【正文】 45 / 51致 謝本設(shè)計(jì)從選題、方案論證到方案的確定都是在導(dǎo)師李玉玲老師的全面悉心指導(dǎo)下完成的。綜合上述，該鉆削動(dòng)力頭加工容易，裝配簡(jiǎn)單，壽命長(zhǎng)，運(yùn)輸方便；與傳統(tǒng)鉆床的動(dòng)力頭相比較具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、剛型好等特點(diǎn)；其自動(dòng)化程度高，使生產(chǎn)效率提高，還降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，能很大限度地降低生產(chǎn)成本。對(duì)于加工，該鉆削動(dòng)力頭可加工 的孔，工作形成是 200mm。角接觸球軸承可同時(shí)承受徑向載荷及軸向載荷，也可以單獨(dú)承受軸向載荷，能在較高的轉(zhuǎn)速下工作，因此滿足主軸的工作條件。 主軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度由于主軸的最小直徑（花鍵部分）是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度來計(jì)算的，所以主軸滿足扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度要求。主軸作主運(yùn)動(dòng)時(shí)，承受的最大扭矩為主要受力條件。根據(jù)主軸的工作受力情況，選用合金鋼 20CrMnTi 作為主軸的材料。要想把軸向直線運(yùn)動(dòng)傳遞給主軸，那么主軸的結(jié)構(gòu)上就需要有接受軸向力的軸肩，按受理?xiàng)l件，需要把軸肩設(shè)計(jì)在滾動(dòng)軸承的兩側(cè)，但這樣主軸的兩頭都是大的無法把軸承裝進(jìn)主軸上。變頻三相異步電機(jī)可以提供不同轉(zhuǎn)速的運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力，然后由同步帶輪和花鍵把轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力傳遞給主軸。 擬定主軸上零件的裝配方案數(shù)控平面鉆床液壓進(jìn)給鉆削動(dòng)力頭的主軸，圍繞著低成本、易加工、易裝配、工作強(qiáng)度大等特點(diǎn)展開設(shè)計(jì)。根據(jù) PLC 電氣控制圖畫出 PLC 梯形圖，如圖 所示。液壓進(jìn)給 PLC 控制系統(tǒng)工作原理： (1)快進(jìn)按下 ， 自鎖，1YA 得電使電磁換向閥在左位，實(shí)現(xiàn)快速進(jìn)給功能。它把計(jì)算機(jī)的功能完備，靈活性、通用性好等優(yōu)點(diǎn)和繼電器接觸器控制系統(tǒng)的操作方便、價(jià)格低、簡(jiǎn)單易懂等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，成為一種適應(yīng)工業(yè)環(huán)境的通用控制裝置，并獨(dú)具一格地采用以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的形象編程語(yǔ)言和模塊化的軟件結(jié)構(gòu)，使變成方法和程序輸入更加簡(jiǎn)便，使不熟悉計(jì)算機(jī)的人員也能很快掌握其使用技術(shù)。此時(shí) 1YA 和 3YA 都斷開，換向閥 6 處于中位，油路不同。圖 液壓進(jìn)給系統(tǒng)工作循環(huán)圖29 / 51 液壓進(jìn)給系統(tǒng)工作原理根據(jù)快進(jìn)——工進(jìn)——暫停——快退——原始停止的動(dòng)作，設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)回路，如圖 所示。圖 液壓動(dòng)力頭控制系統(tǒng)原理框圖 液壓進(jìn)給系統(tǒng)工作狀態(tài)及工作循環(huán)設(shè)計(jì)該鉆削動(dòng)力頭是通過液壓驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給的通用部件，根據(jù)被加工零件的工藝要求，可以完成對(duì)工件的鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、鏜孔、倒角、銑削等工序。 1npPh??3501/2Nm?計(jì)算有效圈數(shù)=39。n代入式中算得 ????????????? ?????????????25 / 51故可取壁厚為 。??將相關(guān)數(shù)據(jù)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）。