專利名稱：一種振動攻絲在線故障診斷的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機械加工領(lǐng)域，特指一種振動攻絲在線故障診斷方法及其裝置，其應用于機械加工中的攻絲加工，特別是難加工材料和微小螺紋孔的攻絲加工。
目前，國際上采用的振動攻絲扭轉(zhuǎn)振源有步進電機、機械結(jié)構(gòu)和超聲波變幅桿等。其中使用性和穩(wěn)定性最好的是步進電機振源。目前的步進式振動攻絲機有日本宇宮都大學隈部淳一郎教授等人研制的可裝夾在數(shù)控機床主軸頭上的扭轉(zhuǎn)振動刀柄(見論文“精密振動ねじ立て”，精密機械，48卷，第8期，1982)；沈陽儀器儀表工藝研究所沈承勛等人研制的扭轉(zhuǎn)振動攻絲機(見論文“ZGJ型振動攻絲機”，儀表技術(shù)與傳感器，1990年第6期)；中國發(fā)明專利公開號CN 1123684A“一種高效多功能振動攻絲機”，其主要解決了振動攻絲的周向間隙消除，專門設計了周向間隙消除機構(gòu)。
國內(nèi)外現(xiàn)有的振動攻絲裝置存在以下問題①攻絲系統(tǒng)的靈活性不足，由于大多數(shù)攻絲機在攻絲主軸上加上攻絲靠模，則帶來的主要問題是由于振動攻絲在進行不同直徑螺紋攻絲時，所采用的振動振幅、切削速度和振動頻率都不同，因此，以往的攻絲系統(tǒng)振動攻絲的工藝參數(shù)設置的靈活性不足，無法滿足多種螺紋直徑和各種螺距的螺紋振動攻絲，由于有攻絲靠模的存在，使得這些振動攻絲機無法拓展功能，比如鉆孔和鉸孔功能等。
②攻絲加工系統(tǒng)無在線監(jiān)測和故障診斷功能由于攻絲加工是一種封閉或半封閉式加工，絲錐的工作狀態(tài)比較惡劣，因此在攻絲過程中經(jīng)常發(fā)生絲錐折斷現(xiàn)象。目前國內(nèi)外振動攻絲機尚無在線監(jiān)測和故障診斷功能，及時對絲錐的可能破壞情況進行預報。
③振動攻絲的工藝參數(shù)設置方法不一致，現(xiàn)有的振動攻絲方法上很多都用旋轉(zhuǎn)角速度來定義振動攻絲速度，由于絲錐的直徑差別很大，在同樣的角速度情況下，絲錐直徑不同線速度也不同，真正的攻絲切削速度是絲錐的線速度，切削線速度對振動攻絲的攻絲扭矩有影響。
實現(xiàn)本發(fā)明目的的方法，其特征在于采用步進電機為振源和攻絲力源，通過在振動攻絲機床主軸上串接扭矩傳感器，接收機械單元中機床主軸傳遞的動力和振動源信號，經(jīng)過二次儀表的信號放大和信號整形，再與計算機硬件接口模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊相連，進行在線扭矩測量與故障診斷。
同時在系統(tǒng)中采用振動頻率f及以絲錐的線速度作為切削速度v、正反比例k作為工藝參數(shù)組合進行系統(tǒng)控制。最佳的振動頻率f為2000/60Hz～7000/60Hz，最佳切削速度v是0.6m/min，最佳正反比例k為3∶2。
實現(xiàn)本發(fā)明目的的裝置，包括振動攻絲機械單元、步進電機的驅(qū)動和控制單元，扭矩測量單元，其特征為在主軸輸出端與攻絲夾頭間串接扭矩傳感器及其攻絲扭矩的分析和存儲系統(tǒng)。扭矩傳感器通過一個彈性夾持器基套、鎖緊套和鎖緊螺釘組成的彈性夾持機構(gòu)與攻絲機主軸固定連接。
本發(fā)明以振動攻絲扭矩測量單元為基礎，通過計算機在振動攻絲的過程中實時采集攻絲扭矩，利用故障診斷技術(shù)對攻絲過程中的扭矩變化進行分析和判斷，在線判別出其故障類型，并可根據(jù)需要及時停止攻絲加工，待故障排除后再繼續(xù)加工。
