CN108145533B - 螺旋铣孔装置的刀具公转半径调节测控装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺旋铣孔装置的刀具公转半径调节测控装置及其控制方法，测控装置用于安装在螺旋铣孔装置上，包括端面凸轮、伸缩杆、位移检测模块和控制器，采用端面凸轮和伸缩杆，自转机构带动端面凸轮转动时与其抵接的伸缩杆沿螺旋铣孔装置的轴向发生移动，利用位移检测装置检测伸缩杆的位移量从而得到刀具公转半径，将刀具公转半径的测量由径向的测量转变为轴向的测量，有利于缩小螺旋铣孔装置的径向尺寸；形成一个闭环测控系统，能够有效保证刀具公转半径调节精度，保证螺旋铣孔装置的制孔质量。

Description

螺旋铣孔装置的刀具公转半径调节测控装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种刀具公转半径的调节测控装置及方法，尤其是一种螺旋铣孔装置的刀具公转半径调节测控装置及控制方法，属于航空智能装配制孔技术领域。

背景技术

随着钛合金、铝合金、碳纤维复合材料等难加工材料在现代飞机结构件中的应用比例日益提高，螺旋铣孔工艺与装备得到了国内外航空制造业的高度重视。螺旋铣孔装置均包括刀具、公转机构、自转机构、偏心调节机构和偏心调节机构驱动器，螺旋铣孔时，孔径是由刀具直径和刀具公转半径共同决定的。现有的螺旋铣孔装置，刀具公转半径调节主要采用开环控制。如专利号为201210196101.1、名称为“自动螺旋铣孔装置及方法”的中国发明专利，公开了一种自动螺旋铣孔装置及方法，根据待制孔径和刀具直径，调节驱动装置(即偏心调节机构驱动器)通过内啮合的小齿轮和大齿轮(即偏心调节机构)带动自转壳体绕着进给公转壳体偏心孔的轴心线进行旋转，实现刀具公转半径的调整。然而，对于飞机结构件的高精度连接孔而言，对螺旋铣孔装置的刀具公转半径调节精度要求特别的高，更需要具备高精度的刀具公转半径调节测装置和方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有的螺旋铣孔装置的刀具公转半径调节精度不高、刀具工公转半径调控方式导致螺旋铣孔装置径向尺寸过大等问题。

为了解决上述技术问题，一方面，本发明提供了一种螺旋铣孔装置的刀具公转半径调节测控装置，用于安装在螺旋铣孔装置上，包括端面凸轮、伸缩杆、位移检测模块和控制器，端面凸轮的一端连接螺旋铣孔装置的自转机构的尾部，另一端设有凸轮槽，伸缩杆的杆头与凸轮槽抵接，端面凸轮在自转机构的带动下旋转，从而带动伸缩杆杆头沿螺旋铣孔装置的轴向移动，将伸缩杆杆头移动的两个极限位置称为第一位置和第二位置；当伸缩杆杆头位于第一位置时，螺旋铣孔装置的刀具公转半径为两倍的偏心量，该偏心量为公转机构的中心轴线与自转机构的中心轴线之间的距离；当伸缩杆杆头位于第二位置时，螺旋铣孔装置的刀具公转半径为零；所述位移检测模块与伸缩杆杆头连接，用于测量伸缩杆杆头的移动位移量；位移检测模块连接控制器的输入端，控制器的输出端连接螺旋铣孔装置的偏心调节机构驱动器。

进一步，螺旋铣孔装置的刀具公转半径调节测控装置还包括显示模块，显示模块与控制器连接，用于显示控制器采集的位移检测模块测得的伸缩杆杆头的位移量。

另一方面，本发明还提出了一种螺旋铣孔装置的刀具公转半径调节测控装置的控制方法，包括以下步骤：

S1、根据待制孔直径D_H和螺旋铣孔装置的刀具直径d_T，计算刀具公转半径的理论值e_理，e_理＝(D_H-d_T)/2，结合制孔加工精度，确定刀具公转半径所允许的调节范围为[e_理+δ_下，e_理+δ_上]，其中δ_下为孔径的下偏差，δ_上为孔径的上偏差；

S2、控制偏心调节机构的驱动装置，驱动偏心调节机构带动端面凸轮相对公转机构产生旋转，采集由位移检测模块测出的伸缩杆杆头沿螺旋铣孔装置轴向的位移量S，计算出刀具公转半径的实际值e_实，具体步骤为：

