CN220120240U - 定量式钻具振动转速动应变测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种定量式钻具振动转速动应变测量系统，所述系统应用于数控钻床，所述数控钻床包括：机架、转动连接于机架用于安装钻头的钻头安装部、用于驱动钻头安装部转动的第一驱动电机、以及用于驱动钻头安装部升降移动的第二驱动电机，所述系统包括：主控处理单元；转速传感器，设置于所述钻头安装部、用于检测钻头的实时转速；振动传感器，设置于所述钻头安装部、用于检测钻头的振动频率；显示器，用于显示实时转速和振动频率；与所述主控处理单元相连接的停机报警单元。通过对实时转速和振动频率进行检测，在钻孔过程中根据振动频率动态调整第一驱动电机的转速，从而降低了振动对加工过程造成的影响，提高钻孔精度，延长钻头的使用寿命。

Description

定量式钻具振动转速动应变测量系统

技术领域

本实用新型涉及钻具测量技术领域，特别是涉及一种定量式钻具振动转速动应变测量系统。

背景技术

钻孔加工是常见的机械加工工序之一，常见的用于钻孔加工的钻具有电钻、钻床等，随着智能制造技术进步，数控钻床已得到了广泛使用。目前，数控钻床能够实现集位置、速度、扭矩、顺序控制为一体，但在实际加工过程中，尤其是进行深孔加工时，由于待加工零件硬度分布不均或钻头存在一定磨损等情况，会导致钻具产生一定程度的振动，发生振动时易出现钻孔精度降低、钻头损坏等不良情况；由于振动的频率通常表现为与钻头转速成正比，因此需要在发生振动时对钻头的转速进行调控，但现有的数控钻具仅能定量设定转速，无法在实际钻孔过程中进行转速调控，难以适应加工需求。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种定量式钻具振动转速动应变测量系统，用于解决现有技术中数控钻床无法在发生振动是调整转速的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种定量式钻具振动转速动应变测量系统，所述系统应用于数控钻床，所述数控钻床包括：机架、转动连接于机架用于安装钻头的钻头安装部、用于驱动钻头安装部转动的第一驱动电机、以及用于驱动钻头安装部升降移动的第二驱动电机，所述系统包括：

主控处理单元，所述第一驱动电机的控制器和所述第二驱动电机的控制器均与所述主控处理单元相连接；

与所述主控处理单元相连接的转速传感器，设置于所述钻头安装部、用于检测钻头的实时转速；

与所述主控处理单元相连接的振动传感器，设置于所述钻头安装部、用于检测钻头的振动频率；

与所述主控处理单元相连接的显示器，用于显示实时转速和振动频率；

与所述主控处理单元相连接的停机报警单元；

当所述振动频率超过预定高频阈值时，所述主控处理单元控制所述第一驱动电机按照预定梯度降低转速，当所述振动频率重新降低至预定高频阈值之下时，所述主控处理单元保持当前转速运行；且当所述第一驱动电机降低至预定低速阈值时，若所述振动频率依然高于所述预定高频阈值，所述主控处理单元控制所述第二驱动电机反向转动使钻头脱离待加工零件、并通过所述停机报警单元控制钻床停机并发出报警信息。

实现上述技术方案，在钻孔加工过程中，通过转速传感器采集钻头的实时转速，通过振动传感器实时检测钻头的振动频率，由显示器对实时转速及振动频率进行显示，方便工作人员进行实时监控，正常情况下，钻头按照预设的转速转动进行钻孔作业，当出现钻头发生剧烈振动的情况时，相应的振动传感器采集振动频率数值即会操作预定高频阈值，此时主控处理单元即控制第一驱动电机按照预定梯度降低转速，即每降低一个梯度的转速达到新的转速后对比一次振动频率，降低转速后振动频率也会相应降低，从而减少因振动影响钻孔精度或造成钻头损坏，当振动频率重新下降到预定高频阈值之下时，即可保持当前转速运行，继续进行稳定的钻孔作业，而若第一驱动电机降低至预定低速阈值后，振动频率仍然高于预定阈值，则有可能是钻头损坏、待加工零件装夹不稳定或者钻头轴心偏移等原因造成振动，此时需要停机重新调整，由主控处理单元控制第二驱动电机反转使钻头安装部上升，钻头脱离待加工零件后停机报警，从而提示工作人员及时处理；通过对实时转速和振动频率进行检测，在钻孔过程中根据振动频率动态调整第一驱动电机的转速，从而降低了振动对加工过程造成的影响，提高钻孔精度，延长钻头的使用寿命。

