本發(fā)明裝置屬于木質工程材料加工領域，更具體地說，涉及一種木質工程材點陣夾芯結構制備的自動定位、鉆孔裝置。

背景技術：

1木質點陣夾芯結構

木材具有較高的強重比、突出的隔熱吸音、自然美觀的紋理等優(yōu)點，是人們生活中廣泛使用的建筑和室內裝飾材料。點陣夾芯結構主要通過上、下面板和面板間有序周期性排列的桿件組成，與常用的其它輕質材料相比，具有比強度和比剛度更高等優(yōu)點。將點陣夾芯結構應用于木質工程材料的設計中，可以大大改善傳統(tǒng)木質工程材的結構與性能的不足，廣泛應用于木建筑、家具、運動場館等行業(yè)，具有重要的生態(tài)效益、經(jīng)濟效益和社會效益。

2木質點陣夾芯結構制備過程的難點

木質材料的點陣夾芯結構制備采用插入-膠合法，即對上、下面板進行鉆孔后，將芯子粘膠并插入上、下面板中，實現(xiàn)點陣結構的制備。精準的定位與鉆孔質量是決定木質點陣夾芯結構力學性能的關鍵。由于木質面板的強度較弱，受力易變形，要求鉆頭進給速度可調。進鉆過程中，初始階段要求慢速進鉆，防止鉆頭偏移，鉆孔過程中，要求進給速度與電鉆的功率相適應，使電鉆輸出功率全部用于木材切削鉆孔。如果進給速度過高，會使面板受力過大，損傷鉆孔，如果速度過低，會使鉆頭摩擦生熱，使孔碳化。并且，退鉆時，需要加快退鉆速度，從而減少面板與鉆孔摩擦。

目前有兩種鉆孔制備方式，一種方式是利用臺鉆進行手工鉆孔，另一種是采用數(shù)控機床進行鉆孔。臺鉆手工鉆孔的制作方法是根據(jù)面板大小、芯子直徑、芯子角度等參數(shù)，在面板上手工標記鉆孔位置，然后使用臺鉆對上、下面板的標記處進行鉆孔。手動鉆孔存在以下缺陷：手工標記鉆孔位置會造成人為誤差，加大芯子安裝難度，使數(shù)學分析模型與實際結構偏差較大，從而影響力學性能分析結果。并且，手動鉆孔時，鉆頭的進給速度不均勻，易造成面板的順紋劈裂，影響結構力學性能。數(shù)控機床鉆孔時，雖然可以高精度進行定位，但一般數(shù)控機床加工臺面較小，鉆頭角度控制不靈活，對于金字塔點陣結構，要求在上、下面板上鉆四個方向的斜孔，且要求鉆頭進給速度可調，數(shù)控機床不適合金字塔等傾斜支撐三維點陣夾芯結構的制備。

綜上所述，采用手動方式或數(shù)控機床制備金字塔等三維點陣夾層結構時，會造成鉆孔位置偏差、鉆孔內部損壞、鉆頭角度控制不靈活等缺陷，從而影響木質金字塔點陣夾芯結構的力學性能，使實驗結果與理論分析產(chǎn)生人為偏差，鉆孔效率低，為解決這些問題，根據(jù)木質材料的特點，設計此自動定位、鉆孔裝置。

技術實現(xiàn)要素：

1.本發(fā)明要解決的技術問題

本發(fā)明為解決上述存在的技術問題，設計一種木質工程材點陣夾芯結構制備的自動定位、鉆孔裝置。本發(fā)明根據(jù)直線運動模組高精度定位特性，特制直線運動模組，用于鉆孔位置的定位。采用兩套直線模組相互垂直放置，組成“十字”滑臺，實現(xiàn)在最大1平方米的面板范圍內，鉆孔位置的精確定位，定位精度可達到0.01mm。

為實現(xiàn)金字塔等傾斜支撐三維點陣夾芯結構不同方向的鉆孔需要，將加工面板放置于電動轉臺上，采用伺服電機控制電動轉臺，電動轉臺采用渦輪與蝸桿驅動模式，使面板旋轉，改變鉆孔方向，轉臺角度范圍可達360°，實現(xiàn)任意角度定位，絕對定位精度可達到0.01°。

為保證鉆孔內部質量，將鉆孔設備固定在直線模組上，采用伺服電機控制直線模組的運動，進而控制電鉆進給速度，保證電鉆進給精度。

由于鉆頭與面板有一定傾斜角度，容易發(fā)生鉆頭滑移，從而降低了定位精度。為解決這個問題，鉆孔時，根據(jù)鉆頭高度，先快速定位至面板表面，然后慢速進給一定距離，使鉆頭嵌入面板內，再切換到設定的進給速度鉆孔。鉆孔完成后，鉆頭快速回退至初始位置，從而提高鉆孔效率。

