一种自动进给钻制孔过程中钻削力信号的采集系统及其信号的应用方法技术方案

本发明专利技术公开了一种自动进给钻制孔过程中钻削力信号的采集系统及其信号的应用方法，该系统包括自动进给钻、钻削力传感器；自动进给钻包括主轴，主轴底端通过反向螺纹连接有钻头，主轴的外部套有鼻管，鼻管的下端通过法兰连接套在钻头外部的钻套，钻套穿过钻模板的孔位，使钻头对被加工件制孔，在鼻管和钻模板之间安装钻削力传感器；该办法为在制孔过程中，若实际钻削力或扭矩值发生大幅度突变，则停止作业，若未发生大幅度突变则设定阈值，当实际钻削力或扭矩值超过阈值，则降低主轴的转速。本发明专利技术解决了现有技术中自动进给钻具需要专用夹具固定测力仪，才能实现在航空材料制孔过程中钻削力和扭矩信号的采集，结构复杂、操作不方便、成本高的问题。成本高的问题。成本高的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种自动进给钻制孔过程中钻削力信号的采集系统及其信号的应用方法


[0001]本专利技术涉及航空设备机加工
，特别是涉及一种自动进给钻制孔过程中钻削力信号的采集系统及其信号的应用方法。

技术介绍

[0002]自动进给钻具有制孔速度快、效率高等优势，因此广泛应用于CFRP、钛合金、铝合金等航空材料的制孔加工作业，但该设备在实际加工作业中，往往需要设计专用夹具固定测力仪才能实现制孔过程的钻削力和扭矩信号采集。这种采集钻削力和扭矩信号的方法需要使用昂贵的测力仪设备和专用的工装夹具，当被加工工件的几何形状发生改变时，工装夹具也需重新更换，增加了自动进给钻的使用成本，也使作业平台的结构变得复杂。如何在制孔加工作业过程中，更便捷、成本更低的对钻削力和扭矩信号进行采集，以及对采集的数据进行处理分析，调整自动进给钻工作状态是目前亟需要解决的问题。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种操作便捷、结构简单、成本低的自动进给钻制孔过程中钻削力信号的采集系统及其信号的应用方法。
[0004]技术方案：为实现上述目的，本专利技术所述的一种自动进给钻制孔过程中钻削力信号的采集系统，包括自动进给钻、钻削力传感器；其中，自动进给钻包括进行旋转和进给复合运动的主轴，主轴底端通过反向螺纹连接有钻头，主轴的外部套有鼻管，鼻管的下端通过法兰连接有套在钻头外部的钻套，钻套穿过固定在被加工件上的钻模板的孔位，使钻头对被加工件制孔，在鼻管和钻模板之间安装钻削力传感器用于采集在制孔过程中产生的钻削力信号和扭矩信号。
[0005]其中，旋转电机和进给电机驱动齿轮箱，从而带动主轴进行旋转和进给复合运动，鼻管上端连接在齿轮箱的下端。
[0006]其中，齿轮箱的上端连接有轴套，以防止灰尘进入，影响主轴转动。
[0007]其中，钻削力传感器安装在钻套与鼻管之间，用于采集钻套的钻削力信号和扭矩信号。
[0008]其中，钻削力传感器安装鼻管上，用于采集鼻管的钻削力信号和扭矩信号。
[0009]其中，钻削力传感器为石英压力传感器或石英应变传感器。
[0010]其中，钻套的中部设有凸起，通过止动螺母固定在钻模板上。
[0011]其中，钻削力传感器采集到的钻削力信号和扭矩信号输送给信号处理模块进行实际钻削力或扭矩值换算，并根据实际钻削力或扭矩值的大小调整旋转电机和进给电机的转速。
[0012]其中，信号处理模块包括电荷放大器和控制器，钻削力传感器采集到的钻削力信号和扭矩信号先经电荷放大器进行信号放大，再输送给控制器进行实际钻削力或扭矩值换
算。
[0013]本专利技术还提供一种自动进给钻制孔过程中钻削力信号采集系统采集到的信号的应用方法，在制孔过程中，若实际钻削力或扭矩值发生大幅度突变，则停止作业，检查钻头是否发生损坏；若实际钻削力或扭矩值未发生大幅度突变，则设定阈值，当实际钻削力或扭矩值超过阈值，则降低主轴的转速。
[0014]有益效果：本专利技术具有如下优点：1、本专利技术将钻削力传感器安装在鼻管和钻模板之间，直接采集自动进给钻在制孔过程中产生的钻削力信号和扭矩信号，无需额外使用测力仪设备和工装夹具，结构简单、操作方便，也节约了成本；
[0015]2、信号处理模块根据传感器采集到的实际钻削力和扭矩值的大小调整自动进给钻主轴的转速，对作业情况进行实时监控，既适用于单层航空材料，也适用于多层航空材料的制孔工作；
[0016]3、当实际钻削力和扭矩值发生大幅度突变，表明钻头发生损坏，控制器发送停止指令并经过电荷放大器放大后停止自动进给钻主轴的进给，提高了作业的安全性。
附图说明
[0017]图1为本专利技术系统结构示意图；
[0018]图2为本专利技术系统剖面示意图；
[0019]图3为本专利技术钻削力传递过程图；