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)開始時(shí)，液壓缸提供動(dòng)力，使主軸作快速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；當(dāng)鉆頭接觸到工件時(shí)，彈簧會(huì)緩沖壓縮，彈簧壓縮變形到一定的范圍時(shí)感應(yīng)信號(hào)器發(fā)出的信號(hào)傳送給控制系統(tǒng)，控制液壓缸所提供的進(jìn)給速度，使主軸做工作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；當(dāng)鉆頭鉆削到指定深度或鉆透時(shí)，同一道理，由控制系統(tǒng)接收信號(hào)控制主軸暫停一定的時(shí)間，然后快速退回；主軸退到原始位置時(shí)，停止或進(jìn)行下一個(gè)進(jìn)給循環(huán)。如圖 所示。hL??（2）小帶輪的軸承設(shè)計(jì)小帶輪是由 的軸支撐的，主要受到徑向力。所以選用圓錐滾子軸承比較適合；圓錐滾子軸承可同時(shí)承受載荷及軸向載荷。安裝時(shí)，張緊輪安在松邊的內(nèi)測(cè)，使帶輪只受單向彎曲；張緊輪還應(yīng)盡量靠近大帶輪，以免減小在小帶輪上的包角。帶輪的各參數(shù)，如表 所示,表 同步帶輪的各尺寸參數(shù)項(xiàng)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18 / 51同步帶傳動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間以后，會(huì)因?yàn)閹У乃苄宰冃魏湍p而松弛。1i?（4） 小帶輪節(jié)圓直徑 1d ????（5） 帶輪 v ??（6） 傳動(dòng)比 i 初取傳動(dòng)比 i=3。齒形帶傳動(dòng)，帶速可達(dá) 50m/s，傳動(dòng)比可達(dá) 10，傳遞功率可達(dá) 200kw。帶傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)平穩(wěn)，價(jià)格低廉和緩沖吸振等特點(diǎn)，在近代機(jī)械中應(yīng)用廣泛。由傳動(dòng)效率公式 MP 1234=????式中： 總傳動(dòng)效率；?主軸軸承的傳動(dòng)效率， =；1 1? 主軸花鍵的傳動(dòng)效率， =；2 2帶傳動(dòng)效率， =；3?3帶輪軸承的傳動(dòng)效率， =。變頻三相異步電機(jī)，主要是靠調(diào)節(jié)供電頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的。 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(zhuǎn)速，n=230r/min； M鉆削扭矩，M= 。為了計(jì)算出所需的主要參數(shù)，本論文中選用整體麻花鉆作為計(jì)算評(píng)估刀具。主軸進(jìn)給的工進(jìn)行程由安裝在主軸尾部的端子板行程開關(guān)來控制，由端子板行程開關(guān)從主軸工進(jìn)開始時(shí)通過判定主軸的工進(jìn)距離，當(dāng)鉆頭鉆透或者鉆到一定距離的時(shí)候，主軸暫停預(yù)定時(shí)間后快速退回。（3） 控制系統(tǒng)的方案選擇鉆床的控制系統(tǒng)有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng) DCS 與 PIC 控制系統(tǒng)等。內(nèi)置 是指為鉆削動(dòng)力頭提供軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的液壓缸置于動(dòng)力頭內(nèi)部，與主軸套筒合為一個(gè)整體。然后經(jīng)過帶輪把變頻電機(jī)的運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力傳遞給主軸，由于沒有齒輪的傳動(dòng)，為了避免帶輪打滑而影響運(yùn)動(dòng)傳遞，在此采用同步帶輪傳動(dòng)。該鉆削動(dòng)力頭采用雙液壓對(duì)稱布置在主軸兩側(cè)，為主軸提供對(duì)稱的軸向力，避免了主軸受到側(cè)向顛覆力。在一般情況下，應(yīng)優(yōu)先考慮低副機(jī)構(gòu)，而且盡量少用移動(dòng)副。采用數(shù)控平面鉆床鉆削動(dòng)力頭實(shí)現(xiàn) H 鋼的孔加工是較為理想的加工方式之一。主要用于建筑鋼結(jié)構(gòu)中的梁、柱構(gòu)件。在鉆孔加工時(shí)其最關(guān)鍵的孔位定位由微機(jī)控制進(jìn)行自動(dòng)、準(zhǔn)確、快速定位。鉆床是切削加工的主要設(shè)備之一。這不僅有助于提高鉆床加工的自動(dòng)化，而且對(duì)于滿足生產(chǎn)效率要求越來越高也具有重要意義。機(jī)械加工行業(yè)中，孔加工占重要的地位。本課題所設(shè)計(jì)的數(shù)控平面鉆床液壓進(jìn)給鉆削動(dòng)力頭主要用于 H 鋼的鉆孔加工。采用數(shù)控平面鉆床液壓進(jìn)給鉆削動(dòng)力頭實(shí)現(xiàn) H 鋼的孔加工是較為理想的加工方式之一。本論文采用模塊化的設(shè)計(jì)思路，將動(dòng)力頭的設(shè)計(jì)分為主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)，液壓進(jìn)給系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等四個(gè)方面的主要內(nèi)容。