【正文】 雖然在設計的過程中會遇到一些困難，但通過努力最終還是解決了所遇到的問題。除了 H 鋼鉆孔，該動力頭可廣泛地在我國汽車、摩托車、拖拉機、石油機械，航空航天及發(fā)電機制造、機床制造等行業(yè)有關零件的孔加工得到應用。在進給時由前端的軸承把力傳遞給主軸，在后退時由后端的軸承把力傳遞給主軸，除了主軸的頭部，主軸的其余部分在進給或后退時所受的軸向力均為拉力。主軸整體受力不屬于細長桿壓桿模型，因此不需要壓桿穩(wěn)定性校核。依據軸上不同部位，設計主軸的尺寸。滲碳處理，提高主軸表層的碳含量，使主軸表面淬火處理后表面具有高的硬度和耐磨性；然后低溫回火處理，消除淬火時產生的內應力，使主軸表面保持高硬度和耐磨性，而心部具有一定的強度和較高的韌性。螺母擋圈適用于零件的軸向固定，可以承受較大的軸向力，但軸上螺紋處有較大的應力集中，所以設計主軸尺寸時應盡量減低螺紋部分的盈利集中。主軸的進給運動的動力源是液壓缸。所謂裝配方案，就是預定出主軸上主要零件的裝配方向、順序和相互關系。一切作回轉運動的零件，都必須靠軸來傳遞運動和動力。動力頭在原位時，碰著1ST，輸入繼電器常開觸點 400 閉合，輔助繼電器 100 得電，其常開觸點閉合，常閉觸點斷開。當按下啟動按鈕 SB 后，電磁閥 1YA 動作，動力頭快進；接近工件時，碰上位置開關 2ST，2ST 閉合，電磁閥3YA 得電動作，動力頭轉為工進；工進到位，碰上位置開關 3ST，則 1YA、3YA 斷電，動力頭停止前進；延時繼電器 KT 接通，設延時 1S，延時到，電磁閥 2YA 得電，動力頭退回，當退回到原始位置時，碰著 1ST，此時，2YA 斷電，動力頭停止在原位上。在一般的情況下，大多采用電氣控制。首先設計電氣原理圖，如圖 所示。6. PLC 控制系統(tǒng)設計 PLC 控制系統(tǒng)分析PLC（Programmable logic Controller 可編程控制器），是一種用軟件手段來實現各種控制功能、以微處理器為核心的新型工業(yè)控制器。當主軸進給到預定位置時或者鉆孔鉆透時，端子板開關啟動，主軸便不再前進，暫停到預定的時間。液壓進給系統(tǒng)的進給動作順序為：快進——工進——暫?！焱恕纪Ｖ埂LC 可以依據自身程序及形成開關控制液壓系統(tǒng)油路的走向及液壓缸的運動，從而帶動主軸作快進、工進、暫停、快退及停止等進給運動。dP??初步計算彈簧剛度：=39。 ?????????????式中： D——缸筒直徑； ——試驗壓力，由缸的額定壓力 P= 16Mp，故取 ==；yP?yP ——缸筒材料的許用應力， = ，其中 =650MPa， 為安全系數，??????/bnb?n一般取 =5。 主要尺寸的確定根據主要參數計算的切削力，確定液壓缸提供的最大推力為 ，那么每160FN?個液壓缸的最大推力為 ，由此來計算液壓缸的有效面積，由液壓缸輸出max80FN?推力公式 2()4PDd????化簡 /?? /FPA??得 max式中： A——液壓缸有效面積， ；2 ——液壓缸最大推力，N；maxF P——液壓缸的工作壓力，查表 ，取 P=； ——液壓缸總效率， =。進給工作時，必須兩個感應信號器都發(fā)出動作信號才算有效，這樣就避免的某個液壓缸失效時，主軸進給受力不平衡而產生顛覆力。按傳動機構來分析，液壓缸的活塞桿可以直接與主軸活塞鏈接，直接推動主軸活塞運動的了；但是從工作受力條件來看，由于進給運動是可實現無極變速進給的，且液壓缸驅動力很大，所以在液壓活塞桿與主軸活塞套筒之間連接一個緩沖裝置，可以減小液壓缸受到較大的沖擊。＝那么大帶輪傳遞功率為 124/MP??大 ?kw大帶輪受到的扭矩 950PTn?大大 ＝ .23??大帶輪所受的圓周力 ??大 大 ＝ ＝徑向力 ???????軸向力 ?????因為 26/ e???所以，當量動載荷 ?.??那么，軸承壽命 hnP??大 ＝ （ ） ＝ （ ） ＝ ，滿足要求。根據總體方案設計，分析大帶輪工作狀況，可知大帶輪既受徑向力又受軸向力；徑向力主要是同步帶的預緊力，軸向力主要是花鍵的摩擦力。由于大小同步帶輪的中心距不能調節(jié)，因此采用張緊輪的方式定期將帶輪張緊。sb（16）作用在軸上的力 pF帶上的圓周力 ???壓軸力?綜合上述，選擇同步帶型號為 Hmin18z?由于 ，取 =20。