一种测振动实现磁动调节的钻头保护装置

1.本发明涉及钻头保护领域，尤其是涉及一种测振动实现磁动调节的钻头保护装置。


背景技术：

2.在金工实习或者机械加工中，钻孔加工是必不可少的，受加工工件的材料、工人的操作、钻削温度、切屑、散热以及钻头的受力状态等因素，钻床在钻孔加工时，受这些因素的影响，钻头会受力不均且产生扭转阻力，扭转阻力累计会使钻头发生震颤问题，尤其是加工深孔时，钻头发生形变或者折断的概率会大大增加。
3.传统的钻头保护装置是通过增加防护装置如在钻头外部增加防护罩、采用连芯轴和弹性组件使钻头遇卡阻力上升、改善切屑的收集装置和切削液的装置、改变钻头的受力结构以及采用钻头夹紧装置使钻头更加稳定等等。但这些传统的方法均未考虑到钻头钻孔加工时随主轴的高速转动、钻头损坏前的振动异常以及钻头伸缩的速度，没有起到预测的作用，反应不及时，会使钻头退钻不及时依然会损坏，或者使钻头受阻时受到扭矩的作用，导致钻头断裂。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种测振动实现磁动调节的钻头保护装置。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.一种测振动实现磁动调节的钻头保护装置，钻头由主轴驱动旋转，该装置包括电磁模块、直杆模块和机箱模块，所述直杆模块的一端连接钻头，另一端通过电磁模块连接主轴并与主轴共同旋转，所述电磁模块包括带有空腔的第一电磁轴和设置在第一电磁轴中部外侧的第一电磁线圈，所述空腔的内侧壁上设置有凹槽、伸缩销和第二电磁轴，所述伸缩销和第二电磁轴设置在凹槽内，所述电磁模块设置在机箱模块内，所述机箱模块内设有换能器、测振器和速度调节器，所述电磁模块连接速度调节器；
7.钻头工作时，伸缩销顶出，使直杆模块无法在空腔内移动；当钻头压力过大时，所述换能器将测振器获取的钻头振动信号转化为速度信号传输给速度调节器，所述速度调节器控制第二电磁轴将伸缩销吸至凹槽中，控制第一电磁轴将直杆模块吸至空腔内。
8.进一步地，该装置还包括啮合模块，主轴通过啮合模块连接电磁模块，所述啮合模块在钻头压力过大时断开内部啮合，使电磁模块与主轴脱离。
9.进一步地，所述啮合模块包括第一啮合轴、第二啮合轴和啮合十字轴，所述啮合十字轴的一端为十字键，所述第二啮合轴连接主轴，所述啮合十字轴穿过第一啮合轴通过十字键啮合第一啮合轴和第二啮合轴，所述啮合十字轴另一端设置在空腔中，所述啮合十字轴侧面设置有与伸缩销配合的固定槽；
10.钻头工作时，伸缩销与固定槽配合固定啮合十字轴，使主轴连接电磁模块；钻头压
力过大时，所述伸缩销退回至凹槽中，所述啮合十字轴朝空腔内部移动，使十字键脱离第二啮合轴，继而使主轴脱离电磁模块。
11.进一步地，第一啮合轴和第二啮合轴的外侧设置有啮合套筒，用于固定轴向位置。
12.进一步地，所述啮合十字轴连接电磁模块一端的侧面设置有多条外凸的啮合轴条形轨道，所述空腔内设置有与啮合轴条形轨道卡合的条形凹槽，用于避免啮合十字轴打滑。
13.进一步地，所述直杆模块外侧设置有套筒，所述直杆模块和套筒之间设置有用于减震的缓冲弹簧。
14.进一步地，所述直杆模块侧面设置有多条外凸的直杆模块条形轨道，直杆模块条形轨道的长度与所述直杆模块相同，所述空腔内设置有与直杆模块条形轨道卡合的条形凹槽，用于避免直杆模块打滑。
15.进一步地，机箱模块上设置有显示器，用于显示钻头的转速和振动信号。
