PDC钻头检测装置机械部分设计

[摘要] 在PDC检测装置主要结构中，主轴头是成形机的关键部分，它的

设计对机床的性能有重要的影响。该设计中，先确定了总体方案，运用步进电机和滚珠丝杠来实现总体的设计。并选择了感应同步器作为机床的检测装置，相应地确定了它的放大电路和接口电路。然后通过计算设计了成形机床的进给部分，包括导轨、滚珠丝杠、轴承和联轴器等等。最后通过计算选择了步进电机的型号。

[关键词] 主轴头，步进电机，滚珠丝杠，放大电路，接口电路，导轨，

轴承，联轴器。

[Summary] In PDC in the detector set primary structure, the main axle neck

is shaper's essential part, its design has the important influence to engine bed's performance. In this design, had determined the first overall concept, the utilization step-by-steps the electrical machinery and the ball bearing guide screw realizes the overall design. And chose the induction synchromesh to take engine bed's detector set, has determined its amplifying circuit and the interface circuit correspondingly. Then designed through the computation has formed engine bed's to feed part, including guide rail, ball bearing guide screw, bearing and shaft coupling and so on. Finally chose through the computation has step-by-stepped electrical machinery's model

[Keyword] spindle top, electric motor, stall ball lead screw, magnifying circuit, interface circuit, bearing

PDC钻头检测装置机械部分设计

前 言：

尽管我国生产的各种金刚石工具在各行业得到广泛应用，并取得显著的经济效益，但其技术水平与国外同类产品相比还有一定的差距，主要表现在： 整个金刚石工具产业缺乏统一管理和宏观调控。由于盲目发展，整个金刚石工具生产布局出现散而乱、遍地开花的局面，工具销售市场产品质量不稳定，竞争无序，价格混乱。

由于金刚石单晶生产与金刚石工具生产的发展不协调，使得我国金刚石工具的发展滞后于金刚石单晶的生产增长速度，造成金刚石积压和滞销，影响和制约了我国金刚石工业的持续发展，使金刚石生产企业经济效益严重滑坡。

金刚石工具应用领域较窄，产品品种单一，质量不稳定，有的产品技术质量标准较混乱，没有统一的产品质量检测、监督的管理规范和标准。

金刚石工具生产装备和整体技术水平比较落后，一些较先进的新技术、新工艺推广应用较慢。

生产企业规模普遍偏小，生产不集中，工艺技术差，缺乏市场竞争力，经济效益不高。

金刚石工具生产以及新产品开发、工艺技术研究等方面的资金投入不足。 在金刚石工具使用过程中，基体材料使用率低，钢材浪费严重；使用过程中非正常磨损、脱落、残留的金刚石较多，使金刚石实际利用率较低，金刚石材料浪费较多。

为确保我国金刚石产业稳定持续发展的措施大力发展金刚石工具产业，应狠抓新产品、新工艺的开发，拓宽金刚石应用领域，加快我国金刚石产业的发展，提高经济效益和整体技术水平。

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PDC钻头检测装置机械部分机构的结构

PDC钻头检测装置机械部分设计：

一、 PDC钻头检测装置机械部分的结构

PDC机械部分检测装置由床身和立柱、工作台、主轴头、脉冲电源、伺服进给系统、工作台附件等部分组成。结构图如图1-1所示。检测方式采用三坐标检测。

检测器探头工作台

床身和立柱是基础结构，由它确保检测仪与工作台、工件之间的相互位置。位置精度的高低对加工有直接的影响，如果机床的精度不高，检测精度也难以保证。因此，不但床身和立柱的结构应该合理，有较高的刚度，能承受主轴负重和运动部件突然加速运动的惯性力，还应该减小温度变化引起的变形。

工作台主要用来支承和装夹工件。在实际加工中，通过转动纵横向丝杠来改变检测仪与工件的相对位置。

主轴头是PDC机械部分检测装置的一个关键部件，在结构上由伺服进给系统、导向和防扭机构三部分组成。用以控制检测仪与钻头之间的距离。主轴头的好坏直接影响检测数据的精度，如质量、内部应力、几何精度以及表面粗糙度，因此对主轴头有如下要求：

1) 有一定的轴向和侧向刚度及精度。 2) 有足够的进给和回升速度。

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PDC钻头检测装置机械部分设计

3) 主轴运动的直线和防扭转性能好。 4) 灵敏度要高，无爬行现象。

二、Z轴进给驱动方案的设计：

目前检测装置的自动进给调节系统的种类很多，按执行元件，大致可分为： 步进电机； 宽调速力矩电机； 直流伺服电机； 交流伺服电机。

在本次设计中选用电-机械式自动调节系统。电-机械式自动调节系统在20世纪60年代是采用普通直流伺服电机的形式，由于其机械减速系统传动链、惯性大、刚性差，因而灵敏度低，20世纪70年代为电液自动调节系统所替代。20世纪80年代以来，采用步进电机和力矩电机的电-机械式自动调节系统得到迅速发展。由于它们的低速性能好，可直接带动丝杠进退，因而传动链短、灵敏度高、体积小、结构简单，而且惯性小，有利于实现加工过程的自动控制和数字程序控制，因而在中、小型电火花机床中得到越来越广泛的应用。又考虑到经济因素及尺寸的大小，本设计采用步进电机自动调节系统。总体设计原理框图如图2-2所示.

CPU 感应同步器 图2-1 总体设计原理

步进电机驱动电路 步进电机 滚珠丝杠 负载

三、 PDC钻头机械部分检测装置的设计要求

感应同步器是一种电磁感应式的位移检测装置，它具有以下优点：

1) 精度高。感应同步器直接对机床的位移进行测量，测量结果只受本身精

度的限制，定尺上感应电压信号为多周期的平均效应，降低了绕组局部尺寸误差的影响，达到了较高的测量精度，其直线精度一般为±0.002mm/250mm。

2) 对环境的适应性强。它是利用电磁感应原理产生信号，所以不怕油污和

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