深孔钻镗床刀具的扭矩保护设计
1 引言
深孔钻镗床主要用于深孔钻孔，扩孔，镗孔等深孔加工。但由于加工深度常达到十几米甚至几十米，在加工过程中，刀具损坏状况很难掌握，通常都由操作者根据自己的工作经验来判断。因此当刀具损坏时，十分不容易被发现，常常会影响加工的精度，并造成生产上的损失，甚至使机床受到损坏。经过多年的摸索实践总结出如下方法，很好地解决了这一问题。
在普通的深孔钻镗床中，床头箱主轴，钻杆箱主轴通常选用直流调速装置控制直流电机来实现调速。直流调速具有调速范围宽，低速性能好等特点。
2 工作原理
在正常加工过程中，随着钻孔的深入，刀具所受钻削扭矩基本保持不变，电机的功率也基本保持不变。当刀具损坏后，则刀具所受扭矩变大，从而引起电机电流增大，通过PLC的模拟量输入模块将检测到模拟量信号转变为数字量信号，利用PLC的运算功能与设定值进行比较，来确定刀具是否损坏。
利用调速装置的模拟量输出口将检测到的电流信号转换成0~10V电压信号，输出到PLC的模拟量输入模块进行A/D模数转换，然后与设定值进行比较。这个设定值由工艺人员根据工件材质，刀具，加工量等参数计算得到，通过拔段开关来选择。当检测值大于设定值20%时，则判定扭矩过载，即刀具受损，PLC发出报警，停止加工，更换刀具, 工件加工示意图如图1所示。
图1 加工示意图
2.1 硬件配置
检测系统选件主要有直流调速装置6RA24，用于检测电机电流;PLC为欧姆龙公司的CQM1H主机，和其模拟量输入模块，用于进行模数转换及比较运算;100Ω/0.5w电阻10个，用于扭矩设定粗调;电位器3kΩ/1w1个 ,用于扭矩设定精调;拨段开关1个，用于扭矩设定选择。装置输出电压U2，给定电压U1。
2.2 检测系统
检测系统框图如图2所示, 检测数据如附表。
2.3 信号采样的处理与比较
接通刀具扭矩保护开关后，延时30S后，开始对U1，U2进行信号采样。将U1，U2信号分别采样1次，作为1组。每隔1S采样1次，并将采样信号经过模数转换，传输到PC的内部作运算。采取5组数据，并将每1组中的2个数据进行比较。只有当5组信号中的U2均大于U1的20%时，才认为扭矩过载，发出报警。如果只有1，2组信号是U2大于U1的20%，则认为是加工零件中有硬点或有其它的干扰信号，可以忽略，然后重新进行采样。
图2 系统控制框图
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