16.进一步地，所述钻头设置在钻头座上，所述钻头座与直杆模块螺纹连接。
17.进一步地，所述直杆模块一端设置有定位键，用于确保钻头座安装在直杆模块中心。
18.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
19.1、本发明提供了一种可根据钻头实际工作情况对钻头进行保护的装置，通过检测钻头的振动情况，将振动信号转化为电磁信号，控制第一电磁轴使直杆模块吸入空腔中，使钻头可在振动幅度较大时往回收缩，避免由于激烈接触导致钻头受损，而在振动幅度回归正常时重新伸出，确保及时恢复正常工作，灵活地对钻头的情况进行判断，具有实时保护功能，无需人工进行干预，使得钻头工作更具有安全性。
20.2、本发明在直杆模块和主轴之间还设置了啮合模块，当钻头压力过大时，直杆模块与主轴之间的啮合断开，使主轴空转，钻头停止转动，尽可能减小磨损，进一步地提高了安全性。
21.3、本发明还包括显示器，显示器可用于实时显示钻头的振动波长和速度，使得钻头的运动可视化，便于分析。
附图说明
22.图1为本发明的钻头保护装置的爆炸图；
23.图2为本发明的电磁模块以上结构的示意图；
24.图3为电磁模块与直杆模块、啮合模块连接的结构示意图；
25.图4为直杆模块结构示意图；
26.图5为电磁模块的结构示意图；
27.图6为伸缩销和第二电磁轴的位置关系示意图；
28.图7为机箱模块的外部结构示意图；
29.图8为机箱模块内的内部剖面图；
30.图9为啮合模块的结构示意图；
31.图10为啮合十字轴的结构示意图；
32.图11为啮合套筒和第二啮合轴的装配关系示意图；
33.附图标记：
34.1-电磁模块；11-空腔；111-凹槽；112-伸缩销；113-第二电磁轴；114-条形凹槽；115-压缩弹簧；116-第二电磁线圈；12-第一电磁轴；13-电磁线圈；2-直杆模块；21-直杆模块条形轨道；211-圆形凹槽；3-机箱模块；31-测振器；32-速度调节器；33-显示器；34-数据连接管道；35-支座；36-换能器；4-啮合模块；41-第一啮合轴；42-第二啮合轴；43-啮合十字轴；431-固定槽；432-啮合轴条形轨道；44-啮合套筒；5-套筒；51-缓冲弹簧；6-钻头座。
具体实施方式
35.下面结合附图和具体实施例对本实施例进行详细说明。本实施例以本实施例技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实施例的保护范围不限于下述的实施例。
36.本实施例提供了一种测振动实现磁动调节的钻头保护装置，主要用于在钻头旋转工作时保护钻头，其中钻头工作时由主轴带动旋转，本装置的结构示意图如图1所示，包括钻头座6、直杆模块2、套筒5、电磁模块1、机箱模块3和啮合模块4。其中，如图2所示，钻头座6与直杆模块2的前端螺纹连接，直杆模块2的外侧设置有套筒5，直杆模块2和套筒5之间设置有用于减震的缓冲弹簧51。如图3所示，直杆模块2的后端连接电磁模块1，电磁模块1与机箱模块3一体式安装，啮合模块4连接主轴和电磁模块1，啮合模块4内部啮合时可使得直杆模块2、啮合模块4和钻头能与主轴同步旋转，断开啮合时可令电磁模块1与主轴脱离。