作为实用新型的一种优选方案，所述停机报警单元包括：

连接于数控钻床主控系统的停机信号发送模块，用于生成停机信号并发送至数控钻床主控系统以控制钻床停机；以及，

连接于所述停机信号发送模块的报警模块，所述报警模块响应于所述停机信号以发出报警信息。

实现上述技术方案，通过停机信号发生模块生成停机信号并发送至数控钻床主控系统，数控钻床主控系统能够响应于停机信号出发停机指令，控制钻床停机，同时报警模块发出报警信息，提示工作人员及时进行处理。

作为实用新型的一种优选方案，所述报警模块包括语音播放器或声光报警器中的一种或多种。

实现上述技术方案，通过语音播放器可以播放提示语音，直接提示工作人员故障类型，通过声光报警器可以发出声光报警信号。

作为实用新型的一种优选方案，所述主控处理单元还连接有人机交互设备，所述人机交互设备用于设定所述预定高频阈值和所述预定低速阈值。

作为实用新型的一种优选方案，所述主控处理单元还连接有通信接口组，所述通信接口组包括MII接口、RMII接口、RS232接口、RS485接口、CAN总线接口、M-Bus接口、MDOBUS接口、I2C接口、SPI接口、蓝牙模块、LORA模块、ZigBee模块中的一种或多种。

实现上述技术方案，通过通信接口组能够满足不同的连接控制需求。

作为实用新型的一种优选方案，所述机架上还设有位置控制模块，所述位置控制模块用于检测所述钻头安装部的高度，且当所述第二驱动电机控制所述钻头安装部上升到预定高度时，所述主控处理单元控制所述第二驱动电机停止运行。

作为实用新型的一种优选方案，所述位置控制模块包括距离传感器、接近开关或者红外光传感器中的一种或者多种。

实现上述技术方案，通过位置控制模块能够检测钻头安装部的高度，从而控制钻头安装部的上升距离，避免钻头安装部上升位置过低导致钻头未脱离待加工零件。

如上所述，本实用新型具有以下有益效果：

本发明实施例通过提供一种定量式钻具振动转速动应变测量系统，在钻孔加工过程中，通过转速传感器采集钻头的实时转速，通过振动传感器实时检测钻头的振动频率，由显示器对实时转速及振动频率进行显示，方便工作人员进行实时监控，正常情况下，钻头按照预设的转速转动进行钻孔作业，当出现钻头发生剧烈振动的情况时，相应的振动传感器采集振动频率数值即会操作预定高频阈值，此时主控处理单元即控制第一驱动电机按照预定梯度降低转速，即每降低一个梯度的转速达到新的转速后对比一次振动频率，降低转速后振动频率也会相应降低，从而减少因振动影响钻孔精度或造成钻头损坏，当振动频率重新下降到预定高频阈值之下时，即可保持当前转速运行，继续进行稳定的钻孔作业，而若第一驱动电机降低至预定低速阈值后，振动频率仍然高于预定阈值，则有可能是钻头损坏、待加工零件装夹不稳定或者钻头轴心偏移等原因造成振动，此时需要停机重新调整，由主控处理单元控制第二驱动电机反转使钻头安装部上升，钻头脱离待加工零件后停机报警，从而提示工作人员及时处理；通过对实时转速和振动频率进行检测，在钻孔过程中根据振动频率动态调整第一驱动电机的转速，从而降低了振动对加工过程造成的影响，提高钻孔精度，延长钻头的使用寿命。

附图说明

图1显示为本实用新型实施例的结构示意图。

图2显示为本实用新型实施例的控制原理图。

图中数字和字母所表示的相应部件名称：

11、机架；12、钻头安装部；13、第一驱动电机；14、第二驱动电机；2、主控处理单元；3、转速传感器；4、振动传感器；5、显示器；6、停机报警单元；61、停机信号发送模块；62、报警模块；7、人机交互设备；8、通信接口组；9、位置控制模块。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅图1至图2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