本裝置使面板上鉆孔位置的高精度定位、旋轉與自動打孔有機結合在一起，提高了木質工程材點陣夾芯結構制備的精度與點陣夾芯結構的力學性能。

2.技術方案

本發(fā)明裝置包括鋁型材主體框架、自動定位系統(tǒng)、自動鉆孔系統(tǒng)。加工面板置于自動定位系統(tǒng)的加工平臺上，所述自動定位系統(tǒng)可沿水平x軸、y軸方向移動加工平臺，并可水平旋轉加工平臺，實現(xiàn)加工面板上任意位置的定位，所述自動鉆孔系統(tǒng)可實現(xiàn)在加工面板上任意位置鉆孔。

所述鋁型材主體框架包括自動定位系統(tǒng)支撐架、電鉆進給裝置支撐架，自動定位系統(tǒng)支撐架用于支撐自動定位系統(tǒng)各部分，電鉆進給裝置支撐架用于固定、安裝自動鉆孔系統(tǒng)。

所述自動定位系統(tǒng)由x軸運動直線模組，x軸運動滑塊導軌、x軸驅動伺服電機、y軸運動直線模組、y軸運動滑塊導軌、y軸驅動伺服電機、電動轉臺、加工平臺構成。二條x軸運動滑塊導軌平行放置于一條x軸直線模組兩側，并通過螺栓及鋁型材專用連接件與自動定位系統(tǒng)支撐架連接、固定，x軸滑塊導軌和x軸直線模組高度相同，實現(xiàn)加工平臺的水平x軸方向運動。二條y軸運動滑塊導軌平行放置于一條y軸直線模組兩側，并通過滑塊及鋁型材專用連接件與x軸模組及滑塊導軌連接、固定，y軸滑塊導軌和y軸直線模組高度相同，實現(xiàn)加工平臺的水平y(tǒng)軸方向運動。電動轉臺通過鋁型材專用連接件固定在y軸滑塊導軌和y軸直線模組上，加工平臺通過螺栓固定在電動轉臺上，通過電動轉臺轉動，實現(xiàn)加工平臺的水平360度任意旋轉，絕對定位精度可達到0.01°。

所述x軸運動直線模組、y軸運動直線模組、電動轉臺的動作均通過伺服電機控制，本裝置采用的直線模組定位精度能達到0.01mm。

所述x軸運動直線模組、y軸運動直線模組的兩側均設有接近開關，用于限定直線模組的運動界限，保護系統(tǒng)安全。

所述自動鉆孔系統(tǒng)包括電鉆、電鉆進給直線模組、電鉆進給接近開關，進給伺服電機。電鉆通過螺栓固定在直線模組上，進給伺服電機驅動直線模組運動，實現(xiàn)電鉆的鉆孔進給與后退。電鉆的運動位移精度可達到0.01mm，電鉆運行速度可變，保證鉆孔的內部質量。

所述電鉆功率為280w，轉速為3600轉/秒，鉆頭剛接觸面板時，要求進給速度為0.7mm/s，進給距離3mm，使鉆頭嵌入面板，接著改變進給速度為2.5mm/s進行鉆孔，進鉆結束后，以12mm/s進行退鉆。

所述電鉆進給直線模組的兩側均設有接近開關，用于限定電鉆的進給距離，保障安全。

由于金字塔型三維點陣結構每個單元的正交對稱性，所述自動定位系統(tǒng)的加工平臺與鉆頭支架橫梁成45°角放置，使鉆頭進給方向在加工平臺的投影與x軸運動直線模組運動方向平行，使定位過程中二軸運動變?yōu)橐惠S運動，起到消元作用，減化定位控制程序，提高定位精度。

3.本發(fā)明裝置的有益效果

采用本發(fā)明提供的技術方案，與已有的公知技術相比，具有如下顯著效果：

(1)本發(fā)明適用于各種結構、各種角度點陣夾芯結構上、下面板的制備工藝，實現(xiàn)鉆孔位置的自動定位并鉆孔，定位精度能達到0.01mm。

(2)本發(fā)明裝置通過設置自動鉆孔時鉆頭的不同進給速度，避免了鉆斜孔時鉆頭的滑移，提高鉆孔定位精度，縮短了鉆孔時間，提高了鉆孔效率。

(3)本發(fā)明裝置保證了鉆孔時進鉆角度和退鉆角度的嚴格一致，避免了鉆孔內部的損壞，保證了鉆孔精度。

本發(fā)明裝置除用于木質工程材點陣夾芯結構制備，也可以將自動打孔電鉆改為其它工具，進行其它自動定位操作，便于推廣應用。

附圖說明

圖1—本發(fā)明裝置主視圖

圖2—本發(fā)明裝置俯視圖

圖3—本發(fā)明裝置側視圖

圖4—本發(fā)明裝置控制系統(tǒng)結構框圖

圖5—本發(fā)明裝置plc電氣控制圖

示意圖中的標號說明：

1、主體框架：11、加工平臺支撐架；12、電鉆進給裝置支撐架；2、自動定位系統(tǒng)：21、x軸運動直線模組；211、x軸運動接近開關；22、x軸運動滑塊導軌；23、x軸伺服電機；24、y軸運動直線模組；241、y軸運動接近開關；25、y軸運動滑塊導軌；26、y軸伺服電機；27、電動轉臺；271、轉臺伺服電機；28、加工平臺；3、自動鉆孔系統(tǒng)：31、電鉆進給直線模組；311、電鉆進給接近開關；32、進給伺服電機；33、電鉆。

