深孔钻床钻头主轴恒扭矩控制装置的制作方法

本实用新型涉及一种机械加工设备控制装置，尤其是一种深孔钻床钻头主轴恒扭矩控制装置。

背景技术：

在进行深孔加工、特别是小孔径深孔的钻削加工时，由于钻头的直径很小，对受力变化敏感，当钻头使用到一定程度或工件毛坯硬度不均匀时，极容易发生主轴扭矩急速增大，造成钻头损坏，严重时导致钻头折断。折断的钻头大多会残留在被加工零件的孔中，导致零件报废，增加生产成本，严重影响生产的正常运行及加工质量。因此有必要在进行深孔钻削加工时采取措施对钻头进行保护。目前国内企业在深孔钻削加工中大多采用过载就停机的方法来实现对钻头的保护，但采用这种方式明显降低了生产效率。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种深孔钻床钻头主轴恒扭矩控制装置，在加工过程中，保证钻头的工作扭矩在安全扭矩之内，提高深孔加工的安全性，同时保持钻削加工的连续性，提高深孔加工的效率。

按照本实用新型提供的技术方案，所述深孔钻床钻头主轴恒扭矩控制装置，其特征是，包括：

用于实时测量钻头扭矩的扭矩传感器；

用于将模拟信号转换为数字信号的扭矩模数单元；

用于变换进给电机的电源频率的变频器；

用于控制钻头主轴进给量的进给电机；以及，

用于实现钻头主轴恒扭矩闭环控制的PLC；

所述扭矩传感器的输出端连接扭矩模数单元的输入端，扭矩模数单元的输出端连接PLC的输入端，PLC的控制端连接变频器，变频器的输出端连接进给电机的电源端。

进一步的，还包括显示运行状态和设定最优工作扭矩的触摸屏，触摸屏与PLC连接。

进一步的，所述扭矩传感器安装在钻头主轴上。

进一步的，所述进给电机的动力输出端连接钻头主轴。

进一步的，所述PLC采用三菱FX2N-48MR，所述扭矩模数单元采用三菱FX2N-4AD，所述扭矩传感器采用CYB-803S，所述变频器采用三菱E700，所述触摸屏采用三菱GOT1000系列。

进一步的，所述PLC的电源端接三相火线L1、L2、L3中的一相，所述PLC通过模拟量输入拓展接口连接扭矩传感器，所述PLC的输出触点Y0接接触器KM1线圈一端，接触器KM1线圈另一端接零线N；所述PLC的输出触点Y1、Y2、Y3、Y4、COM2与变频器的控制端子STF、RH、RM、RL、SD分别相连；三相火线L1、L2、L3通过接触器KM1的主触点后接入变频器的R、S、T端口，变频器的输出端子U、V、W接进给电机。

进一步的，所述PLC通过通信端口接触摸屏。

本实用新型具有以下优点：

（1）本实用新型能能够实时、准确的检测钻头主轴扭矩，便于钻削加工控制；

（2）本实用新型能够控制钻头的工作扭矩在安全扭矩之内，有效保护了钻头；

（3）本实用新型能够保持钻头扭矩恒定，实现连续、高效的钻削加工，提高了生产率；

（4）本实用新型结构简单，硬件连接方便，软件易实现，采用PLC，自动化程度高。

附图说明

图1为本实用新型所述深孔钻床钻头主轴恒扭矩控制装置的原理框图。

图2为扭矩传感器的安装示意图。

图3为进给电机的控制电路的接线原理图。

图中标号：扭矩传感器1、扭矩模数单元2、PLC3、触摸屏4、变频器5、进给电机6、钻头主轴7、减速器输出轴8。

具体实施方式

下面结合具体附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实用新型所述深孔钻床钻头主轴恒扭矩控制装置，包括扭矩传感器1、扭矩模数单元2、PLC3、触摸屏4、变频器5和进给电机6。

所述扭矩传感器1安装在钻头主轴7上，实时测量钻头主轴7的扭矩，将钻头主轴的扭矩值传递给扭矩模数单元2；一般地，可以将扭矩传感器1通过联轴器等形式安装在钻头主轴7和减速器输出轴8之间；

所述扭矩模数单元2，将接收的钻头主轴的扭矩模拟量转换为数字量传递给PLC3；

所述触摸屏4用于显示运行状态和设定最优工作扭矩，与PLC3相连；

所述PLC3将扭矩模数单元2输入的钻头主轴实际扭矩与触摸屏4设定的最优工作扭矩进行比，并输出控制信号至变频器5，用于实现钻头主轴恒扭矩闭环控制；

所述变频器5用于接收PLC3的输出信号，变频器5的输出端连接进给电机6，用于变换进给电机6的电源频率；

所述进给电机6的动力输出端连接钻头主轴，用于控制钻头主轴的进给量，通过进给量调节钻头主轴的扭矩。

本实用新型的工作原理：在钻削过程中，扭矩传感器1实时检测钻头主轴的扭矩，经过扭矩模数单元2，将模拟量转换为数字量后输入PLC3中，与经触摸屏4设定的最优工作扭矩进行比较，若钻头实际扭矩大于设定扭矩，PLC3控制变频器5，减小进给电机6的转速，减小进给量，减少钻头扭矩；反之，若钻头扭矩较小，则增加进给电机6的转速，增大进给量，使钻头工作扭矩维持在设定最优扭矩上，保证钻孔效率。

所述PLC3选用三菱FX2N-48MR，所述扭矩模数单元2选用三菱FX2N-4AD，所述扭矩传感器1选用CYB-803S，所述变频器5选用三菱E700，所述触摸屏4选用三菱GOT1000系列。

如图3所示，所述PLC3的电源端接三相火线L1、L2、L3中的一相，PLC3通过通信端口接触摸屏4；

所述PLC3通过模拟量输入拓展接口连接设置在钻头主轴7上的扭矩传感器1，用于采集刀具主轴扭矩信号；

所述PLC3的输出触点Y0接接触器KM1线圈一端，接触器KM1线圈另一端接零线N；

所述PLC的输出触点Y1、Y2、Y3、Y4、COM2与变频器5的控制端子STF、RH、RM、RL、SD分别相连，用于控制进给电机6转速；

所述三相火线L1、L2、L3通过接触器KM1的主触点后接入变频器5的R、S、T端口，变频器5的输出端子U、V、W接进给电机6。

工作时，接通三相交流电源，PLC3启动，PLC3的输出触点Y0、Y1、Y2、COM2被接通，接触器KM1线圈得电，接触器KM1主触点闭合，变频器5正转启动端子STF和高速端子RH与SD接通，变频器5启动工作，控制进给电机6高速旋转。当扭矩传感器1检测到钻头主轴扭矩大于52N·m时，扭矩模拟量信号进入扭矩模数单元2，转换为数字信号后送给PLC3，PLC的端口Y2断开，Y3闭合，使变频器5的RH与SD断开，RM和SD接通，进给电机6中速旋转。3秒后扭矩传感器1检测到钻头主轴扭矩还是大于52N·m时，PLC3的Y3断开，Y4闭合，使变频器5的RM与SD断开，RL和SD接通，进给电机6低速旋转。再3秒后扭矩传感器1检测到刀具主轴扭矩小于52N·m时，PLC3的Y4断开，Y2闭合，使变频器5的RL与SD断开，RH和SD接通，进给电机6高速旋转。这样，保证钻头的工作扭矩稳定在52N·m，提高了深孔加工的安全性，同时保持钻削加工的连续性，提高深孔加工的效率。