從整體上看，該傳動方案滿足本論文所設計的鉆削動力頭。當主動帶輪轉動時，利用帶輪和傳動帶間的摩擦或嚙合作用，將運動和動力通過傳動帶傳遞給從動帶輪。根據鉆削動力頭切削功率的計算已知 = 。從整體上看，減小了動力頭的體積，降低成本，提高了生產力。MKMK得鉆削動力頭的鉆削扭矩為 3010MXYCdf??????? 切削功率計算切削功率指的是動力頭在鉆削工作時所需要的功率。該鉆削動力頭設計所需要的主要參數有切削力、鉆削扭矩、切削功率等。數控平面鉆削液壓進給鉆削動力頭的進給行程采用 PLC 控制，液壓缸進給的時候通過彈簧緩沖裝置內的感應信號器判斷彈簧受力壓縮的范圍來發(fā)出相應的信號給 PLC系統(tǒng)，PLC 系統(tǒng)收到信號后可控制液壓回路系統(tǒng)，使主軸座工作進給運動。所以本論文采用第三種液壓缸內外結合的方式，為主軸進給提供動力。，為液壓缸外置鉆削動力頭。本論文的數控平面鉆床液壓進給鉆削動力頭的主運動采用電動機作為動力源，但不是經過齒輪把運動與動力傳遞給主軸，而是使用變頻器作為電動機的電源，通過變頻調速來改變提供給主軸的運動轉速。對于高速運轉的機構，其往復運動和平面一般運動的構建以及偏心的回轉構建的慣性力和慣性力矩較大，在選擇機構時，應盡可能考慮機構的對稱性，以減少運轉過程中的動載荷和振動。但低副機構的運動副元素加工方便，容易保證配合精度以及有較高的承載能力，究竟選用何種機構，應根據具體設計要求全面衡量得失，盡可能做到揚長避短。由于 H 型鋼的大量使用，H 鋼的鉆孔加工已成為鋼結構行業(yè)中的關鍵技術之一。 應用領域H 鋼結構在工業(yè)與民用建筑中的應用廣泛。高精度 機床針對鋼結構行業(yè)加工設計，采用微機控制。然而鉆削加工仍然在零件加工中占有相當的比例，據統(tǒng)計在零件加工中鉆孔加工占 %以上。數控平面鉆床自控行程的鉆削動力頭。以便更好的將機械專業(yè)所學知識運用到實際生產中，為以后的工作打下基礎，鞏固所學知識。主運動傳動 系統(tǒng)主要是選擇主運動的傳動 方式和進行與主運動相關零件的設計計算；進給系統(tǒng)主要對液壓缸的設計計算與軸向進給的驅動設計；控制系統(tǒng)主要是液壓控油回路與 PLC 控制系統(tǒng)的設計；機械結構設計主要是進行整體零部件的布置和主軸及相關零件的設計計算。畢 業(yè) 論 文 ﹙ 設 計 ﹚ 任 務 書院(系) 機 械 工 程 學 院 專業(yè)班級 機自 055 學生姓名 符永富 一、畢業(yè)論文﹙設計﹚題目 數控平面鉆床液壓進給鉆削動力頭設計 二、畢業(yè)論文﹙設計﹚工作自 2022 年 3 月 9 日 起至 2022 年 6 月 20 日止三、畢業(yè)論文﹙設計﹚進行地點: 校 內 四、畢業(yè)論文﹙設計﹚的內容要求：鋼結構在工業(yè)與民用建筑中的應用廣泛， H 鋼的鉆孔加工已成為鋼結構行業(yè)中的關鍵技術之一。通 過以上各模塊的設計，使主 軸在自控行程進給時能達到“ 快 進工進 停留快退停止” 的功能。機械加工行業(yè)中，孔加工占重要的地位。這不僅有助于提高鉆床加工的自動化，而且對于滿足生產效率要求越來越高也具有重要意義。鉆床是切削加工的主要設備之一。在鉆孔加工時其最關鍵的孔位定位由微機控制進行自動、準確、快速定位。主要用于建筑鋼結構中的梁、柱構件。采用數控平面鉆床鉆削動力頭實現 H 鋼的孔加工是較為理想的加工方式之一。在一般情況下，應優(yōu)先考慮低副機構，而且盡量少用移動副。該鉆削動力頭采用雙液壓對稱布置在主軸兩側，為主軸提供對稱的軸向力，避免了主軸受到側向顛覆力。然后經過帶輪把變頻電機的運動與動力傳遞給主軸，由于沒有齒輪的傳動，為了避免帶輪打滑而影響運動傳遞，在此采用同步帶輪傳動。內置 是指為鉆削動力頭提供軸向進給運動的液壓缸置于動力頭內部，與主軸套筒合為一個整體。（3） 控制系統(tǒng)的方案選擇鉆床的控制系統(tǒng)有計算機控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng) DCS 與 PIC 控制系統(tǒng)等。主軸進給的工進行程由安裝在主軸尾部的端子板行程開關來控制，由端子板行程開關從主軸工進開始時通過判定主軸的工進距離，當鉆頭鉆透或者鉆到一定距離的時候，主軸暫停預定時間后快速退回。