2.1、根据位移检测模块测得的位移量S，计算出自转机构相对公转机构转过的角度θ，θ＝Pi*S/λ，其中Pi为圆周率，λ为凸轮槽的导程；

2.2、由自转机构相对公转机构转过的角度θ，计算出刀具公转半径的实际值e_实，

e_实＝2*E*sin(θ/2)，其中E为公转机构的中心轴线与自转机构的中心轴线之间的距离；

S3、若刀具公转半径的实际值e_实在刀具公转半径所允许的调节范围内，刀具公转半径调节结束；否则，重复S2。

本发明的有益效果在于：(1)采用端面凸轮和伸缩杆，自转机构带动端面凸轮转动时与其抵接的伸缩杆杆头沿螺旋铣孔装置的轴向发生移动，利用位移检测模块检测伸缩杆杆头的位移量从而得到刀具公转半径，将刀具公转半径的测量由径向的测量转变为轴向的测量，有利于缩小螺旋铣孔装置的径向尺寸；(2)由端面凸轮、位移检测模块和控制器构成的刀具公转半径调节测控装置，安装在螺旋铣孔装置上，形成一个闭环测控系统，偏心调节机构调节刀具公转半径时，可精确地获得实时刀具公转半径，根据实时量控制驱动装置驱动偏心调节机构继续进行调节，直至刀具公转半径调整到允许的范围内，从而能够有效保证刀具公转半径调节精度，保证螺旋铣孔装置的制孔质量。

附图说明

图1为本发明的测控装置与螺旋铣孔装置对接示意图，且伸缩杆杆头位于第一位置。

图2为本发明的测控装置与螺旋铣孔装置对接示意图，且伸缩杆杆头位于第二位置。

图3为本发明的端面凸轮的结构示意图。

图4为图3的端面凸轮的俯视图。

图5为本发明的控制方法的工作流程图。

图中标记：

1.端面凸轮，11.圆环，12.斜坡，13.凸轮槽，2.伸缩杆，3.位移检测模块，4.控制器，5.螺旋铣孔装置，51.刀具，52.公转机构，53.自转机构，54.偏心调节机构，55.偏心调节机构驱动器。

具体实施方式

以下结合附图对螺旋铣孔装置的刀具公转半径调节测控装置和方法作进一步的详细说明。

本发明提出的螺旋铣孔装置的刀具公转半径调节测控装置可安装在现有的螺旋铣孔装置5上，用于测控刀具公转半径的调节。图1、2为本发明提出的螺旋铣孔装置的刀具公转半径调节测控装置安装在螺旋铣孔装置上的示意图。

一种螺旋铣孔装置的刀具公转半径调节测控装置，包括端面凸轮1、伸缩杆2、位移检测模块3和控制器4，端面凸轮1的一端连接螺旋铣孔装置的自转机构51的尾部，另一端设有凸轮槽，伸缩杆2的杆头与凸轮槽抵接，端面凸轮在自转机构的带动下旋转，从而带动伸缩杆2杆头沿螺旋铣孔装置的轴向伸缩移动。将伸缩杆杆头移动的两个极限位置称为第一位置和第二位置，当伸缩杆杆头位于第一位置时，螺旋铣孔装置的刀具公转半径为两倍的偏心量，该偏心量为公转机构的中心轴线与自转机构的中心轴线之间的距离；当伸缩杆杆头位于第二位置时，螺旋铣孔装置的刀具公转半径为零。所述位移检测模块3与伸缩杆2杆头连接，用于测量伸缩杆杆头的移动位移量；位移检测模块3连接控制器4的输入端，控制器4的输出端连接螺旋铣孔装置的偏心调节机构驱动器55。

本实施例中，端面凸轮1包括圆环11，如图3和图4所示，圆环11的轴向端面上设有圆弧状的斜坡12，斜坡的坡面内凹形成凸轮槽13，伸缩杆的杆头抵接凸轮槽13的槽底，凸轮槽的两边高起用于在端面凸轮转动时限制伸缩杆的杆头始终与凸轮槽接触。端面凸轮的斜坡具有最高点和最低点，当端面凸轮转动使伸缩杆的杆头接触斜坡最高点时，如图1所示，伸缩杆杆头在螺旋铣孔装置的轴向上位于第一位置，螺旋铣孔装置的刀具公转半径为两倍的偏心量E，偏心量E为公转机构的中心轴线与自转机构的中心轴线之间的距离；当端面凸轮转动使伸缩杆的杆头接触斜坡最低点时，如图2所示，伸缩杆在螺旋铣孔装置的轴向上位于第二位置，螺旋铣孔装置的刀具公转半径为零。

位移检测模块3与伸缩杆2的杆头连接，用于测量伸缩杆杆头在螺旋铣孔装置的轴向上移动的位移量。具体的，位移检测模块可以是位移传感器，位移传感器通过支架固定在公转机构的尾部，位移传感器连接伸缩杆的杆头，伸缩杆杆头在螺旋铣孔装置的轴向上移动时，位移传感器可获得伸缩杆杆头的移动位移量。

