硅胶橡胶垫。

3.根据权利要求1所述的一种建筑工程用的混凝土智能打孔装置，其特征在于：所述支撑模块包括碎屑收集槽与弧形支撑槽，所述碎屑收集槽的一端与所述第一安装块固定连接，另一端与所述第二安装块固定连接，所述碎屑收集槽的两端设置有两组电动伸缩杆，且所述弧形支撑槽固定安装在两组所述电动伸缩杆的顶部，所述弧形支撑槽的内侧面与待加工工件的外侧面相适配。

4.根据权利要求3所述的一种建筑工程用的混凝土智能打孔装置，其特征在于：所述弧形支撑槽在预设位置上开设有若干个落料孔，所述落料孔的周围区域铺设有薄膜压力传感器。

5.根据权利要求1所述的一种建筑工程用的混凝土智能打孔装置，其特征在于：所述夹紧模块包括第一夹紧机构与第二夹紧机构，所述第一夹紧机构安装在所述第一安装块的顶部，所述第二夹紧机构安装在所述第二安装块的顶部，所述第一夹紧机构与第二夹紧机构用于夹紧待加工工件的两端，且所述第一夹紧机构与第二夹紧机构结构相同，包括第一固定块与第二固定块，所述第一固定块的一侧固定连接有第一夹块，所述第一固定块的顶部固定安装有第一滑轨，所述第一固定块的侧壁固定安装有第一伸缩气缸，所述第一滑轨上滑动连接有第一滑块，所述第一滑块的顶部固定连接有第一连接件，所述第一连接件的侧面固定连接有第一拉板，所述第一拉板与所述第一伸缩气缸的输出端配合连接。

6.根据权利要求5所述的一种建筑工程用的混凝土智能打孔装置，其特征在于：所述第二固定块的一侧固定连接有第二夹块，所述第二固定块的顶部固定安装有第二滑轨，所述第二固定块的侧壁固定安装有第二伸缩气缸，所述第二滑轨上滑动连接有第二滑块，所述第二滑块的顶部固定连接有第二连接件，所述第二连接件的侧面固定连接有第二拉板，所述第二拉板与所述第二伸缩气缸的输出端配合连接。

7.根据权利要求5所述的一种建筑工程用的混凝土智能打孔装置，其特征在于：所述第一连接件的顶部固定连接有第一调节件，所述第一调节件上固定连接有第三夹块，所述第三夹块上设置有第一压力传感器，所述第一压力传感器与所述第一伸缩气缸通讯连接。

8.根据权利要求6所述的一种建筑工程用的混凝土智能打孔装置，其特征在于：所述第二连接件的顶部固定连接有第二调节件，所述第二调节件上固定连接有第四夹块，所述第四夹块上设置有第二压力传感器，所述第二压力传感器与所述第二伸缩气缸通讯连接。

9.一种建筑工程用的混凝土智能打孔装置的控制方法，应用于权利要求1-8任一项所述的一种建筑工程用的混凝土智能打孔装置，其特征在于，包括如下步骤：

获取加工钻头的实时轴向力值；

将所述实时轴向力值与第一预设轴向力值、第二预设轴向力值以及第三预设轴向力值进行比较；其中，所述第三预设轴向力值大于所述第二预设轴向力值，所述第二预设轴向力值大于所述第一预设轴向力值；

若所述实时轴向力值大于第一预设轴向力值且小于或等于第二预设轴向力值，且所述实时轴向力值逐步增加，则说明加工钻头处于第一钻削阶段，此时控制加工钻头按照第一运行参数运行；其中，所述第一运行参数是加工钻头按照匀加速转动且进给速度为第一进给速度的控制程序；

若所述实时轴向力位大于第二预设轴向力值且小于或等于所述第三预设轴向力值，则说明加工钻头处于第二钻削阶段，此时控制加工钻头按照第二运行参数运行；其中，所述第二运行参数是加工钻头按照匀速转动且进给速度为第二进给速度的控制程序；

若所述实时轴向力值大于第一预设轴向力值且小于或等于第二预设轴向力值，且所述实时轴向力值逐步减少，则说明加工钻头处于第三钻削阶段，此时控制加工钻头按照第三运行参数运行；其中，所述第三运行参数是加工钻头按照匀加速转动且进给速度为第三进给速度的控制程序；

其中，所述第一进给速度大于第二进给速度，所述第二进给速度大于第三进给速度。

10.根据权利要求9所述的一种建筑工程用的混凝土智能打孔装置的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

实时监测第二钻削阶段中加工钻头的轴向力变化情况，基于所述轴向力变化情况得到加工钻头轴向力变化量；

判断所述轴向力变化量是否大于预设变化量；

若大于，则获取预设时间段内各个时刻的加工钻头轴向力值；

基于所述预设时间段内各个时刻的加工钻头轴向力值建立轴向力变化曲线图；

基于所述轴向力变化曲线图得到第一轴向力值、第二轴向力值、第三轴向力值；其中，所述第一轴向力值为轴向力变化曲线图中起始端点对应的轴向力值，所述第二轴向力值为轴向力变化曲线图中的最大轴向值，所述第三轴向力值为轴向力变化曲线图中末尾端点对应的轴向力值；

计算第二轴向力与第一轴向力之间的差值，得到第一轴向力差值；计算第三轴向力与第一轴向力之间的差值，得到第二轴向力差值；

若所述第二轴向力差值等于第一轴向力差值，则启动第一控制程序，进而执行退刀排屑程序；

若所述第二轴向力差值小于所述第一轴向力差值，则执行下一步判定程序；

计算第一轴向力差值与第二轴向力差值之间的差值，得到轴向力变化差值；

判断所述轴向力变化差值是否大于预设变化差值；

若不大于，则执行第二控制程序，进而将加工钻头的第二进给速度调小；

若大于，则控制加工钻头按照原有程序运行。

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