本發(fā)明與現(xiàn)有的振動攻絲機相比，具有以下優(yōu)點①在主軸輸出端通過串接一扭矩傳感器后，實現(xiàn)了振動攻絲系統(tǒng)的扭矩閉環(huán)在線檢測及故障診斷，可以在攻絲過程中對絲錐工作狀況進行預報，判別故障類型和絲錐折斷預防，解決了攻絲加工中久而未決的難題；②系統(tǒng)使用PC計算機控制，高級計算機編制的程序，使得系統(tǒng)操作簡單。首次采用振動頻率f、切削速度v(絲錐的線速度)和正反比例k為工藝參數(shù)組合，系統(tǒng)的振動攻絲工藝參數(shù)的設置靈活，使得系統(tǒng)能夠根據(jù)材料需要，對各種材料的振動攻絲過程修改振動攻絲工藝參數(shù)。系統(tǒng)采用圖形界面、鼠標操作，使用方便；③步進電機的動力單元和扭矩傳感器的扭矩測量單元與整個振動攻絲系統(tǒng)連接方法簡單，對原有的攻絲機械基本不需做任何的機械加工。動力單元和扭矩測量單元均可以作為機床附件，隨時加裝和拆卸。由于與機床的連接都是用錐面配合，回轉(zhuǎn)精度高；④扭矩傳感器的固定機構(gòu)采用一種彈性夾持器的方式，彈性夾持器結(jié)構(gòu)緊湊，它起到固定和自動定心雙重作用，使扭矩傳感器的大部分外露，方便扭矩傳感器的安裝和接口的連接；⑤由于回位機構(gòu)和機床主軸力矩平衡，使得進給操作簡單省力。手動操作，沒有絲錐靠模裝置，使得對在小于M14的任何螺距的螺紋攻絲均能實現(xiàn)振動攻絲，而且不需對機床系統(tǒng)做任何調(diào)整，只需在控制操作上將螺紋直徑稍作更改即可。根據(jù)攻絲扭矩的變化情況，還可以實現(xiàn)半自動加工。
1振動攻絲機床身 2步進電機固定架3步進電機4上連軸器 5操作手柄 6扭矩傳感器彈性夾持器7扭矩傳感器 8扭矩傳感器下連接套9通用攻絲夾頭10絲錐 11回轉(zhuǎn)圓盤工作臺 12振動攻絲機立柱13振動攻絲機底座14彈性夾持器基套 15扭矩傳感器上連接套16鍵A 17彈性夾持器夾緊螺釘 18彈性夾持器夾緊套19鍵B 20緊釘螺釘 21進給齒條軸22主軸莫氏II錐柄如圖2所示，主軸的下端通過主軸莫氏II錐柄(22)將動力傳遞給扭矩傳感器上連接套(15)，而上連接套(15)的另一端則通過鍵A(16)與扭矩傳感器的輸入端連接，將動力扭矩傳遞給扭矩傳感器(7)。本設計將固定扭矩傳感器的彈性夾持器(6)的基套(14)與攻絲機的進給齒條軸(21)固定緊配合連接，外加緊釘螺釘鎖緊，保證彈性夾持器與軸套可靠并同軸。扭矩傳感器的外殼部分與彈性夾持器的基套(14)配合，通過夾緊螺釘(17)與夾緊套(18)收緊基套的彈性部分，將扭矩傳感器固定。扭矩傳感器(7)的輸入和輸出是同一根軸，只是扭矩傳感器的扭矩采樣在輸出端的部分。扭矩傳感器的輸出端則與下連接套(8)連接，下連接套(8)一端通過鍵B(19)與扭矩傳感器的輸出端連接，同時設置緊釘螺釘(20)固定下連接套(8)，以防止軸向運動，而另一端則通過一個自帶的莫氏II短錐柄與通用攻絲夾頭(9)連接，絲錐(10)由通用攻絲夾頭(9)裝夾，振動鉆孔時則改用鉆夾頭，振動鉸孔時用機用鉸刀。
按上述發(fā)明構(gòu)思，制造了一臺具有在線故障診斷功能的振動攻絲機，步進電機為130BYG402型混合式步進電機，驅(qū)動器用ATH-130G型步進電機驅(qū)動器，扭矩傳感器使用EXY-500型扭矩儀，配合自行開發(fā)的ISA總線接口卡與控制軟件，使用M6×1和M3×0.5兩種高速鋼絲錐，用普通的機油潤滑，M6采用10mm厚的Q235鋼板，底孔直徑5，M3螺紋采用厚為5mm的不銹鋼板，底孔直徑2.5。