[0020]图4为本专利技术扭矩传递过程图；
[0021]图5为本专利技术系统在作业过程中采集到的实际钻削力信号图；
[0022]图6为本专利技术系统在作业过程中采集到的实际扭矩值信号图。
具体实施方式
[0023]下面结合实施例和附图对本专利技术的技术方案作详细说明。
[0024]如图1所示，本专利技术提供的自动进给钻制孔过程中钻削力信号的采集系统，包括自动进给钻、钻削力传感器、信号处理模块。
[0025]自动进给钻包括进行旋转和进给复合运动的主轴9，主轴9底端通过反向螺纹连接有钻头11，主轴9的外部套有鼻管8，钻头11外部套头钻套12，钻套12的中部设有凸起，通过止动螺母13固定在钻模板4上，钻套12的下部穿过钻模板4的孔位，使钻头11对被加工件14制孔，钻模板4通过螺柱螺母5固定在被加工件14上；主轴9上端套有轴套6，防止粉尘等杂物进入主轴9引起主轴9进给运动时产生误差。
[0026]本专利技术钻削力传感器3的安装方式有两种，第一种，如图2所示，钻削力传感器3安装在钻套12与鼻管8之间，用于采集钻套12的钻削力和扭矩信号，钻削力传感器3上端与鼻管8下端通过法兰10连接，钻套12的上端设有带螺纹孔的平台，钻削力传感器3的下端通过螺丝与钻套12的上端平台连接；另一种方式钻削力传感器3直接安装鼻管8上，用于采集鼻管8的钻削力和扭矩信号，鼻管8的下端通过法兰10与钻套12的上端平台连接。其中，钻削力传感器3为石英压力传感器或石英应变传感器，钻削力传感器3的出线方式为侧面出线。
[0027]主轴9进行旋转和进给复合运动的实现方式为：由旋转电机1和进给电机2驱动齿轮箱7，带动主轴9进行旋转和进给复合运动；或者由旋转式气动马达和进给式气动马达驱
动齿轮箱7，带动主轴9进行旋转和进给复合运动，鼻管8上端连接在齿轮箱7的下端，齿轮箱7的上端连接有轴套6，以防止灰尘等杂物进入主轴9。
[0028]本专利技术所述的信号处理模块包括电荷放大器15和控制器16，钻削力传感器3采集到的钻削力信号和扭矩信号先经电荷放大器15进行信号放大，再输送给控制器16。
[0029]如图3所示，以旋转电机1和进给电机2通过齿轮箱7以差动模式带动主轴9实现进给运动为例，在制孔过程中，一部分钻削力通过钻头11依次传递给主轴9、齿轮箱7外壳、鼻管8；一部分钻削力通过齿轮箱7传递给鼻管8。因此，钻头11与被加工工件14稳定接触后钻削力传递过程为：钻头11
→
主轴9
→
齿轮箱7
→
鼻管8
→
法兰10
→
钻套12
→
止动螺母13
→
钻模板4
→
螺柱螺母5
→
被加工工件14。
[0030]当钻削力传感器3安装在钻套12与鼻管8之间，采集的是钻套12的钻削力，该钻削力与钻头11受到被加工工件14的钻削力相等，因此，可有效表征制孔加工过程实际的钻削力信号。
[0031]当钻削力传感器3安装在鼻管8的任意位置，采集的是鼻管8受到的钻削力，钻削力与钻头11受到的钻削力相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自动进给钻制孔过程中钻削力信号的采集系统，其特征在于，该系统包括自动进给钻、钻削力传感器；其中，自动进给钻包括进行旋转和进给复合运动的主轴(9)，主轴(9)底端通过反向螺纹连接有钻头(11)，主轴(9)的外部套有鼻管(8)，鼻管(8)的下端通过法兰(10)连接有套在钻头(11)外部的钻套(12)，钻套(12)穿过固定在被加工件(14)上的钻模板(4)的孔位，使钻头(11)对被加工件(14)制孔，在鼻管(8)和钻模板(4)之间安装钻削力传感器(3)用于采集在制孔过程中产生的钻削力信号和扭矩信号。2.根据权利要求1所述的自动进给钻制孔过程中钻削力信号的采集系统，其特征在于，旋转电机(1)和进给电机(2)驱动齿轮箱(7)，从而带动主轴(9)进行旋转和进给复合运动，鼻管(8)上端连接在齿轮箱(7)的下端。3.根据权利要求1所述的自动进给钻制孔过程中钻削力信号的采集系统其特征在于，齿轮箱(7)的上端连接有轴套(6)，以防止灰尘进入，影响主轴(9)转动。4.根据权利要求1所述的自动进给钻制孔过程中钻削力信号的采集系统，其特征在于，钻削力传感器(3)安装在钻套(12)与鼻管(8)之间，用于采集钻套(12)的钻削力信号和扭矩信号。5.根据权利要求1所述的自动进给钻制孔过程中钻削力信号的采集系统，其特征在于，钻削力传感器(3)安装鼻管(8)...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨浩骏，高顺兴，陈玉荣，陈燕，苏宏华，
申请(专利权)人：江苏集萃精密制造研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：