37.如图4所示，直杆模块2为圆柱体，周面有两条外凸的直杆模块条形轨道21，两条直杆模块条形轨道21相较于直杆模块2的中心轴对称且相互平行，直杆模块条形轨道21的长度大于等于钻头伸缩的长度，直杆模块条形轨道21的两端与直杆模块2的两端齐平。其中在直杆模块条形轨道21上等间距设置有多个圆形凹槽211。
38.如图5所示，电磁模块1具体可表示为一个空心的圆柱体，包括带有空腔11的第一电磁轴12和设置在第一电磁轴12中部外侧的第一电磁线圈13，其中在空腔11的内侧壁上设置有可与直杆模块条形轨道21配合的条形凹槽114，使得直杆模块2可与电磁模块1相互卡合，不发生相对滑动。在条形凹槽114内设置有方向垂直于圆柱体圆心的凹槽111、伸缩销112和第二电磁轴113，如图6所示，伸缩销112和第二电磁轴113设置在凹槽111内，伸缩销112可在凹槽111内滑动，伸缩销112的外侧设置有压缩弹簧115，在钻头工作时压缩弹簧115呈放松状态。第二电磁轴113的外侧套有第二电磁线圈116。
39.如图7和图8所示，电磁模块1设置在机箱模块3的腔体中，使得电磁模块1自由转动而无轴向移动。在机箱模块3的另一侧，设置有换能器36、测振器31、速度调节器32、数据连接管道34和支座35，测振器31和速度调节器32通过螺栓和卡扣安装在支座35上；数据连接管道34将测振器31分别与速度调节器32和设置在机箱表面的显示器33相连，将振动幅度和频率变化以图像波长的形式反馈到显示器33上，使振动信号可视化。当钻头工作时，振动信号在一条水平线上下波动，钻头异常时，波动信号将出现峰值。速度调节器32与电磁模块1相连接，使速度调节器32根据来自测振器31的振动变化信号对电磁模块1的电流和电压做出调节，同时控制第一电磁轴12和第二电磁轴113工作。
40.如图9和图10所示，啮合模块4包括第一啮合轴41、第二啮合轴42和啮合十字轴43，啮合十字轴43的一端为十字键，第二啮合轴42连接主轴，啮合十字轴43穿过第一啮合轴41通过十字键啮合第一啮合轴41和第二啮合轴42，啮合十字轴41另一端设置在空腔11中，啮
合十字轴43侧面设置有多条外凸的与条形凹槽111匹配的啮合轴条形轨道432，其上同样设置有与伸缩销112配合的固定槽431。
41.第一啮合轴41和第二啮合轴42均为圆柱体结构，第一啮合轴41内部形成中空圆柱形孔和与该中空圆柱形孔连通的十字形状的键槽用于放置啮合十字轴43且啮合十字轴43能够在该第一啮合轴41内沿轴向滑动，中空圆柱形孔部分配合啮合十字轴43的轴，十字形状的键槽部分位于第一啮合轴41的一端面上配合啮合十字轴43上的十字键，第二啮合轴42的一端面上设十字形状的键槽用于与啮合十字轴43上的十字键配合，第二啮合轴42的另一端面设孔用于连接主轴。
42.如图11所示，第一啮合轴41和第二啮合轴42的外侧设置有啮合套筒44，用于固定轴向位置。
43.在本实施例中，套筒5是由内壁光滑的中空圆筒和位于其一端的圆盘形底座构成的一体成型件，圆盘形底座上对称分布若干个螺纹孔，通过螺栓、螺母和垫圈将套筒5可拆卸地连接在机箱模块3上，且圆盘形底座的中心开通孔。直杆模块2能够穿过圆盘形底座上的通孔沿轴向运动，缓冲弹簧51的一端固定连接圆盘形底座的端面，另一端固定连接钻头座6的另一端面。缓冲弹簧51为承受轴向压力的螺旋弹簧，且螺距之间有缓冲胶垫，用于在钻头的伸缩过程中有效地减少轴向力和减轻钻头的振动
