自控行程数控钻削动力头及其控制方法技术

一种数控钻床用自控行程数控钻削动力头及其控制方法。自控行程数控钻削动力头由动力头的电机、减速器、钻头，与进给部分的运动导轨副、丝杠螺母副、伺服电机、传动件及控制部分的伺服驱动器、控制器、进给行程自控部分组成。进给行程自控部分由伺服驱动器的转矩监视单元、电压检测和转换装置两部分组成。其控制方法是通过检测伺服驱动器的转矩监视电压、经信号转换，由控制器、伺服驱动器以伺服驱动方式实现钻削动力头进给行程自控，即进给方式为：当钻头未接触工件时为快进、接触工件后变为工进、钻透或钻至沉孔深度时变为快退。除沉孔深度值外，无需输入进给行程数据；既能钻通孔又能钻沉孔，加工效率高、维护成本低、结构简单，有利环保。

Automatic control stroke, digital drilling power head and control method thereof

Automatic control stroke drilling power head for numerical control drilling machine and control method thereof. Motor, cutting power head by head of reducer, drill self controlled stroke NC, and the feed movement of the guide screw nut, servo motor, transmission parts and control part of the servo driver, controller, automatic feed stroke parts. The automatic control part of the feed stroke is composed of two parts, the torque monitoring unit of the servo driver and the voltage detecting and converting device. The control method is converted by monitoring the voltage detection and torque servo drive signal, by the controller, servo drive servo driving mode to realize drilling head feed stroke control, i.e. feeding mode: when the drill does not contact with the workpiece to fast forward, into contact with the workpiece after feeding, or drill to drill through the hole depth to rewind. In addition to hole depth value, without entering the feed stroke data; can use a drilled hole drill hole, high processing efficiency, low maintenance cost, simple structure, favorable environmental protection.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数控钻床，特别是一种利用转矩监视电压自动控制钻削动力头进给行程、无需事先输入进给数据的。
技术介绍
一般数控钻床的钻削动力头不能自动控制主轴行程，需要事先根据钻头长度、工件厚度和空行程留量，计算出快进、工进、快退行程并输入有关数据，通过数控装置和接近开关进行控制，或通过对刀确定工进起始位置，钻头在进到此位置后转换为工进，工进行程大小为起始位置到工件钻透后的距离。钻透后钻头快退，从而完成一个通孔的加工过程。由于针对不同钻头和不同厚度的工件，操作者必须经常输入不同的数值，使操作烦琐并容易出现因输入值有误而导致撞坏钻头或钻不透的现象，同时存在一定的空行程损失。中国《技术专利公报》第19卷、第43号公开了名称是“自控行程锅筒数控钻床”的专利，专利号ZL02268044.6、公告号CN2581101Y。其目的是提供一种采用液压控制的自控行程动力头并应用于锅筒数控钻床。其构成是由钻削动力头及其沿锅筒纵向移动的驱动装置、锅筒自转驱动装置、电控线路及液压系统组成。钻削动力头由钻削头和液压滑台组成。钻削头由电机、减速箱、钻头组成。液压滑台由油缸、平台、导轨、前导向套、后导向套、弹簧及调节螺栓组成。钻头的工进行程不事先设定，而由钻头与锅筒接触时阻力的变化自动控制，即钻头未接触工件时为快进、接触工件后自动变为工进、钻透后又自动变为快退。不足之处是加工效率偏低、维护成本高且只能钻通孔。
技术实现思路
为了克服现有自控行程数控钻削头及其控制方法加工效率偏低、维护成本高、只能钻通孔的不足，本专利技术提供一种自控行程数控钻削动力头的控制方法以及根据这种控制方法专门设计的自控行程数控钻削动力头，这种控制方法及其自控行程数控钻削动力头不仅能自控进给行程、无需事先输入或少输入进给行程数据，而且结构简单、加工效率高、维护成本低，还可以钻沉孔。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是自控行程数控钻削动力头的控制方法，是通过控制器、伺服驱动器控制伺服电机使进给部分带动动力头，用自控进给行程方式、按如下进给方式完成进给行程当钻头未接触工件时为快进、接触工件后自动变为工进、钻完后又自动变为快退。其中，自控进给行程方式采用伺服驱动方式，即伺服驱动器采用带有能监视伺服驱动器输出转矩的转矩监视单元的，或称驱动器有转矩监视输出端；将驱动器的转矩监视单元的输出电压、或称驱动器的转矩监视电压，作为取样信号；增设一电压检测和转换装置，将取样信号转换为有用输入信号输入到控制器。