【文章內(nèi)容簡介】 動力頭的總體方案本論文所研究的鉆削動力頭，主要針對 H 鋼的鉆孔加工，采用該數(shù)控平面鉆床液壓進給鉆削動力頭實現(xiàn) H 鋼的孔加工是較為理想的方式；因為該鉆削動力頭具有較高的加工精度，高自動化，鉆削力大，所以它不但能加工出 H 鋼較高精度的孔，還能用于機械制造、汽車、航天、石油化工等其它各行業(yè)的鉆、擴、鉸加工。本論文設(shè)計的鉆削動力頭的鉆孔范圍是 10 30mm，最大工作行程是 200mm。主?要加工 H 鋼，一般為 和 20 號鋼，硬度 HB230， =650MPa?？蓪崿F(xiàn)進給時自控行215Q?b?程，且行程可控；其鉆削動力頭工作時，主軸先根據(jù)所需要的切削速度開始旋轉(zhuǎn)，然后鉆頭快速進給，鉆頭接觸到工件后變?yōu)楣みM，當?shù)毒咩@至所需深度時暫停進給，最后快速退回原始位置后停止。該鉆削動力頭設(shè)計所需要的主要參數(shù)有切削力、鉆削扭矩、切削功率等。為了計算出所需的主要參數(shù)，本論文中選用整體麻花鉆作為計算評估刀具。麻花鉆材料為，且鉆削加工時有冷卻液。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。當鉆孔直徑時，選擇最大進給量為 ，切削速度 ，主軸轉(zhuǎn)速03dm??2/minv?2/inr 切削力計算由公式 0XFYFCdfK???得最大切削力為 max0FXYf????728N?該公式中：鉆削最大孔徑時所需要的力，即鉆削過程中所需要的最大鉆削力，N；maxF材料系數(shù)，根據(jù)材料查表得 =；CFC鉆削孔徑，此式中 =30mm；0d0d等于 1；FX等于 ；FY 進給量，此式中 =；f f工件的硬度系數(shù)，取 =。KFK同理，得最小切削力為 min0FXYCdf???.?7N?該公式中：鉆削最小孔徑時所需要的力，即鉆削過程中所需要的最小鉆削力，N；maxF 材料系數(shù)，根據(jù)材料查表得 =；CFC 鉆削孔徑，此式中 =10mm；0d0d 等于 1；FX 等于 ；Y 進給量，此式中 =；f f 工件的硬度系數(shù)，取 =。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。由公式 3010MXYCdfK????式中：M鉆削過程中所需要的扭矩， ；Nm?材料系數(shù)，取 為 304；MMC工件加工的孔徑， =30mm；0d0d等于 2；MX等于 ；Y進給量， =；ff 工件的硬度系數(shù)， =。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。 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= 。Nm?得動力頭的切削功率為 32106MnP???? ??? 預計工作時間大修年限為 8 年，每年工作 300 天，每天 2 班制，每班工作 8 小時。那么大修間隔期工作時間為 308340hLh????4 . 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。那么主運動系統(tǒng)包括變頻調(diào)速三相異步電動機、帶輪傳動系統(tǒng)、主軸零部件等。 電動機的選擇一般傳統(tǒng)的鉆床，都是通過齒輪傳動把電動機的運動傳遞給主軸，使主軸的主運動速度改變。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。使用變頻調(diào)速電機作為主運動動力源，不但省去了齒輪傳動機構(gòu)的繁瑣設(shè)計，使動力頭結(jié)構(gòu)變得簡單；同時滿足了主軸轉(zhuǎn)動的無極調(diào)速。從整體上看，減小了動力頭的體積，降低成本，提高了生產(chǎn)力。變頻三相異步電機，主要是靠調(diào)節(jié)供電頻率來控制電機轉(zhuǎn)速的。由于采用變頻器供電后，電動機可以在很低的頻率和電壓下以無沖擊電流的方式啟動，并可利用變頻器所供的各種制動方式進行快速制動，為實現(xiàn)頻率啟動和制動創(chuàng)造了條件。如圖 所示。圖 主運動系統(tǒng)框圖變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。變頻器實際作為三相電機的電源，可將頻率固定的交流電變成頻率連續(xù)可調(diào)的三相交流電源，提供給電機，使電機能按不同速度轉(zhuǎn)動。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)。從這個公式就可以看出，要想改變電動機的轉(zhuǎn)速，可以改變 f，s，p 這三個量中的任意一個，就能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)速，其中改變電源頻率 f 是比較方便和有效的方法，所以只要改變了電源頻率 f 就能夠改變電動機的轉(zhuǎn)速。根據(jù)鉆削動力頭切削功率的計算已知 = 。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， =。4 4?得 1234=??? ? 那么由公式 MP??D式中： 電動機的功率，KW；PD 切削功率，KW；M 總傳動效率。?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 。該變頻電機是日立有限公司自造的，是由 Y 系列三相交流異步電機與之相配套的變頻器組合在一起的整體。如圖 所示。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。帶傳動的基本組成零件為帶輪（主動帶輪和從動帶輪）和傳動帶。當主動帶輪轉(zhuǎn)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。帶傳動具有結(jié)構(gòu)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(yīng)用廣泛。