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基于电流比较器的小直径钻头防折断电路设计传感器设备

发布时间:2022-07-20 06:02:53 来源:易达五金网

基于电流比较器的小直径钻头防折断电路设计

基于电流比较器的小直径钻头防折断电路设计 2012 深孔钻削是在封闭状态下进行的,不能直接观察到刀具的切削情况。目前,只能凭经验,以听声音、看切屑等外观现象来判断钻削过程是否正常。深孔钻头除正常磨损外,由于所钻孔的长径比大,工艺系统刚件差,钻头易产生振动,切屑容易造成堵塞,因而常常会使深孔钻发生随机破损。折断是钻头破坏的主要形式。由于钻头折断是突然发生的,事先难以预测,而折断了的钻头头部往往卡在未完成的孔中,很难取出,给生产造成了许多麻烦,也使自动化钻削难以实现。1 小直径钻头折断的影响因素分析 在钻削过程中,钻头受到扭转、弯曲和压缩等三种载荷的组合作用,此外还受到钻头材质、加工材料的材质、排屑堵塞、冷却液或润滑液不足等因素的影响。以微钻头为例,分析折断的原因。 微细钻头使用寿命的分散件很大,以f0.34mm的高速钢麻花钻钻削1 8Cr2Ni4WA低碳合金钢为例,当孔深为2 mm时,钻头寿命约在1 0~80 mm之间。使用显微放大镜对钻头切削刃进行观察发现,部分寿命较高的钻头折断前其后刀而有较明显的磨钝痕迹,而部分钻头在切削刃尚无明显磨钝痕迹的情况下就折断了,另有小部分钻头由于钻头材料内部有缺陷或是切削刃刃磨角度误差较大,其使用寿命尚不及10 mm。可见,钻削过程中的一些随机因素对钻头使用寿命影响很大。 在正常钻削过程中各项载荷都在钻头的承载能力之内,而当钻削扭矩突然波动、超过其承载能力时,钻头便会折断。微细钻头钻芯厚度相对较大,钻芯厚度与钻头直径之比约为0_3~O.4(普通直径的钻头在O.2以下、),使得螺旋槽较浅,容屑、排屑能力较低,加之液体具有表而张力,切削液很难进入微小孔内,极易造成切屑堵塞,使钻削扭矩突然增大而使钻头折断。 可见,切屑堵塞、切削刃磨损导致钻削扭矩过大和钻头制造缺陷是小直径钻折断的主要原因。2钻头防折断相关研究 孙艳红研制了以钻削力为监测对象的微孔钻削在线监测软件系统,提出了利用小波模糊神经网络对微孔钻削过程进行在线实时监测的方法,用以预防微钻头的折断,效果显著。 史晓娟、朱林设计了一种多传感器的深孔钻削力和钻削振动信号采集装置,应用多传感器综合检测技术,分别采集深孔钻削轴向力、切向力矩、垂直方向振动和水平方向振动的信号,通过数据采集器将信号送到计算机中进行处理,对信号分析,采用时域和频域分析的方法,提取反映刀具磨损的特征量,最后用模式识别的方法进行状态分类,得出准确的判断样本,为钻削过程的监测和控制提供判据。 杨兆军等人对以轴向钻削力为监测对象的微孔钻削在线监测进行了研究。经参数估计和统计检验,得到轴向钻削力极限值服从对数正态分布的结论,并建立了基于可靠性的轴向钻削力监测阈值的确定方法,为避免发生微钻头折断这一长期困扰微孔加工的技术难题提供了一种良好的工艺方法。3 基于电流比较的防折断电路设计3.1 设计思路 因为电机转速变化时,电机电压的变化不是很明显,故本设计通过监测电机工作电流的变化来控制钻头的工作。当钻头正常钻孔时,电机转子转速稳定,电机工作电流在某一电流值上下一定范围内波动,基本趋于平稳。当钻头遇到钻削困难或卡滞时,电机转了负载增大,转速降低,为提供更大的输出转矩,电路电流将随着负载增大也增大,超出正常波动范围。 钻头开始钻削第一件同一批材料时,测量正常加工时主轴电动机的工作电流,将数据作为常量输入电流比较器的参考输入端,实时加工电流进入比较输入端,通过电流比较器进行直接差分比较,并输出高低电平,高低电平控制信号开关的通断。当开关断开时,摇臂升降电动机正传,钻头钻孔;当开关通电时,摇臂升降电机反转,将钻头从孔内提升。3.2电流比较器 小直径钻头钻孔时,遇到钻削困难或卡滞时,扭转力急剧增大,极恕时间内就可能造成钻头断裂,所以电流比较器的响应速度越快,越能减小钻头的折断几率。基于此种需求,本设计采用一款高性能电流比较器。 该电流比较器电路由三部分组成:第一部分是由Ml~M8构成的电流作差比较电路;第二部分是由M9~M23构成的三级二极管连接负载放大器;第三部分是由M24~M35构成的三级CMOS互补放大器,完成信号的轨对轨输出。完整电路结构如图1所示。

3.3高低电平开关电路 该电路在高电平(10 V)时,三极管导通,电路处于通电状态。在低电平(O V)时,三极管截正,电路处于断开状态。电路如图2所示。3.4防折断电路在机床线路中的连接 本电路是通过比较主轴电动机的工作电流大小,借用高低电平开关来控制摇臂升降电动机的正反转,从而避免钻头被损坏。所以电流比较器输入端与主轴电机的控制线路相连接,输出端与高低电平开关相连接,而高低电平开关与摇臂升降电机的控制线路相连接。接线原理图如图3所示。

4 结语 本设计通过电流比较输出高低电下来控制信号开关,由信号开关的通断控制摇臂升降电动机的正反转,从而实现钻头的防折断功能。该电路设计简单,功能容易实现,为小直径钻头的防折断提供了一种新的可行方法。

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