為了計算出所需的主要參數，本論文中選用整體麻花鉆作為計算評估刀具。 由切削功率公式 32106MnP????式中： 鉆削過程中所需要的功率，KW；M n鉆頭的轉速，n=230r/min； M鉆削扭矩，M= 。變頻三相異步電機，主要是靠調節(jié)供電頻率來控制電機轉速的。由傳動效率公式 MP 1234=????式中： 總傳動效率；?主軸軸承的傳動效率， =；1 1? 主軸花鍵的傳動效率， =；2 2帶傳動效率， =；3?3帶輪軸承的傳動效率， =。帶傳動具有結構簡單，傳動平穩(wěn)，價格低廉和緩沖吸振等特點，在近代機械中應用廣泛。齒形帶傳動，帶速可達 50m/s，傳動比可達 10，傳遞功率可達 200kw。1i?（4） 小帶輪節(jié)圓直徑 1d ????（5） 帶輪 v ??（6） 傳動比 i 初取傳動比 i=3。帶輪的各參數，如表 所示,表 同步帶輪的各尺寸參數項目 大帶輪 小帶輪齒輪 z 60 20節(jié)徑 mm外徑 0 mm mm齒高 .5rh? mm mm齒頂厚 mm mm節(jié)距 .3bP? mm mm齒半角 齒頂圓角半徑 mm mm齒根圓角半徑 20.? mm mm兩倍節(jié)跟距 ? mm mm帶輪寬度 mm mm注：表中各尺寸詳見附圖 5. 同步帶輪的張緊和帶輪的安裝 (1) 同步帶輪的張緊同步帶傳動運轉一段時間以后，會因為帶的塑性變形和磨損而松弛。安裝時，張緊輪安在松邊的內測，使帶輪只受單向彎曲；張緊輪還應盡量靠近大帶輪，以免減小在小帶輪上的包角。所以選用圓錐滾子軸承比較適合；圓錐滾子軸承可同時承受載荷及軸向載荷。hL??（2）小帶輪的軸承設計小帶輪是由 的軸支撐的，主要受到徑向力。如圖 所示。進給運動開始時，液壓缸提供動力，使主軸作快速進給運動；當鉆頭接觸到工件時，彈簧會緩沖壓縮，彈簧壓縮變形到一定的范圍時感應信號器發(fā)出的信號傳送給控制系統(tǒng)，控制液壓缸所提供的進給速度，使主軸做工作進給運動；當鉆頭鉆削到指定深度或鉆透時，同一道理，由控制系統(tǒng)接收信號控制主軸暫停一定的時間，然后快速退回；主軸退到原始位置時，停止或進行下一個進給循環(huán)。??將相關數據代入公式，得 6280/???由于液壓缸的工作壓力 P= 5MPa，查表 52 得 ，那么???（d——活塞桿直徑，D——液壓缸直徑）。n代入式中算得 ????????????? ?????????????故可取壁厚為 。 1npPh??3501/2Nm?計算有效圈數=39。圖 液壓動力頭控制系統(tǒng)原理框圖 液壓進給系統(tǒng)工作狀態(tài)及工作循環(huán)設計該鉆削動力頭是通過液壓驅動實現進給的通用部件，根據被加工零件的工藝要求，可以完成對工件的鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、倒角、銑削等工序。圖 液壓進給系統(tǒng)工作循環(huán)圖 液壓進給系統(tǒng)工作原理根據快進——工進——暫?！焱恕纪Ｖ沟膭幼?，設計液壓系統(tǒng)回路，如圖 所示。此時 1YA 和 3YA 都斷開，換向閥 6 處于中位，油路不同。它把計算機的功能完備，靈活性、通用性好等優(yōu)點和繼電器接觸器控制系統(tǒng)的操作方便、價格低、簡單易懂等優(yōu)點結合起來，成為一種適應工業(yè)環(huán)境的通用控制裝置，并獨具一格地采用以繼電器梯形圖為基礎的形象編程語言和模塊化的軟件結構，使變成方法和程序輸入更加簡便，使不熟悉計算機的人員也能很快掌握其使用技術。液壓進給的電氣控制系統(tǒng)工作原理： (1)快進按下 ， 自鎖，1YA 得電使電磁換向閥在左位，實現快速進給功能。但在惡劣的工作環(huán)境下，電氣控制系統(tǒng)的元器件和線路容易老化，老化后更換也不方便。每按一下啟動按鈕，重復一次上述循環(huán)。按下啟動按鈕 SB，403 閉合，輸出繼電器 431 得電，驅動電磁閥 1YA，使動力頭快進，同時，輸出繼電器 431 的動合觸點閉合，自鎖。因此軸的主要功用是支撐回轉零件及傳遞運動和動力。根據鉆削動力頭的總體方案設計，主軸上零件的裝配，如圖 所示。液壓缸通過彈簧緩沖裝置和主軸活塞套把動力傳遞給主軸，讓主軸作直線進給運動。螺母擋