在钻通孔时，该有用输入信号使控制器在钻头接触工件后发出快进/工进控制指令信号，在钻透后发出工进/快退控制指令信号。在钻沉孔时，该有用输入信号仅使控制器在钻头接触工件后发出快进/工进控制指令信号，而工进/快退控制指令信号仍由控制器根据事先输入的沉孔深度值发出。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案还可以是自控行程数控钻削动力头的控制方法，采用两电压比较器组成电压检测和转换装置的两路电压检测和转换电路。一路使转矩监视电压与设定的高阈值信号电位比较，输出快进/工进转换的有用输入信号；另一路使转矩监视电压与设定的低阈值信号电位比较，输出工进/快退转换的有用输入信号。自控行程数控钻削动力头的控制方法，采用模数转换器组成电压检测和转换装置的电路，该电路输出的有用输入信号为数字信号，该数字信号在控制器内与设定的高阈值数据、低阈值数据进行比较，分别产生快进/工进的控制指令信号、工进/快退的控制指令信号。根据上述控制方法专门设计的自控行程数控钻削动力头，主要由动力头部分、进给部分，以及控制部分组成。动力头部分主要由电机、减速器、钻头组成。进给部分主要由运动导轨副、丝杠螺母副、伺服电机及其传动件组成。控制部分主要由伺服驱动器、控制器以及进给行程自控部分组成。其中，伺服驱动器要采用具有能监视伺服驱动器输出转矩的转矩监视单元的。该伺服驱动器的转矩监视单元是进给行程自控部分的一组成部分。进给行程自控部分的另一组成部分是电压检测和转换装置。电压检测和转换装置的输入端与伺服驱动器的转矩监视输出端连接，其输出端与控制器输入端连接。自控行程数控钻削动力头的电压检测和转换装置的电路由两个电压比较器组成。两电压比较器分别输出快进/工进转换的有用输入信号与工进/快退转换的有用输入信号。电压检测和转换装置的电路也可由模数转换器组成，输出的有用输入信号为数字信号。自控行程数控钻削动力头的电压检测和转换装置的电路，由两个集成电压比较器组成。其中一个电压比较器的同相输入端接伺服驱动器的转矩监视输出端，由电阻和电位器组成的分压电路跨接于电源正负极之间，设定高阈值信号电位的电位器的调节端接电压比较器的反相输入端，组成快进/工进转换的电压检测电路。光电耦合器输入部分的LED和上拉电阻串联、呈正向跨接于电源正负极之间，二者的连接点与电压比较器输出端连接，光耦的输出端接控制器输入端，组成信号转换电路。另一电压比较器及其外围元件电阻、电位器、光耦组成工进/快退转换的电压检测和信号转换电路。除了电压比较器反相输入端接转矩监视输出端、同相输入端接设定低阈值信号电位的电位器调节端、光耦的输出端接控制器的另一输入端外，其余与第一个电压比较器电路相同。自控行程数控钻削动力头的电压检测和转换装置采用模数转换模块，其两输入端分别与伺服驱动器的转矩监视单元的两输出端连接；模数转换模块通过总线与控制器相连接。本专利技术的有益效果是钻削动力头的快进/工进转换和工进/快退转换，通过检测伺服驱动器输出的转矩监视电压来完成，除了钻沉孔需输入深度值，无需事先输入进给行程数据。采用这种进给行程自控方式不用直接检测钻头所受轴向力大小，只需拾取伺服驱动器的转矩监视电压，信号取样简单，简化了结构。由于采用伺服控制方式，不但能钻通孔还可以钻沉孔，而且比液压控制方式加工效率高、维护成本低，结构简单，有利环保。附图说明图1本专利技术自控行程数控钻削动力头的机械结构示意图总2本专利技术的伺服驱动控制部分的方框3采用模数转换模块的电压检测和转换装置的模块接线4采用电压比较器的电压检测和转换装置的电路原理中1-电机、2-减速器、3-钻头、4-工件、5-运动导轨副、6-丝杠螺母副、7-伺服电机、8-同步带、9-电机电缆、10-编码器电缆、11-伺服驱动器、12-转矩监视电压信号线、13-电压检测和转换装置、14-有用输入信号线、15-控制器、16-控制指令信号线、17-模数转换模块、18-控制基板、19-CPU具体实施方式 下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。实施例1本专利技术自控行程数控钻削动力头的控制方法，是通过控制器(15)、伺服驱动器(11)控制伺服电机(7)使进给部分带动动力头，采用自控进给行程方式、按如下方式完成进给行程当钻头未接触工件时为快进、接触工件后自动变为工进、钻完后又自动变为快退。自控进给行程是通过伺服驱动方式实现的。所谓通过伺服驱动方式实现自控进给行程，是将伺服驱动器(11)输出的转矩监视电压作取样信号，增设一个电压检测和转换装置(13)，将取样信号转换为输入控制器(15)的有用输入信号。该有用输入信号使控制器(15)发出快进/工进、工进/快退控制指令信号，进而通过伺服驱动器(11)控制伺服电机(7)使动力头完成快进/工进转换、工进/快退转换。一般控制伺服电机的伺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自控行程数控钻削动力头的控制方法，通过控制器（１５）、伺服驱动器控制伺服电机（７）使进给部分带动动力头，采用自控进给行程方式、按如下进给方式完成进给行程：当钻头未接触工件时为快进、接触工件后自动变为工进、钻完后又自动变为快退；其特征在于：所说的自控进给行程方式采用伺服驱动方式，即，所说的伺服驱动器采用具有能监视伺服驱动器输出转矩的转矩监视单元的，将伺服驱动器（１１）的转矩监视单元的输出电压作为取样信号，增设一电压检测和转换装置（１３），将取样信号转换为有用输入信号、输入控制器（１５）；在钻通孔时，该有用输入信号使控制器（１５）在钻头接触工件后发出快进／工进控制指令信号、在钻透后发出工进／快退控制指令信号；在钻沉孔时，该有用输入信号仅使控制器（１５）在钻头接触工件后发出快进／工进控制指令信号，工进／快退控制指令信号仍由控制器（１５）根据事先输入的沉孔深度值发出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：封学平，黄玉新，
申请(专利权)人：山东法因数控机械股份有限公司，
类型：发明
国别省市：88[中国|济南]