專利名稱：高精度鉆孔設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于精密機械及控制技術領域，具體涉及一種鉆孔裝置。
背景技術：
申請?zhí)枮椤?01210529596.5”的中國專利申請“殘余應力沿深度分布測試儀”其中的一項關鍵技術是殘余應力產(chǎn)生及釋放的過程中鉆孔的深度控制和定位精度控制，這也是殘余應力測量準確與否的關鍵。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0.001mm，定位精度達0.0Olmm,以保證“殘余應力沿深度分布測試儀”測量結果的精度要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是:開發(fā)一種可編程控制的、高精度的兩軸鉆機，使之能在被測試件(例如纖維復合材料)上鉆出一定深度的盲孔，該盲孔的深度及定位精度均達到0.0Olmm級另1J，并具有很聞的重復精度。本發(fā)明的技術方案是:一種高精度鉆孔設備，它安裝在殘余應力沿深度分布測試儀的實驗架臺上，它包括:控制計算機、垂向移動裝置、水平移動裝置、柔性軸鉆機、鉆機頭部夾持部和垂向支撐裝置；垂向移動裝置包括:步進電機A、絲桿A、滾珠絲桿螺母A、精密導軌A、導軌滑塊A、限位器A和支撐框架A ;精密導軌A共有兩條，分別與支撐框架A固定連接，其中，一條精密導軌A的兩端沿滾珠絲桿螺母A的運動方向上下分別設有限位器A ;步進電機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通過水平支撐結構與支撐框架A連接；導軌滑塊A有兩塊，分別設置在精密導軌A上，并與滾珠絲桿螺母A通過連接件固定連接；水平移動裝置包括:步進電機B、絲桿B、滾珠絲桿螺母B、精密導軌B、導軌滑塊B、限位器B和支撐框架B ;精密導軌B共有兩條，分別與支撐框架B固定連接，其中，一條精密導軌B的兩端沿滾珠絲桿螺母B的運動方向設有限位器B ;步進電機B安裝在支撐框架B的一側，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通過垂直支撐結構與支撐框架B連接；導軌滑塊B有兩塊，分別設置在精密導軌B上，并與滾珠絲桿螺母B通過連接件固定連接；垂向支撐裝置的底部橫跨在水平移動裝置的兩塊導軌滑塊上，垂向支撐裝置設有燕尾槽機械結構，燕尾槽的開槽方向與絲桿A、絲桿B的軸線方向相互垂直；柔性軸鉆機由鉆機頭部夾持部固定在垂向移動裝置中的滾珠絲桿螺母A上，垂向移動裝置通過支撐框架A固定在垂向支撐裝置燕尾槽結構的滑槽一側；控制計算機對步進電機A、步進電機B、以及柔性軸鉆機進行控制，并接收來自限位器A、限位器B的反饋信號；步進電機A與步進電機B的脈沖為128細分，每個脈沖產(chǎn)生1.8。的步距角，絲桿A與絲桿B的導程為2mm。
本發(fā)明的有益效果是:1)采用步進電機，并將脈沖進行高倍細分，實現(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，可將步進電機的微小角度轉動轉化成螺母的細微平移；3)采用雙線性精密導軌實現(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線性導軌的末端時，會接觸到限位器，限位器被觸發(fā)后發(fā)送一個停止信號給控制計算機，此時，將步進電機立即停止轉動，任何誤操作均無效，以保護該鉆機；5)采用柔性軸鉆機實現(xiàn)鉆孔設備的小型化，并使儀器具有一定的便攜性和通用性。


