【正文】 一般裝備在設(shè)計階段就決定了零件加工的成本和質(zhì)量，也決定了裝配的成本和質(zhì)量。對于維修，該鉆削動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。??由公式 60hCLnP???????式中： ——軸承壽命，h；Ln——主軸轉(zhuǎn)速，r/min；鉆孔直徑 時，n=230r/min；30m?P——軸承所受載荷，KN；——壽命指數(shù)，取 =3；??C——基本額定載荷；查軸承載荷壽命曲線圖，C=120KN。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 。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。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??40 / 53得 ???取主軸最小徑為 d=32mm。 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。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。那么主軸頭部的運動與動力又要靠主軸的其它部位來傳遞。主軸的設(shè)計也和其他零件的設(shè)計相似，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計和工作能力計算量方面的內(nèi)容。工進到位時，碰著 3ST，402 閉合，中間繼電器 101 得電，其常用閉觸點斷開，電磁閥 1YA、3YA 失電，動力頭停止前進，同時定時繼電器 450 開始延時，延遲時間到后，定時器的常開觸點閉合，輸出繼電器 433 得電，驅(qū)動電磁閥 2YA，動力頭退回。鉆削動力頭的動作順序如表 所示。維修時只要更換模塊，34 / 53判斷故障的范圍也很方便。2KA2A圖 鉆削動力頭電氣原理圖（3）暫停經(jīng)過端子板進行位置檢測，當鉆頭進給到一定深度或鉆頭工件時， 開關(guān)接通，2SQ繼電器 KT 得電使開關(guān) KT 斷開導(dǎo)致各支路斷開，各開關(guān)復(fù)位，進給運動停止?，F(xiàn)在可編程序控制器已成為電氣自動化控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的控制裝置。（4）.快退延時開關(guān)停頓一定時間后合閉，使 2YA 啟動，換向閥處于右位，開始作快退動作。系統(tǒng)中油液流動情況為：變量液壓泵 8——單向閥 7——換向閥 6（左位）——液30 / 53壓缸 1，2——速度換接閥 5（左邊）——換向閥 6（左位）——油箱 9。其中執(zhí)行機構(gòu)為液壓進給系統(tǒng)部分，包括液壓缸、主軸活塞、液壓缸以及彈簧緩沖裝置。查表取標準值 =總?cè)?shù)（壓縮彈簧端部并緊、磨平）= +=+=91n彈簧剛度： 39。因為在工作過程中彈簧受有沖擊、振動，所以選用 II 類彈簧。表 液壓缸的工作壓力負載（KN） 10?10 20~20 30~30 50~50工作壓力（MPa） ~ 50表 機床液壓缸活塞桿直徑推薦值受壓縮活塞桿受力情況 受拉伸 15P?157P??17?活塞桿直徑 (~5)D(0.~)D(~)D0.24 / 53 液壓缸最低速度驗算對獲得的液壓缸直徑還必須進行是否滿足最低速度的驗算。 液壓缸的選用根據(jù)動力頭的進給情況，選擇單杠活塞式液壓缸作為軸向進給運動的動力源。由于進給運動要實現(xiàn)“快進——工進——暫停——快退——原位停止”的動作，22 / 53而且自控行程。深溝球軸承可同時承受徑向載荷及軸向載荷，也可以單獨承受軸向載荷，能在高速下正常工作。根據(jù)大帶輪工作時的受力情況，采用正裝（即口對口）的方式進行裝配。張緊效果如圖 所示。同步帶的張緊，要考慮的主要因素是預(yù)緊力。（8） 大帶輪節(jié)圓直徑 2d ????查標準表取 = mm2（9） 初定中心距 0a由公式： ()()dad???得： 為使結(jié)構(gòu)緊湊，減小體積，盡量縮小中心距。已知同步帶和同步帶輪齒形為梯形，按周節(jié)制公式計算。同步帶（又稱為同步齒形帶），以鋼絲繩為抗拉層，外面包覆聚氨醋或氯丁橡膠而組成。?得電動機的功率為： ???D根據(jù)鉆削動力頭的工作要求，選擇:日立牌 YVF 0OL8 變頻調(diào)速三相異步電動機，額定功率為 。如圖 所示。那么大修間隔期工作時間為 308340hLh????11 / 534 . 主運動傳動系統(tǒng)的設(shè)計由總體方案設(shè)計，已知主運動由變頻調(diào)速三相異步電動機作為動力源，經(jīng)過皮帶輪的傳動，再經(jīng)過滑移花鍵把運動和動力傳遞給主軸。