具體實施方式

為進一步了解本發(fā)明的內容,結合附圖和實施例對本發(fā)明作詳細描述。

實施例1

結合圖1、圖2、圖3，本實施例的一種木質工程材點陣夾芯結構制備裝置包括鋁型材主體框架、自動定位系統(tǒng)、自動鉆孔系統(tǒng)。

所述的主體框架包括加工平臺支撐架11和電鉆進給裝置支撐架12，加工平臺支撐架11用于支撐并固定x軸運動直線模組21、x軸運動滑塊導軌22；電鉆進給裝置支撐架12用于支撐并固定電鉆進給直線模組31、進給伺服電機32。

所述的自動定位系統(tǒng)包括：x軸運動直線模組21、x軸運動接近開關211、x軸運動滑塊導軌22、x軸伺服電機23；y軸運動直線模組24、y軸運動接近開關241、y軸運動滑塊導軌25、y軸伺服電機26、電動轉臺27、轉臺伺服電機271、加工平臺28。

通過x軸伺服電機23控制y軸運動直線模組24、y軸運動滑塊導軌25、y軸伺服電機26在x軸方向上運動；y軸運動直線模組24和y軸運動滑塊導軌25用于支撐并固定電動轉臺27；通過y軸伺服電機26控制電動轉臺27在y軸方向上運動；電動轉臺27用于支撐并固定加工平臺28；通過電動轉臺27實現(xiàn)加工平臺28的360度旋轉；加工平臺28用于支撐并固定被加工的木板。x軸運動接近開關211和y軸運動接近開關241分別固定在x軸運動直線模組21和y軸運動直線模組24上，用于限制模組行進范圍，保障系統(tǒng)運行安全。

所述的自動鉆孔系統(tǒng)包括：電鉆進給直線模組31、電鉆進給接近開關311、進給伺服電機32、電鉆33。電鉆進給直線模組31用于支撐并固定進給伺服電機32，進給伺服電機32控制電鉆進給直線模組31前進和后退，帶動電鉆33的前進和后退，實行鉆孔操作。通過軟件編程實現(xiàn)電鉆進給直線模組31運行速度可變。電鉆功率為280w，轉速為3600轉/秒，鉆頭剛接觸面板時，要求進給速度為0.7mm/s，進給距離3mm，使鉆頭嵌入面板，接著改變進給速度為2.5mm/s進行鉆孔，鉆孔完成后，以12mm/s進行退鉆，從而提高鉆孔效率。

所述電鉆進給接近開關311固定在電鉆進給直線模組31上，用于電鉆進給過程中，限制電鉆移動范圍，保障系統(tǒng)運行安全。

通過手動調節(jié)電鉆進給運動直線模組31與加工平臺28平面的角度，可控制鉆孔的角度。

實施例2

本實施例的控制系統(tǒng)框圖和plc電氣控制圖如圖4、圖5所示，用戶通過上位計算機軟件監(jiān)控系統(tǒng)，將鉆孔參數(shù)的信息設置給plc控制器，并實時監(jiān)視鉆孔狀態(tài)，plc控制器通過各種伺服驅動器控制各種伺服電機的啟停、正反轉、轉速及轉數(shù)，實現(xiàn)加工面板的自動定位及自動鉆孔。其進行自動定位和鉆孔的過程為：

步驟一、將待加工木板固定在加工平臺28上，要求待加工木板中心與加工平臺28中心重合。

步驟二、手動調節(jié)電鉆進給直線模組31與加工平臺28平面的角度，角度范圍為：20～90°。

步驟三、調節(jié)加工平臺28位置，將電鉆33的鉆頭中心與加工平臺28中心重合。

步驟四、以金字塔型點陣結構為例，每個單元需要在面板上鉆4個不同方向的孔。x軸伺服電機23、y軸伺服電機26控制加工平臺沿水平x軸、y軸運動，進行第一個單元第一個孔位置的定位，進給伺服電機32控制電鉆進給直線模組31前進和后退，電鉆33進行鉆孔。

步驟五、重復步驟四，進行其它單元第一個孔的鉆孔操作，全部打完后，加工平臺28回到原位置，保證鉆頭中心與加工平臺28中心重合。

步驟六、轉臺伺服電機控制電動轉臺旋轉，使加工平臺28旋轉90°；

步驟七、重復步驟四、五、六，完成第二、三、四個孔的鉆孔操作。所有單元的孔全部鉆完后，系統(tǒng)停止運行。

本實施例用于各種形式、各種角度點陣夾芯結構上、下面板的制備，實現(xiàn)鉆孔位置自動定位，并自動鉆孔，對于制備多單元點陣夾層結構而言，具有定位準確，操作簡便、效率高等優(yōu)點。