位移检测模块3与控制器4的输入端连接，控制器4的输出端连接偏心调节机构驱动器55。控制器获得位移检测模块检测的伸缩杆杆头的位移量，经过处理获得刀具公转半径的调节量，从而控制偏心调节机构驱动器驱动偏心调节机构对刀具公转半径进行调节。

优选，螺旋铣孔装置的刀具公转半径调节测控装置还包括显示模块(图中未示出)，显示模块与控制器连接，用于显示控制器采集的位移检测模块测得的伸缩杆杆头的位移量。具体的，显示模块可以为显示器。

上述控制器的处理过程为本发明提出的一种螺旋铣孔装置的刀具公转半径调节测控装置的控制方法，如图5所示，具体包括如下步骤：

S1、根据待制孔直径D_H和螺旋铣孔装置的刀具直径d_T，计算刀具公转半径的理论值e_理，e_理＝(D_H-d_T)/2，结合制孔加工精度，确定刀具公转半径所允许的调节范围为[e_理+δ_下，e_理+δ_上]，其中δ_下为孔径的下偏差，δ_上为孔径的上偏差；

S2、控制偏心调节机构驱动器，驱动偏心调节机构带动端面凸轮相对公转机构产生旋转，采集由位移检测模块测得的伸缩杆杆头沿螺旋铣孔装置轴向的位移量S，计算出刀具公转半径的实际值e_实，具体步骤为：

2.1根据位移检测模块测得的位移量S，计算出自转机构相对公转机构转过的角度θ，

θ＝Pi*S/λ，其中Pi为圆周率，λ为凸轮槽的导程；

2.2由自转机构相对公转机构转过的角度θ，计算出刀具公转半径的实际值e_实，

e_实＝2*E*sin(θ/2)，其中E为公转机构的中心轴线与自转机构的中心轴线之间的距离；

S3、若刀具公转半径的实际值e_实在刀具公转半径所允许的调节范围内，刀具公转半径调节结束；否则，重复S2。

以上所述仅为本发明涉及的用于螺旋铣孔装置的刀具公转半径自动测控系统及方法的一个较佳实施案例，但本发明的实施范围并不局限于此例。

Claims (3)

1.一种螺旋铣孔装置的刀具公转半径调节测控装置，用于安装在螺旋铣孔装置(5)上，包括控制器(4)，控制器(4)的输出端连接螺旋铣孔装置的偏心调节机构驱动器(55)，其特征在于，还包括端面凸轮(1)、伸缩杆(2)、位移检测模块(3)，端面凸轮(1)的一端连接螺旋铣孔装置的自转机构(53)的尾部，另一端设有凸轮槽(13)，伸缩杆(2)的杆头与凸轮槽(13)抵接，端面凸轮在自转机构的带动下旋转，从而带动伸缩杆的杆头沿螺旋铣孔装置的轴向移动；将伸缩杆杆头移动的两个极限位置称为第一位置和第二位置，当伸缩杆杆头位于第一位置时，螺旋铣孔装置的刀具公转半径为两倍的偏心量，该偏心量为公转机构的中心轴线与自转机构的中心轴线之间的距离；当伸缩杆杆头位于第二位置时，螺旋铣孔装置的刀具公转半径为零；所述位移检测模块与伸缩杆杆头连接，用于测量伸缩杆杆头的移动位移量；位移检测模块(3)连接控制器(4)的输入端。

2.根据权利要求1所述的螺旋铣孔装置的刀具公转半径调节测控装置，其特征在于，还包括显示模块，显示模块与控制器连接，用于显示控制器采集的位移检测模块测得的伸缩杆杆头的位移量。

3.一种根据权利要求1或2所述的螺旋铣孔装置的刀具公转半径调节测控装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据待制孔直径D_H和螺旋铣孔装置的刀具直径d_T，计算刀具公转半径的理论值e_理，e_理＝(D_H-d_T)/2，结合制孔加工精度，确定刀具公转半径所允许的调节范围为[e_理+δ_下，e_理+δ_上]，其中δ_下为孔径的下偏差，δ_上为孔径的上偏差；

S2、控制偏心调节机构的驱动器，驱动偏心调节机构带动端面凸轮相对公转机构产生旋转，采集由位移检测模块测得的伸缩杆杆头沿螺旋铣孔装置轴向的位移量S，计算刀具公转半径的实际值e_实，具体步骤为：

2.1根据位移检测模块测得的位移量S，计算自转机构相对公转机构转过的角度θ，θ＝Pi*S/λ，其中Pi为圆周率，λ为凸轮槽的导程；

2.2由自转机构相对公转机构转过的角度θ，计算刀具公转半径的实际值e_实，e_实＝2*E*sin(θ/2)，其中E为公转机构的中心轴线与自转机构的中心轴线之间的距离；

S3、若刀具公转半径的实际值e_实在刀具公转半径所允许的调节范围内，刀具公转半径调节结束；否则，重复S2。