44.在本实施例中，钻头座6为圆柱体，钻头座6的一端开内螺纹孔，用于连接钻头，钻头座6的另一端面向内形成与其端面的中心点重合的圆形凹槽，圆形凹槽的中心位置设有1个螺纹孔和2个平键，2个平键相较于螺纹孔对称，直杆模块2的一端面向外凸起形成一个与其端面的中心点重合的圆形凸台，圆形凸台的中心点设一个螺纹孔和用于连接2个平键的键槽，圆形凸台和圆形凹槽通过螺纹孔和平键相配合，使钻头座6和直杆模块2连接更加紧密。
45.在本实施例中，啮合套筒44由一带有底板，内壁光滑的中空圆筒及位于其一端的可拆卸的圆盘形底座构成，圆盘形底座是由一中心带有通孔的圆盘和位于一侧的内径大于通孔直径的中空圆筒构成的一体成型件，圆盘形底座的中空圆筒上设外螺纹与啮合套筒44的中空圆筒内的内螺纹配合实现圆盘形底座与啮合套筒44的可拆卸连接，圆盘形底座与底板位于啮合套筒44上中空圆筒的两端，圆盘形底座用于与机箱模块3连接，且圆盘形底座上对称分布若干个螺纹通孔，通过螺栓、螺母和垫圈将啮合套筒44安装在机箱模块3上，底板上开通孔。
46.本实施例的工作流程如下：
47.测振器31实时监测钻头和主轴的振动幅度和频率，利用换能器36和数据连接管道34将振动信号转化为速度信号赋予速度调节器32，速度调节器32将速度信号所对应的电磁信号赋予电磁模块1，同时控制第一电磁轴12和第二电磁轴113。
48.对于直杆模块2而言，在钻头正常工作状态下，缓冲弹簧51处于非拉伸也非压缩的状态，此时伸缩销112会在压缩弹簧115的弹力作用下，穿过条形凹槽114内的凹槽111与直杆模块2上面的圆形凹槽211配合，将直杆模块2的位置固定在空腔11中无法轴向移动；当钻头异常时，伸缩销112受到来自第二电磁轴113产生的磁力，伸缩销112在电磁引力的作用下克服压缩弹簧115的弹力向第二电磁轴113的方向移动使伸缩销112退出条形凹槽114内的凹槽111，此时直杆模块2的轴向移动不再被固定，可沿着空腔11轴向移动，同时，第一电磁
轴12吸引直杆模块2向空腔11内部轴向运动，使得钻头缩回，避免损坏，缓冲弹簧51受到来自钻头座6的轴向力又因为套筒5定在机箱模块3上，缓冲弹簧51开始压缩储存能量；当恢复正常工作状态时，缓冲弹簧51释放能量开始恢复压缩前的自由状态使钻头座6向着被加工工件的方向轴向移动；当振动异常时，钻头座6可在套筒5伸缩，缓冲弹簧51使钻头在移动过程中保持原有的精度并减轻轴向力和扭矩从而起到保护钻头的作用。
49.对于啮合模块4而言，在正常工作时，伸缩销112会在压缩弹簧115的弹力作用下，穿过条形凹槽114内的凹槽111与啮合十字轴43上面的圆形凹槽432配合，使啮合十字轴的轴向移动被固定，且在啮合十字轴43的连接下，第一啮合轴41与第二啮合轴42同时随主轴旋转，且带动电磁模块1一同转动；当发生异常时，伸缩销112分受到来自第二电磁轴113产生的磁力，伸缩销112在电磁引力的作用下克服压缩弹簧115的弹力向第二电磁轴113的方向移动，此时啮合十字轴的轴向移动不再被固定，可沿着空腔11轴向移动，同时，啮合十字轴43在磁力的排斥作用下向主轴方向移动至啮合十字轴43上的啮合轴条形轨道432与电磁模块1上的条形凹槽114完全脱离，电磁模块1不再随主轴旋转，则钻头不再随主轴旋转，起到保护钻头的作用。
50.通过上述直杆模块2、电磁模块1和啮合模块4的配合作用，在主动退刀的同时也能去除钻头的转动，灵活及时的保护钻头。
51.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。