摘要：本文介紹了電、氣動自動進(jìn)給鉆削動力頭的工作原理和基本結(jié)構(gòu)，并詳細(xì)進(jìn)行了動力頭運(yùn)動分析和設(shè)計(jì)計(jì)算。
關(guān)鍵詞：鉆削動力頭 工作原理 設(shè)計(jì)計(jì)算
Development of electrical-pneumatic automatic feed drilling head
Abstract：In this paper, the working principles and basic structure of the electrical & pneumatic automatic feed drilling head are introduced, motional analysis and design calculation on drilling head are made in detail.
Keywords：Drilling head; Working principle; Design calculation
1 概述
隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和規(guī)�；I(yè)生產(chǎn)的需要，采用專用裝備組合成現(xiàn)代化高速流水線和多功能高效組合機(jī)床，在許多行業(yè)中已成為保證產(chǎn)品的加工精度、降低生產(chǎn)成本、提高勞動生產(chǎn)率和企業(yè)競爭力的關(guān)鍵措施之一。動力頭是組合機(jī)床的重要動力部件，其質(zhì)量和性能的優(yōu)劣直接影響到整臺機(jī)床性能的好壞，但在一般的組合機(jī)床設(shè)計(jì)中，動力頭只能提供主運(yùn)動，其進(jìn)給運(yùn)動是由與之相配套的液壓或機(jī)械滑臺來實(shí)現(xiàn)的，這就給組合機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造帶來了較大的困難。為此，筆者在消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制設(shè)計(jì)了一種新型的電、氣動自動進(jìn)給鉆削動力頭，如圖1所示。氣動控制與液壓阻尼系統(tǒng)如圖2所示。
1.液壓調(diào)速器 2.同步帶輪 3.軸承 4.密封圈
5.花鍵軸 6.密封圈 7.軸承 8.鉆夾頭
9.活塞桿 10.主軸 11.氣缸體 12.軸承
13.托架 14.電機(jī) 15.同步帶 16.后蓋
圖1
圖2
2 電、氣動自動進(jìn)給動力頭的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
電、氣動自動進(jìn)給鉆削動力頭由主運(yùn)動、進(jìn)給運(yùn)動和控制系統(tǒng)三部分組成。
(1)主運(yùn)動
電、氣動自動進(jìn)給鉆削動力頭的主運(yùn)動采用三相異步電機(jī)驅(qū)動，經(jīng)同步齒形帶及花鍵軸將電機(jī)的轉(zhuǎn)矩傳遞給主軸，不同的主軸轉(zhuǎn)速可由更換不同的同步齒形帶輪來實(shí)現(xiàn)。由于動力頭的主運(yùn)動采用電機(jī)驅(qū)動，主軸的轉(zhuǎn)速特性好，輸出功率和轉(zhuǎn)矩大，能適應(yīng)于多軸鉆削和較大孔徑的加工工況。
(2)進(jìn)給運(yùn)動
由于氣壓傳動具有動作反應(yīng)快、環(huán)境的適應(yīng)性好、結(jié)構(gòu)簡單、體積小等優(yōu)點(diǎn)，并能實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，工作壽命長，動力源來源方便，因此，動力頭的進(jìn)給運(yùn)動采用壓縮空氣作為動力源�？紤]到空氣的可壓縮性，載荷變化時(shí)動力頭的運(yùn)動的平穩(wěn)性較差，工進(jìn)速度的調(diào)整和控制采用液壓調(diào)速器來實(shí)現(xiàn)，動力頭的快進(jìn)和快退速度分別用排氣節(jié)流閥來調(diào)整。
(3)控制系統(tǒng)
電、氣動自動進(jìn)給鉆削動力頭的進(jìn)給運(yùn)動采用了壓縮空氣為動力源，其進(jìn)給運(yùn)動的控制也采用了氣動控制系統(tǒng)，由一個(gè)二位五通氣控閥、一個(gè)機(jī)動閥、二個(gè)手動閥，若干個(gè)節(jié)流閥和兩個(gè)外部控制氣源口組成，結(jié)構(gòu)緊湊，具有手動和遠(yuǎn)距離控制操作功能及原位、前位信號和復(fù)位信號保護(hù)功能。動力頭快進(jìn)行程和工進(jìn)行程可通過擋鐵連續(xù)可調(diào)。
(4)機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
