微孔钻削微扭矩监控装置.pdf

本发明应用在微孔钻削机床及其微扭矩检测装置中。
    在现有技术中，微孔钻削扭矩监控装置有四种：第一种，机械式扭矩传感器缺点是灵敏度不够。第二种，是主轴两端变形扭转角传感器。缺点是主轴系统复杂，在几十克厘米扭矩作用下的主轴变形很小，对传感器和信号处理系统要求甚高，不易实现。第三种，声传感器法（利用钻头磨损后发出的高频噪声为信号源）缺点是无法定量，受干扰大。第四种，二分力压电晶体片分别测量轴向力与扭矩，缺点是二分力压电晶体片安装在工作台上，容易受外界干扰，如工作台上放置的重量，外界碰击都会影响正常工作。

    本发明装置原理如图1所示。其特点是不受外界干扰，只感受钻头扭矩，结构简单，成本低，灵敏度甚高，可以显示φ2mm长：2mm，润动轴承油膜扭矩。

    本发明目的主要是解决在航空、电子、机械、纺织工业中微孔加工难的问题，是实现0.1～0.5mm微孔钻削过程自动化的关键技术。

    本发明见图1。当钻头钻削工件时，将受切削扭矩作用，使高频高速无刷电机产生转差，电机驱动器绕组中点与一端点电压相应改变，通过小型变压器把电压信号取出。变压器取样有两个目的：一是降压，因为电机驱动器中点与一端点电压幅值较大，需要降压，还要阻抗匹配;二是隔离，把电机驱动线路与扭矩测量线路隔离后不共地，互不影响工作。另一个取样方法，可以不用小型变压器，而在驱动器绕组外面缠绕几十圈线圈即可构成取样变压器。取出的电压信号是交流，由D1、C1、C2、R1构成地包洛检波线路将交流信号转换成准直流信号。该直流信号由两个分量;空载时恒定分量和反映扭矩变化的增量，后者是我们所需要的信号。为了分离该信号，采用了差分输入线性放大器。把取样信号由反向输入端输入，由C3、R2、R3构成的比较电压由正向输入端输入以低消空载恒定分量。这样，在线性放大器输出电压只是反映扭矩变化的增量放大值。因为A/D芯片接成±5V输入方式，为了放大器输出电压不超过±5V，在放大器与A/D转换器之间加一正负电压嵌位线路5。为了直观显示扭矩值，在放大器输出端加一显示表头。A/D芯片采用ADC0804片，微机采用TP801单板机。从TP801单板机PIDB口输出以驱动步进电机A、B、C绕组驱动器。步进电机驱动是采用了先进的软件环行分配器，简化了硬件系统。

    该装置与微机控制微孔钻构成闭环实时控制系统。钻头每进给一个步进当量后，检测实际扭矩值，同事先置入微机某一单元的临界扭矩进行比较，以确定动作去向。使钻削过程处在正常状态，实现自动化。

    本发明成功地应用于DWZ-1型电脑控制微孔钻床上。DWZ-1型电脑控制微孔钻主要技术指标如下：孔径范围φ0.1～φ0.5;主轴转速18000/28000转分;进给步进当量8μm;扭矩测试灵敏度不小于20mV/g-Cm。