圖1為本發(fā)明結構示意圖；圖2為本發(fā)明垂向移動裝置俯視圖；圖3為本發(fā)明水平移動裝置結構示意圖；其中，1-垂向移動裝置、2_水平移動裝置、3_鉆機頭部夾持部、4_柔性軸鉆機、5-控制計算機、6-垂向支撐裝置、1-1-步進電機A、l-2-絲桿A、l-3-滾珠絲桿螺母A、1-4-精密導軌A、1-5-導軌滑塊A、1-6-限位器A、l-7-支撐框架A、2-l-步進電機B、2-2-絲桿B、2-3-滾珠絲桿螺母B、2-4-精密導軌B、2-5-導軌滑塊B、2_6_限位器B、2_7_支撐框架B。
具體實施例方式參見附圖1，一種高精度鉆孔設備，它安裝在殘余應力沿深度分布測試儀的實驗架臺上，它包括:控制計算機5、垂向移動裝置1、水平移動裝置2、柔性軸鉆機4、鉆機頭部夾持部3和垂向支撐裝置6 ；參見附圖2，垂向移動裝置I包括:步進電機A1-1、絲桿A1-2、滾珠絲桿螺母A1-3、精密導軌A1-4、導軌滑塊A1-5、限位器A1-6和支撐框架A1-7 ;精密導軌A1-4共有兩條，分別與支撐框架A1-7固定連接，其中，一條精密導軌A1-4的兩端沿滾珠絲桿螺母A1-3的運動方向上下分別設有限位器A1-6 ;步進電機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通過水平支撐結構與支撐框架A1-7連接；導軌滑塊A1-5有兩塊，分別設置在精密導軌A1-4上，并與滾珠絲桿螺母A1-3通過連接件固定連接；參見附圖3，水平移動裝置2包括:步進電機B2-1、絲桿B2-2、滾珠絲桿螺母B2-3、精密導軌B2-4、導軌滑塊B2-5、限位器B2-6和支撐框架B2-7 ;精密導軌B2-4共有兩條，分別與支撐框架B2-7固定連接，其中，一條精密導軌B2-4的兩端沿滾珠絲桿螺母B2-3的運動方向設有限位器B2-6 ;步進電機B2-1安裝在支撐框架B2-7的一側，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通過垂直支撐結構與支撐框架B2-7連接；導軌滑塊B2-5有兩塊，分別設置在精密導軌B2-4上，并與滾珠絲桿螺母B2-3通過連接件固定連接；本實施例中，步進電機采用的型號為ST39HS038A-050SL，每個脈沖可以產(chǎn)生1.80的步距角，即200個脈沖下電機軸可轉動一周3600，采用的絲桿導程為2mm，故每個脈沖可以使得滾珠絲桿螺母移動0.0lmm ;對步進電機的脈沖進行了較高的128細分(甚至可以256細分)，理論上可以實現(xiàn)0.000083mm的精度，由于機械間隙等，實際可以達到0.0Olmm的精度；將步進電機用彈性連軸器連接高精度滾珠絲桿DP1002JS-HDNR-0320B，步進電機的微小角度轉動帶動絲桿并轉化成螺母的細微平移，該高精度滾珠絲桿的螺紋槽即整體的圓柱度都經(jīng)過研磨，表面還經(jīng)過強化，以保證壽命以及扭矩很小的情況下仍能敏感的反應，并且噪聲極低；垂向支撐裝置6的底部橫跨在水平移動裝置2的兩塊導軌滑塊B2-5上，垂向支撐裝置6設有燕尾槽機械結構，燕尾槽的開槽方向與絲桿A1-2、絲桿A1-2相互垂直；柔性軸鉆機4由鉆機頭部夾持部3固定在垂向移動裝置I中的滾珠絲桿螺母A1-3上，垂向移動裝置I通過支撐框架A1-7固定在垂向支撐裝置6燕尾槽結構的滑槽一側；控制計算機5對步進電機Al-1、步進電機B2-1、以及柔性軸鉆機4進行控制，并接收來自限位器A1-6、限位器B2-6的反饋信號；本例中、柔性軸鉆機4頭部質量輕且體積小巧(長度不足15cm)，尾部的驅動軸包在柔性電纜內(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_的標準鉆頭。更優(yōu)的，本發(fā)明還使用了自動尋原點技術，即在精密導軌2-4上設定導軌滑塊2-5的基準位置，并通過所述控制計算機5進行標記，記憶為原點；使得本發(fā)明具備自動化和程序化等特點，用戶只要編制合理的程序，移位、鉆孔、歸位等動作可自動精確的完成，大大簡化了實驗步驟。
權利要求