電、氣動自動進(jìn)給鉆削動力頭是一個(gè)集動力頭的主運(yùn)動、進(jìn)給運(yùn)動和控制裝置于一體的鉆削動力頭，為了實(shí)現(xiàn)其外形的緊湊，本動力頭采用主軸嵌入氣缸結(jié)構(gòu)，主軸與活塞桿同心，活塞桿是空心的。里面裝有進(jìn)口的滾動軸承，以提高主軸的回轉(zhuǎn)精度，主軸安裝在軸承上，由同步帶通過花鍵與電機(jī)連接，氣缸體固定在托架上，活塞桿上裝有液壓調(diào)速器和行程調(diào)整螺釘，通過調(diào)整螺釘碰撞限位開關(guān)，實(shí)現(xiàn)動力頭主軸的復(fù)位。
3 參數(shù)計(jì)算
電、氣動自動進(jìn)給鉆削動力頭設(shè)計(jì)參數(shù)主要是由規(guī)定的工件最大孔徑鉆削參數(shù)來確定。故電、氣動自動進(jìn)給鉆削動力頭的參數(shù)計(jì)算，必須由鉆削工藝參數(shù)計(jì)算開始。
(1)鉆削力的計(jì)算公式
 (1)
式中：
F——鉆削過程中所需要的鉆削力，N；
CF——材料系數(shù)；
dO——工件加工的孔徑，mm；
XF——等于1；
YF——等于0.7；
f——進(jìn)給量，mm/r；
KF——工件的硬度系數(shù)。
(2)鉆削扭矩計(jì)算公式
 (2)
式中：
M——鉆削過程中所需要的扭矩，N.m；
CM——材料系數(shù)；
dO——工件加工的孔徑，mm；
XM——等于1.9；
YM——等于0.8；
f——進(jìn)給量，mm／r;
KM——工件的硬度系數(shù)。
(3)鉆削功率的計(jì)算公式
PM=2πMn.10-3 (3)
式中：
PM——鉆削過程中所需要的功率；
n——鉆頭的轉(zhuǎn)速，r／s。
(4)動力頭推進(jìn)力的計(jì)算公式
F=π(D2-d2)pη/4 (4)
式中：
F——動力頭的推動力，N；
D——活塞直徑，mm；
d——活塞桿直徑，mm；
p——供氣壓力，MPa；
η——效率系數(shù)(0.85)
(5)耗氣量的計(jì)算公式
Q=πS(2D2-d2)ηv.10-9/(4t) (5)
式中：Q——在工作壓力下的耗氣量，m3/s；
S——最大行程，mm；
t——往返時(shí)間，s；
ηv——?dú)馊菪?0.9)
(6)主要參數(shù)計(jì)算結(jié)果
已知設(shè)計(jì)參數(shù)為：
主軸轉(zhuǎn)速：n=2050r/min
電機(jī)功率：P=0.55kW
最大推動力：F=1800N
最大行程：s=100mm
加工件最大孔徑：do=4.5mm(鋼)
CF=833.85 XF=1.0 YF=0.7
KF=1.0 CM=333.54 XM=1.9
YM=0.8 KM=1.0 f=0.17
p=0.5 η=0.85 ηv=0.9
d=35mm D=80mm t=10
將以上數(shù)據(jù)分別代入式(1)、(2)、(3)、(4)、(5)中，得到：
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鉆削力F=1085N
鉆削扭矩M=1.4N.m
鉆削功率PM=0.3kW |
推進(jìn)力F=1692N
耗氣量Q=0.001m3/s
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4 應(yīng)用實(shí)例
電、氣動自動進(jìn)給鉆削動力頭作為組合機(jī)床的重要動力部件之一，在汽車工業(yè)、家電工業(yè)和摩托車制造業(yè)應(yīng)用中所帶來的巨大經(jīng)濟(jì)效益，已被國內(nèi)外許多生產(chǎn)廠家的實(shí)踐所證明。該動力頭由廣州機(jī)床研究所研制并生產(chǎn)出來之后，深得廣大用戶的青睞。已在輕工業(yè)、電梯制造業(yè)及其他機(jī)械加工行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，并獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
5 結(jié)束語
(1)電、氣動自動進(jìn)給鉆削動力頭是一種集動力頭的主運(yùn)動、進(jìn)給運(yùn)動和控制系統(tǒng)于一體的高新技術(shù)產(chǎn)品，是機(jī)、電、氣、液多項(xiàng)技術(shù)綜合應(yīng)用的結(jié)果。
(2)作為組合機(jī)床的重要動力部件之一，電、氣動自動進(jìn)給鉆削動力頭具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、實(shí)用面廣、組合多變等優(yōu)點(diǎn)，能夠根據(jù)用戶的需要組合成多種形式的組合機(jī)床。
(3)電、氣動自動進(jìn)給鉆削動力頭的的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(主運(yùn)動)采用電機(jī)通過同步帶直接驅(qū)動，進(jìn)給運(yùn)動采用壓縮空氣作為動力源，實(shí)現(xiàn)主軸“快進(jìn)—工進(jìn)—快退”的自動循環(huán)，進(jìn)給運(yùn)動采用液壓阻尼，進(jìn)給速度無級可調(diào)，進(jìn)給行程連續(xù)可調(diào)，鉆削功率大，能同時(shí)驅(qū)動多根鉆軸工作。
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