请参阅图1和图2，本实用新型提供一种定量式钻具振动转速动应变测量系统，该系统应用于数控钻床，数控钻床包括：机架11、转动连接于机架11用于安装钻头的钻头安装部12、用于驱动钻头安装部12转动的第一驱动电机13、以及用于驱动钻头安装部12升降移动的第二驱动电机14，其中，钻头安装部12用于装夹钻头，采用现有的三爪卡盘式夹紧结构即可，第一驱动电机13和第二驱动电机14均采用伺服电机，第一驱动电机13的动力输出轴与钻头安装部12固定连接，第二驱动电机14连接于丝杠组件，钻头安装部12上设有与丝杠组件螺纹连接的安装座，通过第二驱动电机14即可驱动钻头安装部12升降移动，实现钻孔作业。

本实施例的定量式钻具振动转速动应变测量系统包括：主控处理单元2，第一驱动电机13的控制器和第二驱动电机14的控制器均与主控处理单元相连接；与主控处理单元2相连接的转速传感器3，设置于钻头安装部12、用于检测钻头的实时转速；与主控处理单元2相连接的振动传感器4，设置于钻头安装部12、用于检测钻头的振动频率；与主控处理单元2相连接的显示器5，用于显示实时转速和振动频率；与主控处理单元2相连接的停机报警单元6。

主控处理单元2采用PLC控制器实现，转速传感器3可以采用霍尔传感器等现有传感器，转速传感器3设置在钻头安装部12处，检测钻头安装部12的转速即相当于检测了钻头的转速，振动传感器4设置在钻头安装座上，能够直接接受钻头安装座产生的振动，得到振动频率，在实际应用中，有效的振动频率为振幅超过预设值的振动频率，因为在正常钻孔加工过程中，也会产生细微的振动，这种振动是在可控范围内的，当振幅过大时，即有可能造成不良影响，因此可以将振幅较低是的振动频率数据过滤掉。

当振动频率超过预定高频阈值时，主控处理单元2控制第一驱动电机13按照预定梯度降低转速，当振动频率重新降低至预定高频阈值之下时，主控处理单元2保持当前转速运行；且当第一驱动电机13降低至预定低速阈值时，若振动频率依然高于预定高频阈值，主控处理单元2控制第二驱动电机14反向转动使钻头脱离待加工零件、并通过停机报警单元6控制钻床停机并发出报警信息。

具体的，停机报警单元6包括：连接于数控钻床主控系统的停机信号发送模块61，用于生成停机信号并发送至数控钻床主控系统以控制钻床停机；以及，连接于停机信号发送模块61的报警模块62，报警模块62响应于停机信号以发出报警信息。停机信号发送模块61根据主控处理单元2的处理结果生成停机先后，通过停机信号发生模块生成停机信号并发送至数控钻床主控系统，数控钻床主控系统能够响应于停机信号出发停机指令，控制钻床停机，同时报警模块62发出报警信息，提示工作人员及时进行处理。

报警模块62包括语音播放器或声光报警器中的一种或多种，语音播放器可以采用扬声器，且语音播放器与主控处理的单元相连接，主控处理单元2连接有存储模块，存储模块中可以存储固定的语音播放数据，当语音播放器接收到停机信号时，主控处理单元2即可调用存储模块中色语音播放数据，通过语音播放器播放进行报警。本实施例中可以同时采用语音播放器和声光报警器两种报警方式，通过语音播放器可以播放提示语音，直接提示工作人员故障类型，通过声光报警器可以发出声光报警信号。当然存储模块也可以对实时转速和振动频率等数据进行存储，形成历史记录，便于工作人员调取分析。

进一步的，主控处理单元2还连接有人机交互设备7，人机交互设备7用于设定预定高频阈值和预定低速阈值等参数，人机交互模块可以采用键盘、鼠标、数字按键等形式，且显示器5也可以有触控屏替代，从而也可以实现人机交互功能。

主控处理单元2还连接有通信接口组8，通信接口组8包括MII接口、RMII接口、RS232接口、RS485接口、CAN总线接口、M-Bus接口、MDOBUS接口、I2C接口、SPI接口、蓝牙模块、LORA模块、ZigBee模块中的一种或多种，本实施例中，通过通信接口组8能够兼容多种通信方式，满足不同的连接控制需求。

同时，本实施例中，在机架11上还设有位置控制模块9，位置控制模块9用于检测钻头安装部12的高度，且当第二驱动电机14控制钻头安装部12上升到预定高度时，主控处理单元2控制第二驱动电机14停止运行，其中位置控制模块9包括距离传感器、接近开关或者红外光传感器中的一种或者多种，本实施例中优选采用距离传感器，可以实时获取钻头安装部12的高度值，通过位置控制模块9能够检测钻头安装部12的高度，从而控制钻头安装部12的上升距离，避免钻头安装部12上升位置过低导致钻头未脱离待加工零件。