根據(jù)總體方案設(shè)計，確定主傳動采用同步帶傳動。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。它的橫截面為矩形，帶面具有等距橫向齒的環(huán)形傳動帶，帶輪輪面也制成相應(yīng)的齒形，工作時靠帶齒與輪齒嚙合傳動。由于帶與帶輪無相對滑動，能保持兩輪的圓周速度同步，故稱為同步帶傳動。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。同步帶的缺點是：制造、安裝精度要求較高，中心距要求嚴格。從整體上看，該傳動方案滿足本論文所設(shè)計的鉆削動力頭。齒形帶傳動，帶速可達 50m/s，傳動比可達 10，傳遞功率可達 200kw。 同步帶與同步帶輪的設(shè)計計算本論文所選用同步帶，按周節(jié)制公式設(shè)計計算（GB/T116161989）。已知同步帶和同步帶輪齒形為梯形，按周節(jié)制公式計算。如圖 所示，圖中 Pb為同步輪結(jié)圓或同步帶上測得的相連兩齒的距離；d 為同步帶輪的節(jié)圓直徑， 為同0d步帶輪齒頂圓直徑。圖 同步帶及同步帶輪（1） 設(shè)計功率 dp由公式 APK?式中：為工況系數(shù)，按每天運轉(zhuǎn)時間為 10～18h，查表（GB/T11362AK）得 =；AKP傳動電機功率，已知 P=。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。b1nbP（3） 小帶輪齒數(shù) z按電機轉(zhuǎn)速和 H 型同步帶查表得 。min18z?由于 ，取 =20。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。（7） 打帶輪齒數(shù) 2z 13206i???查表得 60 為標準值。（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。初選中心距 =300mm。0a（10）初定帶的節(jié)線長度 及其齒數(shù)OPLbz ??2102104daa????????????=600++=查標準表，取帶的實際節(jié)線長度 ，帶的齒數(shù) 。?96bz?（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。（13）小帶輪包角 1?02186()/da??)/34?01.（14）基準額定功率 0p ??201aTmvV????=（15）帶寬 sb查表知道 H 型同步帶的基準寬度 ，? 0 ???式中： ——小帶輪嚙合齒數(shù)系數(shù)，由 查表，得 =?ZK根據(jù) H 型同步帶查表，取 =。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 H帶輪的各參數(shù)，如表 所示,表 同步帶輪的各尺寸參數(shù)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(zhuǎn)一段時間以后，會因為帶的塑性變形和磨損而松弛。為了保證帶傳動正常工作，應(yīng)定期檢查帶的松弛程度，采取相應(yīng)的不就措施。同步帶的張緊，要考慮的主要因素是預緊力。只有預緊力在適合范圍內(nèi)，才能使同步帶工作可靠。如果預緊力不足，會使同步帶松弛，傳動效率降低，帶的工作面不能按正常嚙合而導致磨損，有時還導致同步帶在傳遞運動時發(fā)生震動，甚至會因嚙合不良而跳齒而從帶輪上脫落。預緊力過大，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。傳動帶的張緊有定期張緊裝置、自動張緊裝置、張緊輪張緊裝置等 3 大類。由于大小同步帶輪的中心距不能調(diào)節(jié)，因此采用張緊輪的方式定期將帶輪張緊。安裝時，張緊輪安在松邊的內(nèi)測，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。張緊輪的輪齒與帶輪相同，且直徑小于帶輪的直徑。張緊效果如圖 所示。圖 同步帶的張緊輪裝置（2）同步帶輪的安裝在安裝大小同步帶輪時，兩帶輪的軸線應(yīng)相互平行，兩帶輪的齒輪帶道的對稱平面應(yīng)重合，誤差不得超過 。20?為了防止外界異物沾污在帶輪上，導致齒輪損壞，故同步帶和帶輪均內(nèi)置于箱體里面。 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。那么大帶輪轉(zhuǎn)動過程中，就需要軸承作為支撐，減小帶輪磨損，使工作可靠。根據(jù)總體方案設(shè)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。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。根據(jù)大帶輪的尺寸，選用一對 30124 型圓錐滾子軸承。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。已知大帶輪選用了 30124 型圓錐滾子軸承，且采用正裝。下面對大帶輪的軸承壽命進行計算。已知大帶輪外徑為 。主軸在鉆孔直徑為 30mm、鉆速 230r/min 時， ＝切削功率為 。＝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。hL??（2）小帶輪的軸承設(shè)計小帶輪是由 的軸支撐的，主要受到徑向力。20dm小 ＝根據(jù)工作狀況，小帶輪選用 6004 型深溝球軸承。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。5 . 進給系統(tǒng)的設(shè)計 進給系統(tǒng)的方案確定由整體方案已知，進給運動采用雙液壓缸對稱外置作為動力源，通過推動主軸的活塞套筒在主軸座內(nèi)滑移，帶動主軸作軸向直