184WCrV設(shè)計參數(shù)主要是由規(guī)定的工件最大孔徑鉆削參數(shù)來確定的。即鉆削動力頭的進給為：快進——工進（碰到工件時，緩沖彈簧壓縮，感應(yīng)器發(fā)出信號給 PLC 控制液壓回路）——暫停（由端子板行程開關(guān)控制，當鉆透或鉆到一定深度，暫停）——快退（暫停預(yù)定時間后，延時開關(guān)合閉，主軸快速退回）——原始停止（退到原始位置，碰到位置擋塊，使主軸停止進給或進入下一工作循環(huán)）。PLC 控制系統(tǒng)的可靠性高，抗干擾能力強、維護方便，容易改造，體積小，重量輕，能耗低等特點。一般用于機加工。（2） 進給運動方案選擇6 / 53 外置液壓缸鉆削動力頭數(shù)控平面鉆床液壓進給鉆削動力頭的方案設(shè)計，主要在于確定動力頭的液壓進給方式。該鉆削動力頭采用了 PLC 控制系統(tǒng)，控制相應(yīng)的液壓回路系統(tǒng)，能使動力頭工作時進給行程可控，并能自控形成，很大程度上降低了工人的勞動強度。目前，電動機、內(nèi)燃機使用最廣泛，但是應(yīng)結(jié)合具體情況靈活選擇。數(shù)控平面鉆床自控行程的鉆削動力頭可以像組合機床那樣實現(xiàn)多動力頭在一臺機床上使用，大大的提供加工效率。地下工程的鋼樁及支護結(jié)構(gòu)。高效率 數(shù)控平面鉆床由微機控制，按程序進行自動定位、根據(jù)不同的孔徑自動調(diào)整至最佳的鉆孔進給量與旋轉(zhuǎn)速度，人工只需上、下工件即可，減少了人工鉆孔時劃線定位、輔助鉆孔的人員，其鉆孔速度是人工的 4 倍以上；可連續(xù)地進行加工，而不需要在上下工件時使機器停止運行；100%的合格率又節(jié)省了人工鉆孔可能發(fā)生的返工工時。在機床加工中鉆床的加工工作量在總制造工作量中占有很大的比重。金屬切削機床是用切削的方法將金屬毛坯加工成機器零件的機器，除切削加工外，還有鑄造、鍛造、焊接、沖壓、擠壓和輥軋等，在這其中機床切削加工的工作量約占總制造工作量的 40%～60%(其中鉆床占 %),所以在目前的機械制造行業(yè)中金屬切削機床是主要的加工設(shè)備。本課題的目的在于以自控行程鉆削動力頭為研究目標，主要解決當前 H 鋼的鉆孔加工專用鉆削動力頭。鉆孔范圍 1030mm，最大工作形成 200mm。采用模 塊化的設(shè)計思路，設(shè)計一種數(shù)控平面 鉆床自控行程鉆削動力頭 ，要求運 動行程可控，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，合理；制造成本低、鉆削過程簡單 ，可使 鉆頭快速接近工件，鉆完快速自動返回。又由于動力頭的進給運動采用液 壓驅(qū)動，因此具有 鉆進平穩(wěn)、無極調(diào)速、輔助時間少， 鉆進效率高等 優(yōu)點。it is the hydraulic return circuit and PLC control system design that pose the control system。數(shù)控平面鉆床液壓進給鉆削動力頭一種集動力頭的主運動、進給運動和控制裝置于一體，具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，鉆削過程簡單，可使鉆頭快速接近工件，立即自動轉(zhuǎn)換好的工進速度開始鉆孔，鉆完快速自動返回。在生產(chǎn)過程中，手動的操作、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現(xiàn)鉆床加工的自動化、減少生產(chǎn)力的投入生產(chǎn)和與其它工藝流程相結(jié)合，同時也要考慮經(jīng)濟問題。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 / 53低價格在于僅針對鋼結(jié)構(gòu)加工之特點與精度要求進行設(shè)計，相對其它數(shù)控機床（如數(shù)控銑床、車床、鉆床）的設(shè)備結(jié)構(gòu)較為簡單，加工精度要求較低。船舶、機械制造框架結(jié)構(gòu)。此外，也可以減少由零件的制造誤差形成的運動鏈的累計誤差。③ 機構(gòu)應(yīng)具有較好的動力特性機構(gòu)在機械系統(tǒng)中不僅傳遞動力，同時還要傳動動力，因此要選擇有較好動力學特性的機構(gòu)。（1） 主運動方案選擇主運動，即旋轉(zhuǎn)運動，其動力源使用電動機和內(nèi)燃機比較廣泛。這種鉆削動力頭體積比較大、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，推動內(nèi)部的主軸套筒帶動主軸作進給運動，主軸座和箱體不動。