在钻孔加工过程中，通过转速传感器3采集钻头的实时转速，通过振动传感器4实时检测钻头的振动频率，由显示器5对实时转速及振动频率进行显示，方便工作人员进行实时监控，正常情况下，钻头按照预设的转速转动进行钻孔作业，当出现钻头发生剧烈振动的情况时，相应的振动传感器4采集振动频率数值即会操作预定高频阈值，此时主控处理单元2即控制第一驱动电机13按照预定梯度降低转速，即每降低一个梯度的转速达到新的转速后对比一次振动频率，降低转速后振动频率也会相应降低，从而减少因振动影响钻孔精度或造成钻头损坏，当振动频率重新下降到预定高频阈值之下时，即可保持当前转速运行，继续进行稳定的钻孔作业，而若第一驱动电机13降低至预定低速阈值后，振动频率仍然高于预定阈值，则有可能是钻头损坏、待加工零件装夹不稳定或者钻头轴心偏移等原因造成振动，此时需要停机重新调整，由主控处理单元2控制第二驱动电机14反转使钻头安装部12上升，钻头脱离待加工零件后停机报警，从而提示工作人员及时处理；通过对实时转速和振动频率进行检测，在钻孔过程中根据振动频率动态调整第一驱动电机13的转速，从而降低了振动对加工过程造成的影响，提高钻孔精度，延长钻头的使用寿命。

同时，本实用新型可以基于现有钻床直接进行安装改造，适用范围广，使用更加方便，所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种定量式钻具振动转速动应变测量系统，其特征在于，所述系统应用于数控钻床，所述数控钻床包括：机架、转动连接于机架用于安装钻头的钻头安装部、用于驱动钻头安装部转动的第一驱动电机、以及用于驱动钻头安装部升降移动的第二驱动电机，所述系统包括：

主控处理单元，所述第一驱动电机的控制器和所述第二驱动电机的控制器均与所述主控处理单元相连接；

与所述主控处理单元相连接的转速传感器，设置于所述钻头安装部、用于检测钻头的实时转速；

与所述主控处理单元相连接的振动传感器，设置于所述钻头安装部、用于检测钻头的振动频率；

与所述主控处理单元相连接的显示器，用于显示实时转速和振动频率；

与所述主控处理单元相连接的停机报警单元；

当所述振动频率超过预定高频阈值时，所述主控处理单元控制所述第一驱动电机按照预定梯度降低转速，当所述振动频率重新降低至预定高频阈值之下时，所述主控处理单元保持当前转速运行；且当所述第一驱动电机降低至预定低速阈值时，若所述振动频率依然高于所述预定高频阈值，所述主控处理单元控制所述第二驱动电机反向转动使钻头脱离待加工零件、并通过所述停机报警单元控制钻床停机并发出报警信息。

2.根据权利要求1所述的定量式钻具振动转速动应变测量系统，其特征在于，所述停机报警单元包括：

连接于数控钻床主控系统的停机信号发送模块，用于生成停机信号并发送至数控钻床主控系统以控制钻床停机；以及，

连接于所述停机信号发送模块的报警模块，所述报警模块响应于所述停机信号以发出报警信息。

3.根据权利要求2所述的定量式钻具振动转速动应变测量系统，其特征在于，所述报警模块包括语音播放器或声光报警器中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的定量式钻具振动转速动应变测量系统，其特征在于，所述主控处理单元还连接有人机交互设备，所述人机交互设备用于设定所述预定高频阈值和所述预定低速阈值。

5.根据权利要求1所述的定量式钻具振动转速动应变测量系统，其特征在于，所述主控处理单元还连接有通信接口组，所述通信接口组包括MII接口、RMII接口、RS232接口、RS485接口、CAN总线接口、M-Bus接口、MDOBUS接口、I2C接口、SPI接口、蓝牙模块、LORA模块、ZigBee模块中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的定量式钻具振动转速动应变测量系统，其特征在于，所述机架上还设有位置控制模块，所述位置控制模块用于检测所述钻头安装部的高度，且当所述第二驱动电机控制所述钻头安装部上升到预定高度时，所述主控处理单元控制所述第二驱动电机停止运行。

7.根据权利要求6所述的定量式钻具振动转速动应变测量系统，其特征在于，所述位置控制模块包括距离传感器、接近开关或者红外光传感器中的一种或者多种。