it is the hydraulic return circuit and PLC control system design that pose the control system。數(shù)控平面鉆床液壓進(jìn)給鉆削動(dòng)力頭一種集動(dòng)力頭的主運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和控制裝置于一體，具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，鉆削過程簡(jiǎn)單，可使鉆頭快速接近工件，立即自動(dòng)轉(zhuǎn)換好的工進(jìn)速度開始鉆孔，鉆完快速自動(dòng)返回。在生產(chǎn)過程中，手動(dòng)的操作、繁鎖的裝夾、大量生產(chǎn)力的投入和單一的生產(chǎn)流程導(dǎo)致了鉆床加工的自動(dòng)化程度低、生產(chǎn)效率低、工作環(huán)境惡劣和產(chǎn)品質(zhì)量不高，因此，我們要解決的問題在于如何實(shí)現(xiàn)鉆床加工的自動(dòng)化、減少生產(chǎn)力的投入生產(chǎn)和與其它工藝流程相結(jié)合，同時(shí)也要考慮經(jīng)濟(jì)問題。在 隨著鋼結(jié)構(gòu)的不大發(fā)展應(yīng)用，數(shù)控平面鉆床的鉆削動(dòng)力頭是加工鋼結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)孔的理想部件，必將得到大發(fā)展。其3 / 51低價(jià)格在于僅針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)加工之特點(diǎn)與精度要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，相對(duì)其它數(shù)控機(jī)床（如數(shù)控銑床、車床、鉆床）的設(shè)備結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，加工精度要求較低。船舶、機(jī)械制造框架結(jié)構(gòu)。此外，也可以減少由零件的制造誤差形成的運(yùn)動(dòng)鏈的累計(jì)誤差。③ 機(jī)構(gòu)應(yīng)具有較好的動(dòng)力特性機(jī)構(gòu)在機(jī)械系統(tǒng)中不僅傳遞動(dòng)力，同時(shí)還要傳動(dòng)動(dòng)力，因此要選擇有較好動(dòng)力學(xué)特性的機(jī)構(gòu)。（1） 主運(yùn)動(dòng)方案選擇主運(yùn)動(dòng)，即旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其動(dòng)力源使用電動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃機(jī)比較廣泛。這種鉆削動(dòng)力頭體積比較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難。第三種方案采用內(nèi)外結(jié)合的方式，即液壓缸置于主軸座外部，推動(dòng)內(nèi)部的主軸套筒帶動(dòng)主軸作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，主軸座和箱體不動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由兩個(gè)液壓缸驅(qū)動(dòng)，兩個(gè)液壓缸對(duì)稱置于主軸座外邊，然后通過彈簧緩沖裝置（起減小液壓缸受震動(dòng)、沖擊作用）與主軸活塞套筒聯(lián)接，液壓缸在推動(dòng)主軸活塞套筒軸向移動(dòng)的同時(shí)，也帶動(dòng)主軸作軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。主?要加工 H 鋼，一般為 和 20 號(hào)鋼，硬度 HB230， =650MPa。FKFK 鉆削扭矩計(jì)算鉆削扭矩是動(dòng)力頭的鉆削刀具工作時(shí)所需要的扭矩。本論文在鉆削動(dòng)力頭的設(shè)計(jì)中，選用變頻調(diào)速三相異步電機(jī)作為主運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源。調(diào)頻調(diào)速公式為： (1)60sfnP??式中： f— 供電頻率；s— 轉(zhuǎn)差率；p—電機(jī)磁極對(duì)數(shù)。圖 日立牌 YVF 0OL8 變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī) 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 傳動(dòng)方式帶傳動(dòng)是一種撓性傳動(dòng)。同步帶的特點(diǎn)有：不會(huì)打滑，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，架構(gòu)緊湊，傳動(dòng)效率較高等。