專(zhuān)利名稱(chēng)：高精度鉆孔設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于精密機(jī)械及控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鉆孔裝置。
背景技術(shù)：
申請(qǐng)?zhí)枮椤?01210529596.5”的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)“殘余應(yīng)力沿深度分布測(cè)試儀”其中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)是殘余應(yīng)力產(chǎn)生及釋放的過(guò)程中鉆孔的深度控制和定位精度控制，這也是殘余應(yīng)力測(cè)量準(zhǔn)確與否的關(guān)鍵。因此需要研制一套高精度的鉆孔裝置，使得鉆孔的深度精度能夠達(dá)0.001mm，定位精度達(dá)0.0Olmm,以保證“殘余應(yīng)力沿深度分布測(cè)試儀”測(cè)量結(jié)果的精度要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是:開(kāi)發(fā)一種可編程控制的、高精度的兩軸鉆機(jī)，使之能在被測(cè)試件(例如纖維復(fù)合材料)上鉆出一定深度的盲孔，該盲孔的深度及定位精度均達(dá)到0.0Olmm級(jí)另1J，并具有很聞的重復(fù)精度。本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種高精度鉆孔設(shè)備，它安裝在殘余應(yīng)力沿深度分布測(cè)試儀的實(shí)驗(yàn)架臺(tái)上，它包括:控制計(jì)算機(jī)、垂向移動(dòng)裝置、水平移動(dòng)裝置、柔性軸鉆機(jī)、鉆機(jī)頭部夾持部和垂向支撐裝置；垂向移動(dòng)裝置包括:步進(jìn)電機(jī)A、絲桿A、滾珠絲桿螺母A、精密導(dǎo)軌A、導(dǎo)軌滑塊A、限位器A和支撐框架A ;精密導(dǎo)軌A共有兩條，分別與支撐框架A固定連接，其中，一條精密導(dǎo)軌A的兩端沿滾珠絲桿螺母A的運(yùn)動(dòng)方向上下分別設(shè)有限位器A ;步進(jìn)電機(jī)A安裝在支撐框架A的頂部，其輸出軸與絲桿A連接，滾珠絲桿螺母A套接在絲桿A上，絲桿A通過(guò)水平支撐結(jié)構(gòu)與支撐框架A連接；導(dǎo)軌滑塊A有兩塊，分別設(shè)置在精密導(dǎo)軌A上，并與滾珠絲桿螺母A通過(guò)連接件固定連接；水平移動(dòng)裝置包括:步進(jìn)電機(jī)B、絲桿B、滾珠絲桿螺母B、精密導(dǎo)軌B、導(dǎo)軌滑塊B、限位器B和支撐框架B ;精密導(dǎo)軌B共有兩條，分別與支撐框架B固定連接，其中，一條精密導(dǎo)軌B的兩端沿滾珠絲桿螺母B的運(yùn)動(dòng)方向設(shè)有限位器B ;步進(jìn)電機(jī)B安裝在支撐框架B的一側(cè)，其輸出軸與絲桿B連接，滾珠絲桿螺母B套接在絲桿B上，絲桿B通過(guò)垂直支撐結(jié)構(gòu)與支撐框架B連接；導(dǎo)軌滑塊B有兩塊，分別設(shè)置在精密導(dǎo)軌B上，并與滾珠絲桿螺母B通過(guò)連接件固定連接；垂向支撐裝置的底部橫跨在水平移動(dòng)裝置的兩塊導(dǎo)軌滑塊上，垂向支撐裝置設(shè)有燕尾槽機(jī)械結(jié)構(gòu)，燕尾槽的開(kāi)槽方向與絲桿A、絲桿B的軸線(xiàn)方向相互垂直；柔性軸鉆機(jī)由鉆機(jī)頭部夾持部固定在垂向移動(dòng)裝置中的滾珠絲桿螺母A上，垂向移動(dòng)裝置通過(guò)支撐框架A固定在垂向支撐裝置燕尾槽結(jié)構(gòu)的滑槽一側(cè)；控制計(jì)算機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)A、步進(jìn)電機(jī)B、以及柔性軸鉆機(jī)進(jìn)行控制，并接收來(lái)自限位器A、限位器B的反饋信號(hào)；步進(jìn)電機(jī)A與步進(jìn)電機(jī)B的脈沖為128細(xì)分，每個(gè)脈沖產(chǎn)生1.8。的步距角，絲桿A與絲桿B的導(dǎo)程為2mm。