進給運動是由兩個液壓缸驅(qū)動，兩個液壓缸對稱置于主軸座外邊，然后通過彈簧緩沖裝置（起減小液壓缸受震動、沖擊作用）與主軸活塞套筒聯(lián)接，液壓缸在推動主軸活塞套筒軸向移動的同時，也帶動主軸作軸向進給運動。主?要加工 H 鋼，一般為 和 20 號鋼，硬度 HB230， =650MPa。FKFK 鉆削扭矩計算鉆削扭矩是動力頭的鉆削刀具工作時所需要的扭矩。本論文在鉆削動力頭的設(shè)計中，選用變頻調(diào)速三相異步電機作為主運動的動力源。調(diào)頻調(diào)速公式為： (1)60sfnP??式中： f— 供電頻率；s— 轉(zhuǎn)差率；p—電機磁極對數(shù)。圖 日立牌 YVF 0OL8 變頻調(diào)速三相異步電動機 帶傳動的設(shè)計 傳動方式帶傳動是一種撓性傳動。同步帶的特點有：不會打滑，傳動比準確，架構(gòu)緊湊，傳動效率較高等。得 ==?（2） 帶型節(jié)距 b根據(jù) 和 周節(jié)制，查圖，取標準值 =，H 型同步帶。?96bz?16 / 53（11）實際中心距： a 02poL??? = 19..83 =（12）小帶輪嚙合齒數(shù) mz 121[()]bpZenta??? 204603t?? []en t? =7查標準，可知小帶輪與同步帶的嚙合齒數(shù)為 7，大于 6 個，滿足要求。預(yù)緊力過大，會使同步到繃得太緊，軸所受到的壓軸力也會增大，軸承和同步帶的壽命都會降低。19 / 53 同步帶輪軸承的選用（1）大帶輪軸承設(shè)計計算大帶輪的內(nèi)孔為花鍵孔，主要給主軸傳遞運動與動力。已知大帶輪外徑為 。那么進給運動的設(shè)計過程中主要考慮怎么樣把液壓缸的動力傳遞給活塞套筒。通過分析進給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，把發(fā)送進給動作的信號裝置安裝在彈簧緩沖裝置內(nèi)，因為彈簧可以變形，當緩沖彈簧受到不同的軸向力時，彈簧的壓縮變形程度也不一樣，信號裝置可通過彈簧受到不同的力時的壓縮量不同而發(fā)出相應(yīng)的信號，控制系統(tǒng)受到信號，控制液壓缸的工作。根據(jù)工作要求計算液壓缸的直徑 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??——為花鍵副的動摩擦系數(shù)， =。如圖 所示。液壓進給系統(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，也是起到保護作用，當液壓泵故障時，使回路中的油不倒流，避免機器受到大的震動而受損。要實現(xiàn)鉆削動力頭進給運動的控制，必須設(shè)計出相對應(yīng)的機械不僅和液壓回路系統(tǒng)的 PLC 控制系統(tǒng)。經(jīng)過以上一個完成的工作過程，整個電氣控制系統(tǒng)又恢復(fù)原位。設(shè)計 PLC 控制系統(tǒng)，圖 所示，1ST2ST 為限位開關(guān)，SB 為啟動按鈕，1YA3YA 為電磁閥，KT 為延時繼電器。表 現(xiàn)場器件于 PLC 內(nèi)部等效繼電器對照表現(xiàn)場器件 內(nèi)部等效繼電器地址號 說明1ST 400 動力頭原位2ST 401 動力頭快進到位3ST 402 動力頭工進到位輸入4ST 403 啟動按鈕1YA 431 動力頭快進、工進2YA 433 動力頭工進輸出3YA 432 動力頭退回根據(jù)表 畫出 PLC 于現(xiàn)場器件實際連接圖，如圖 所示。37 / 53根據(jù)梯形圖寫出指令程序，其指令語句表附錄 A 所示。 擬定主軸上零件的裝配方案數(shù)控平面鉆床液壓進給鉆削動力頭的主軸，圍繞著低成本、易加工、易裝配、工作強度大等特點展開設(shè)計。變頻三相異步電機可以提供不同轉(zhuǎn)速的運動與動力，然后由同步帶輪和花鍵把轉(zhuǎn)動的動力傳遞給主軸。要想把軸向直線運動傳遞給主軸，那么主軸的結(jié)構(gòu)上就需要有接受軸向力的軸肩，按受理條件，需要把軸肩設(shè)計在滾動軸承的兩側(cè)，但這樣主軸的兩頭都是大的無法把軸承裝進主軸上。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。主軸作主運動時，承受的最大扭矩為主要受力條件。 主軸的扭轉(zhuǎn)強度由于主軸的最小直徑（花鍵部分）是按扭轉(zhuǎn)強度來計算的，所以主軸滿足扭轉(zhuǎn)強度要求。角接觸球軸承可同時承受徑向載荷及軸向載荷，也可以單獨承受軸向載荷，能在較高的轉(zhuǎn)速下工作，因此滿足主軸的工作條件。對于加工，該鉆削動力頭可加工 的孔，工作形成是 200m