得 ==?（2） 帶型節(jié)距 b根據(jù) 和 周節(jié)制，查圖，取標(biāo)準(zhǔn)值 =，H 型同步帶。?96bz?16 / 51（11）實(shí)際中心距： a 02poL??? = 19..83 =（12）小帶輪嚙合齒數(shù) mz 121[()]bpZenta??? 204603t?? []en t? =7查標(biāo)準(zhǔn)，可知小帶輪與同步帶的嚙合齒數(shù)為 7，大于 6 個(gè)，滿足要求。預(yù)緊力過大，會(huì)使同步到繃得太緊，軸所受到的壓軸力也會(huì)增大，軸承和同步帶的壽命都會(huì)降低。 同步帶輪軸承的選用（1）大帶輪軸承設(shè)計(jì)計(jì)算大帶輪的內(nèi)孔為花鍵孔，主要給主軸傳遞運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力。已知大帶輪外徑為 。那么進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)過程中主要考慮怎么樣把液壓缸的動(dòng)力傳遞給活塞套筒。通過分析進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，把發(fā)送進(jìn)給動(dòng)作的信號(hào)裝置安裝在彈簧緩沖裝置內(nèi)，因?yàn)閺椈煽梢宰冃?，?dāng)緩沖彈簧受到不同的軸向力時(shí)，彈簧的壓縮變形程度也不一樣，信號(hào)裝置可通過彈簧受到不同的力時(shí)的壓縮量不同而發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)，控制系統(tǒng)受到信號(hào)，控制液壓缸的工作。根據(jù)工作要求計(jì)算液壓缸的直徑 D 和活塞桿的直徑 d 。????得 2mini/?滿足低速要求。fF??/f jNfTd???96式中： ——為花鍵傳遞的轉(zhuǎn)矩，T=M= ；TNm?——花鍵的平均直徑， ；jd(32)/4jd??——為花鍵副的動(dòng)摩擦系數(shù)， =。如圖 所示。液壓進(jìn)給系統(tǒng)根據(jù)加工工藝的不同，有不同的工作循環(huán)。系統(tǒng)中油液流動(dòng)情況為：變量液壓泵 8——單向閥 7——換向閥 6（左位）——液壓缸 1，2——調(diào)速閥 4——換向閥 6（左位）——油箱。單向閥是防止油路倒流回液壓泵的，也是起到保護(hù)作用，當(dāng)液壓泵故障時(shí)，使回路中的油不倒流，避免機(jī)器受到大的震動(dòng)而受損。要實(shí)現(xiàn)鉆削動(dòng)力頭進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制，必須設(shè)計(jì)出相對(duì)應(yīng)的機(jī)械不僅和液壓回路系統(tǒng)的 PLC 控制系統(tǒng)。34 / 51經(jīng)過以上一個(gè)完成的工作過程，整個(gè) PLC 控制系統(tǒng)又恢復(fù)原位。主軸的設(shè)計(jì)也和其他零件的設(shè)計(jì)相似，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作能力計(jì)算量方面的內(nèi)容。那么主軸頭部的運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力又要靠主軸的其它部位來傳遞。安裝在主軸與活塞套之間的軸承，不但受到軸向力，還受到徑向力。 主軸的材料與熱處理一般軸的工作主要承受彎矩和轉(zhuǎn)矩，產(chǎn)生的應(yīng)力多為交變應(yīng)力，其主要失效形式為疲勞破壞。由公式 ??式中：d——軸的直徑，mm；T——軸所傳遞的扭矩，在此處 T=M= ；Nm?——許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，查表得 ，取 ；p? 35~pMPa??40pPa??得 ???取主軸最小徑為 d=32mm。主軸的軸向尺寸可依據(jù)主軸上裝配的零件與主軸的工作行程來確定。Nm?Nm?——載荷分配不均系數(shù)，與齒數(shù)多少有關(guān)，一般取 =；? ?Z——花鍵的齒數(shù)，z=8；——花鍵齒的工作長(zhǎng)度，mm；根據(jù)工作行程，取 =200mm；l lh——花鍵齒側(cè)面的工作高度，矩形花鍵 ，?????其中 C 為花鍵倒角，C=；——花鍵的平均直徑，矩形花鍵 。??由公式 60hCLnP???????式中： ——軸承壽命，h；Ln——主軸轉(zhuǎn)速，r/min；鉆孔直徑 時(shí)，n=230r/min；30m?P——軸承所受載荷，KN；——壽命指數(shù)，取 =3；??42 / 51C——基本額定載荷；查軸承載荷壽命曲線圖，C=120KN。對(duì)于維修，該鉆削動(dòng)力頭的各零部件的哦經(jīng)過校核，符合所需要的壽命與受力條件。，為以后的工作和學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。最后，在本文結(jié)束之際，向所有為我的畢業(yè)設(shè)計(jì)提出寶貴意見的評(píng)閱專家們表示衷心的感謝和崇高的敬意! 謝謝! 二