本發(fā)明的有益效果是:1)采用步進(jìn)電機(jī)，并將脈沖進(jìn)行高倍細(xì)分，實(shí)現(xiàn)鉆頭的精確定位和鉆孔深度的精確控制；2)采用高精度滾珠絲桿，可將步進(jìn)電機(jī)的微小角度轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成螺母的細(xì)微平移；3)采用雙線(xiàn)性精密導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)快速且精密的定位，并能承受一定的載荷4)采用限位器滑塊將要到達(dá)線(xiàn)性導(dǎo)軌的末端時(shí)，會(huì)接觸到限位器，限位器被觸發(fā)后發(fā)送一個(gè)停止信號(hào)給控制計(jì)算機(jī)，此時(shí)，將步進(jìn)電機(jī)立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)，任何誤操作均無(wú)效，以保護(hù)該鉆機(jī)；5)采用柔性軸鉆機(jī)實(shí)現(xiàn)鉆孔設(shè)備的小型化，并使儀器具有一定的便攜性和通用性。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明垂向移動(dòng)裝置俯視圖；圖3為本發(fā)明水平移動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；其中，1-垂向移動(dòng)裝置、2_水平移動(dòng)裝置、3_鉆機(jī)頭部夾持部、4_柔性軸鉆機(jī)、5-控制計(jì)算機(jī)、6-垂向支撐裝置、1-1-步進(jìn)電機(jī)A、l-2-絲桿A、l-3-滾珠絲桿螺母A、1-4-精密導(dǎo)軌A、1-5-導(dǎo)軌滑塊A、1-6-限位器A、l-7-支撐框架A、2-l-步進(jìn)電機(jī)B、2-2-絲桿B、2-3-滾珠絲桿螺母B、2-4-精密導(dǎo)軌B、2-5-導(dǎo)軌滑塊B、2_6_限位器B、2_7_支撐框架B。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)附圖1，一種高精度鉆孔設(shè)備，它安裝在殘余應(yīng)力沿深度分布測(cè)試儀的實(shí)驗(yàn)架臺(tái)上，它包括:控制計(jì)算機(jī)5、垂向移動(dòng)裝置1、水平移動(dòng)裝置2、柔性軸鉆機(jī)4、鉆機(jī)頭部夾持部3和垂向支撐裝置6 ；參見(jiàn)附圖2，垂向移動(dòng)裝置I包括:步進(jìn)電機(jī)A1-1、絲桿A1-2、滾珠絲桿螺母A1-3、精密導(dǎo)軌A1-4、導(dǎo)軌滑塊A1-5、限位器A1-6和支撐框架A1-7 ;精密導(dǎo)軌A1-4共有兩條，分別與支撐框架A1-7固定連接，其中，一條精密導(dǎo)軌A1-4的兩端沿滾珠絲桿螺母A1-3的運(yùn)動(dòng)方向上下分別設(shè)有限位器A1-6 ;步進(jìn)電機(jī)Al-1安裝在支撐框架A1-7的頂部，其輸出軸與絲桿A1-2連接，滾珠絲桿螺母A1-3套接在絲桿A1-2上，絲桿A1-2通過(guò)水平支撐結(jié)構(gòu)與支撐框架A1-7連接；導(dǎo)軌滑塊A1-5有兩塊，分別設(shè)置在精密導(dǎo)軌A1-4上，并與滾珠絲桿螺母A1-3通過(guò)連接件固定連接；參見(jiàn)附圖3，水平移動(dòng)裝置2包括:步進(jìn)電機(jī)B2-1、絲桿B2-2、滾珠絲桿螺母B2-3、精密導(dǎo)軌B2-4、導(dǎo)軌滑塊B2-5、限位器B2-6和支撐框架B2-7 ;精密導(dǎo)軌B2-4共有兩條，分別與支撐框架B2-7固定連接，其中，一條精密導(dǎo)軌B2-4的兩端沿滾珠絲桿螺母B2-3的運(yùn)動(dòng)方向設(shè)有限位器B2-6 ;步進(jìn)電機(jī)B2-1安裝在支撐框架B2-7的一側(cè)，其輸出軸與絲桿B2-2連接，滾珠絲桿螺母B2-3套接在絲桿B2-2上，絲桿B2-2通過(guò)垂直支撐結(jié)構(gòu)與支撐框架B2-7連接；導(dǎo)軌滑塊B2-5有兩塊，分別設(shè)置在精密導(dǎo)軌B2-4上，并與滾珠絲桿螺母B2-3通過(guò)連接件固定連接；本實(shí)施例中，步進(jìn)電機(jī)采用的型號(hào)為ST39HS038A-050SL，每個(gè)脈沖可以產(chǎn)生1.80的步距角，即200個(gè)脈沖下電機(jī)軸可轉(zhuǎn)動(dòng)一周3600，采用的絲桿導(dǎo)程為2mm，故每個(gè)脈沖可以使得滾珠絲桿螺母移動(dòng)0.0lmm ;對(duì)步進(jìn)電機(jī)的脈沖進(jìn)行了較高的128細(xì)分(甚至可以256細(xì)分)，理論上可以實(shí)現(xiàn)0.000083mm的精度，由于機(jī)械間隙等，實(shí)際可以達(dá)到0.0Olmm的精度；將步進(jìn)電機(jī)用彈性連軸器連接高精度滾珠絲桿DP1002JS-HDNR-0320B，步進(jìn)電機(jī)的微小角度轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)絲桿并轉(zhuǎn)化成螺母的細(xì)微平移，該高精度滾珠絲桿的螺紋槽即整體的圓柱度都經(jīng)過(guò)研磨，表面還經(jīng)過(guò)強(qiáng)化，以保證壽命以及扭矩很小的情況下仍能敏感的反應(yīng)，并且噪聲極低；垂向支撐裝置6的底部橫跨在水平移動(dòng)裝置2的兩塊導(dǎo)軌滑塊B2-5上，垂向支撐裝置6設(shè)有燕尾槽機(jī)械結(jié)構(gòu)，燕尾槽的開(kāi)槽方向與絲桿A1-2、絲桿A1-2相互垂直；柔性軸鉆機(jī)4由鉆機(jī)頭部夾持部3固定在垂向移動(dòng)裝置I中的滾珠絲桿螺母A1-3上，垂向移動(dòng)裝置I通過(guò)支撐框架A1-7固定在垂向支撐裝置6燕尾槽結(jié)構(gòu)的滑槽一側(cè)；控制計(jì)算機(jī)5對(duì)步進(jìn)電機(jī)Al-1、步進(jìn)電機(jī)B2-1、以及柔性軸鉆機(jī)4進(jìn)行控制，并接收來(lái)自限位器A1-6、限位器B2-6的反饋信號(hào)；本例中、柔性軸鉆機(jī)4頭部質(zhì)量輕且體積小巧(長(zhǎng)度不足15cm)，尾部的驅(qū)動(dòng)軸包在柔性電纜內(nèi)，可自由彎曲和布置，鉆速在O 22000rpm之間可控制調(diào)節(jié)，鉆孔適配Φ0.5 Φ4_的標(biāo)準(zhǔn)鉆頭。更優(yōu)的，本發(fā)明還使用了自動(dòng)尋原點(diǎn)技術(shù)，即在精密導(dǎo)軌2-4上設(shè)定導(dǎo)軌滑塊2-5的基準(zhǔn)位置，并通過(guò)所述控制計(jì)算機(jī)5進(jìn)行標(biāo)記，記憶為原點(diǎn)；使得本發(fā)明具備自動(dòng)化和程序化等特點(diǎn)，用戶(hù)只要編制合理的程序，移位、鉆孔、歸位等動(dòng)作可自動(dòng)精確的完成，大大簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)步驟。
權(quán)利要求
1.一種高精度鉆孔設(shè)備，它安裝在殘余應(yīng)力沿深度分布測(cè)試儀的實(shí)驗(yàn)架臺(tái)上，其特征是，它包括:控制計(jì)算機(jī)(5)、垂向移動(dòng)裝置(I)、水平移動(dòng)裝置(2)、柔性軸鉆機(jī)(4)、鉆機(jī)頭部夾持部(3)和垂向支撐裝置(6)； 所述垂向移動(dòng)裝置(I)包括:步進(jìn)電機(jī)A (1-1)、絲桿A (1-2)、滾珠絲桿螺母A (1-3)、精密導(dǎo)軌A (1-4)、導(dǎo)軌滑塊A(l-5)、限位器A (1-6)和支撐框架A (1_7);所述精密導(dǎo)軌A(1-4)共有兩條，分別與所述支撐框架A (1-7)固定連接，其中，一條所述精密導(dǎo)軌A (1-4)的兩端沿所述滾珠絲桿螺母A (1-3)的運(yùn)動(dòng)方向上下分別設(shè)有所述限位器A (1-6);所述步進(jìn)電機(jī)A (1-1)安裝在所述支撐框架A (1-7)的頂部，其輸出軸與所述絲桿A (1-2)連接，所述滾珠絲桿螺母A (1-3)套接在所述絲桿A (1-2)上，所述絲桿A (1-2)通過(guò)水平支撐結(jié)構(gòu)與所述支撐框架A (1-7)連接；所述導(dǎo)軌滑塊A(l-5)有兩塊，分別設(shè)置在所述精密導(dǎo)軌A (1-4)上，并與所述滾珠絲桿螺母A (1-3)通過(guò)連接件固定連接； 所述水平移動(dòng)裝置(2)包括:步進(jìn)電機(jī)B (2-1)、絲桿B (2-2)、滾珠絲桿螺母B (2-3),精密導(dǎo)軌B (2-4)、導(dǎo)軌滑塊B (2-5)、限位器B (2_6)和支撐框架B (2_7);所述精密導(dǎo)軌B(2-4)共有兩條，分別與所述支撐框架B (2-7)固定連接，其中，一條所述精密導(dǎo)軌B (2-4)的兩端沿所述滾珠絲桿螺母B (2-3)的運(yùn)動(dòng)方向設(shè)有所述限位器B (2-6);所述步進(jìn)電機(jī)B(2-1)安裝在所述支撐框架B (2-7)的一側(cè)，其輸出軸與所述絲桿B (2-2)連接，所述滾珠絲桿螺母B (2-3)套接在所述絲桿B (2-2)上，所述絲桿B (2_2)通過(guò)垂直支撐結(jié)構(gòu)與所述支撐框架B (2-7)連接；所述導(dǎo)軌滑塊B(2-5)有兩塊，分別設(shè)置在所述精密導(dǎo)軌B (2-4)上，并與所述滾珠絲桿螺母B (2-3)通過(guò)連接件固定連接； 所述垂向支撐裝置(6)的底部橫跨在所述水平移動(dòng)裝置(2)的兩塊所述導(dǎo)軌滑塊B(2-5)上，所述垂向支撐裝置(6)設(shè)有燕尾槽機(jī)械結(jié)構(gòu)，燕尾槽的開(kāi)槽方向與所述絲桿A(1-2)、絲桿B (2-2)的軸線(xiàn)方向相互垂直； 所述柔性軸鉆機(jī)(4)由所述鉆機(jī)頭部夾持部(3)固定在所述垂向移動(dòng)裝置(I)中的滾珠絲桿螺母A (1-3)上，所述垂向移動(dòng)裝置(I)通過(guò)所述支撐框架A (1-7)固定在所述垂向支撐裝置(6)燕尾槽結(jié)構(gòu)的滑槽一側(cè)；所述控制計(jì)算機(jī)(5)對(duì)所述步進(jìn)電機(jī)A (1-1)、步進(jìn)電機(jī)B (2-1)、以及所述柔性軸鉆機(jī)(4)進(jìn)行控制，并接收來(lái)自所述限位器A (1-6)、所述限位器B (2-6)的反饋信號(hào)； 所述步進(jìn)電機(jī)A (1-1)與步進(jìn)電機(jī)B (2-1)的脈沖為128細(xì)分，每個(gè)脈沖產(chǎn)生1.80的步距角，所述絲桿A (1-2)與絲桿B (2-2)的導(dǎo)程為2mm。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高精度鉆孔設(shè)備，其特征是，它還使用了自動(dòng)尋原點(diǎn)技術(shù)，即在所述精密導(dǎo)軌(2-4)上設(shè)定所述導(dǎo)軌滑塊(2-5)的基準(zhǔn)位置，并通過(guò)所述控制計(jì)算機(jī)(5 )進(jìn)行標(biāo)記,記憶為原點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明屬于精密機(jī)械及控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鉆孔裝置。一種高精度鉆孔設(shè)備，它安裝在殘余應(yīng)力沿深度分布測(cè)試儀的實(shí)驗(yàn)架臺(tái)上，其技術(shù)方案是，本發(fā)明采用高精度的滾珠絲桿使得步進(jìn)電機(jī)的微小角度轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成螺母的細(xì)微平移；精密導(dǎo)軌可以用有比直線(xiàn)軸承更高的額定載荷，同時(shí)可承受一定的扭矩，可以在較高負(fù)荷下實(shí)現(xiàn)高精度的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，且具有定位時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)，即速度可以很快，加速度也可以較大；采用控制計(jì)算機(jī)保證人工參與調(diào)節(jié)和控制，只要設(shè)定平移距離和速度，鉆孔位置和深度就能精確確定并自動(dòng)完成鉆孔。
文檔編號(hào)B23B39/00GK103192107SQ20131013522
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月18日
發(fā)明者陸鵬, 陳巨兵, 張熹, 吳君毅, 俞樂(lè) 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一一研究所