切削條件是振動攻絲的工藝參數(shù)正反比例k＝1.5、切削速度v＝0.6m/min、振動頻率f＝6000/60Hz，加工結(jié)果表明，M6的螺紋絲錐，在加工完近200個螺孔后，絲錐還完好無損，用普通機械攻絲，只能加工幾十個螺紋孔，螺紋精度也有較大的改善；而對于M3的不銹鋼攻絲，機械攻絲根本無法順利進行，手動攻絲加工的螺紋孔也基本無法使用，螺桿無法導入，用本攻絲機則能順利攻出有效的螺紋孔。同時本振動攻絲的攻絲效率可以根據(jù)材料加工性能的難易程度進行調(diào)整，在降低攻絲扭矩和提高攻絲效率上作協(xié)調(diào)。本系統(tǒng)配置了在線監(jiān)測和故障診斷軟件系統(tǒng)，可對整個攻絲過程的扭矩進行監(jiān)測，并即時判別出攻絲過程的故障類型，提供排除故障的依據(jù)，同時有效預防絲錐折斷。因此，本發(fā)明由于具有在線監(jiān)測和故障診斷的多種功能，則為解決難加工材料的攻絲難題提供有效的手段，具有廣闊的應用前景和重要的應用價值。
權(quán)利要求
1.一種振動攻絲在線故障診斷的方法，其特征在于采用步進電機為振源和攻絲力源，通過在振動攻絲機床主軸上串接扭矩傳感器，接收機械單元中機床主軸傳遞的動力和振動源信號，經(jīng)過二次儀表的信號放大和信號整形，再與計算機硬件接口模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊相連，進行在線扭矩測量與故障診斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動攻絲在線故障診斷的方法，其特征在于采用振動頻率f及以絲錐的線速度作為切削速度v、正反比例k作為工藝參數(shù)組合進行系統(tǒng)控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的振動攻絲在線故障診斷的方法，其特征在于最佳的振動頻率f為2000/60Hz～7000/60Hz，最佳切削速度v是0.6m/min，最佳正反比例k為3∶2。
4.為實現(xiàn)權(quán)利要求1所述的振動攻絲在線故障診斷的方法的裝置，其包括振動攻絲機械單元、步進電機的驅(qū)動和控制單元，扭矩測量單元，其特征為在主軸輸出端與攻絲夾頭(9)間串接扭矩傳感器(7)及其攻絲扭矩的分析和存儲系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的振動攻絲在線故障診斷的裝置，其特征在于扭矩傳感器(7)通過一個由彈性夾持器基套(14)、夾緊套(18)和鎖緊螺釘(17)組成的彈性夾持機構(gòu)與攻絲機主軸固定連接。
全文摘要
本發(fā)明屬于機械加工領(lǐng)域，特指一種振動攻絲在線故障診斷方法及其裝置，其應用于機械加工中的攻絲加工，特別是難加工材料和微小螺紋孔的攻絲加工。本發(fā)明包括振動攻絲機械單元、步進電機的驅(qū)動和控制單元，扭矩測量單元，其在主軸輸出端與攻絲夾頭間串接扭矩傳感器及其攻絲扭矩的分析和存儲系統(tǒng)，并且扭矩傳感器通過一個彈性夾持器基套、鎖緊套和鎖緊螺釘組成的彈性夾持機構(gòu)與攻絲機主軸固定連接；采用步進電機為振源和攻絲力源，通過扭矩傳感器，接收機械單元中機床主軸傳遞的動力和振動源信號，經(jīng)過二次儀表的信號放大和信號整形，再與計算機硬件接口模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊相連，進行在線扭矩測量與故障診斷。
文檔編號B23Q15/007GK1394712SQ0211301
公開日2003年2月5日 申請日期2002年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月15日
發(fā)明者王貴成, 陳學永 申請人:江蘇大學