1.一種高精度鉆孔設備，它安裝在殘余應力沿深度分布測試儀的實驗架臺上，其特征是，它包括:控制計算機(5)、垂向移動裝置(I)、水平移動裝置(2)、柔性軸鉆機(4)、鉆機頭部夾持部(3)和垂向支撐裝置(6)； 所述垂向移動裝置(I)包括:步進電機A (1-1)、絲桿A (1-2)、滾珠絲桿螺母A (1-3)、精密導軌A (1-4)、導軌滑塊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，一條所述精密導軌A (1-4)的兩端沿所述滾珠絲桿螺母A (1-3)的運動方向上下分別設有所述限位器A (1-6);所述步進電機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)通過水平支撐結構與所述支撐框架A (1-7)連接；所述導軌滑塊A(l-5)有兩塊，分別設置在所述精密導軌A (1-4)上，并與所述滾珠絲桿螺母A (1-3)通過連接件固定連接； 所述水平移動裝置(2)包括:步進電機B (2-1)、絲桿B (2-2)、滾珠絲桿螺母B (2-3),精密導軌B (2-4)、導軌滑塊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，一條所述精密導軌B (2-4)的兩端沿所述滾珠絲桿螺母B (2-3)的運動方向設有所述限位器B (2-6);所述步進電機B(2-1)安裝在所述支撐框架B (2-7)的一側，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)通過垂直支撐結構與所述支撐框架B (2-7)連接；所述導軌滑塊B(2-5)有兩塊，分別設置在所述精密導軌B (2-4)上，并與所述滾珠絲桿螺母B (2-3)通過連接件固定連接； 所述垂向支撐裝置(6)的底部橫跨在所述水平移動裝置(2)的兩塊所述導軌滑塊B(2-5)上，所述垂向支撐裝置(6)設有燕尾槽機械結構，燕尾槽的開槽方向與所述絲桿A(1-2)、絲桿B (2-2)的軸線方向相互垂直； 所述柔性軸鉆機(4)由所述鉆機頭部夾持部(3)固定在所述垂向移動裝置(I)中的滾珠絲桿螺母A (1-3)上，所述垂向移動裝置(I)通過所述支撐框架A (1-7)固定在所述垂向支撐裝置(6)燕尾槽結構的滑槽一側；所述控制計算機(5)對所述步進電機A (1-1)、步進電機B (2-1)、以及所述柔性軸鉆機(4)進行控制，并接收來自所述限位器A (1-6)、所述限位器B (2-6)的反饋信號； 所述步進電機A (1-1)與步進電機B (2-1)的脈沖為128細分，每個脈沖產(chǎn)生1.80的步距角，所述絲桿A (1-2)與絲桿B (2-2)的導程為2mm。
2.如權利要求1所述的一種高精度鉆孔設備，其特征是，它還使用了自動尋原點技術，即在所述精密導軌(2-4)上設定所述導軌滑塊(2-5)的基準位置，并通過所述控制計算機(5 )進行標記,記憶為原點。
全文摘要
本發(fā)明屬于精密機械及控制技術領域，具體涉及一種鉆孔裝置。一種高精度鉆孔設備，它安裝在殘余應力沿深度分布測試儀的實驗架臺上，其技術方案是，本發(fā)明采用高精度的滾珠絲桿使得步進電機的微小角度轉動轉化成螺母的細微平移；精密導軌可以用有比直線軸承更高的額定載荷，同時可承受一定的扭矩，可以在較高負荷下實現(xiàn)高精度的直線運動，且具有定位時間短的優(yōu)點，即速度可以很快，加速度也可以較大；采用控制計算機保證人工參與調(diào)節(jié)和控制，只要設定平移距離和速度，鉆孔位置和深度就能精確確定并自動完成鉆孔。
文檔編號B23B39/00GK103192107SQ20131013522
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月18日 優(yōu)先權日2013年4月18日
發(fā)明者陸鵬, 陳巨兵, 張熹, 吳君毅, 俞樂 申請人:中國船舶重工集團公司第七一一研究所