【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 動(dòng)力頭的總體方案本論文所研究的鉆削動(dòng)力頭，主要針對(duì) H 鋼的鉆孔加工，采用該數(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方式；因?yàn)樵撱@削動(dòng)力頭具有較高的加工精度，高自動(dòng)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(jī)械制造、汽車、航天、石油化工等其它各行業(yè)的鉆、擴(kuò)、鉸加工。本論文設(shè)計(jì)的鉆削動(dòng)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(hào)鋼，硬度 HB230， =650MPa?？蓪?shí)現(xiàn)進(jìn)給時(shí)自控行215Q?b?程，且行程可控；其鉆削動(dòng)力頭工作時(shí)，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(jìn)給，鉆頭接觸到工件后變?yōu)楣みM(jìn)，當(dāng)?shù)毒咩@至所需深度時(shí)暫停進(jìn)給，最后快速退回原始位置后停止。該鉆削動(dòng)力頭設(shè)計(jì)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(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。麻花鉆材料為，且鉆削加工時(shí)有冷卻液。184WCrV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)來確定的。當(dāng)鉆孔直徑時(shí)，選擇最大進(jìn)給量為 ，切削速度 ，主軸轉(zhuǎn)速03dm??2/minv?2/inr 切削力計(jì)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(shí)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(jìn)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(shí)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(jìn)給量，此式中 =；f f 工件的硬度系數(shù)，取 =。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。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(jìn)給量， =；ff 工件的硬度系數(shù)， =。MKMK得鉆削動(dòng)力頭的鉆削扭矩為 3010MXYCdf??????? 切削功率計(jì)算切削功率指的是動(dòng)力頭在鉆削工作時(shí)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(dòng)力頭的切削功率為 32106MnP???? ??? 預(yù)計(jì)工作時(shí)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(shí)。那么大修間隔期工作時(shí)間為 308340hLh????4 . 主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)由總體方案設(shè)計(jì)，已知主運(yùn)動(dòng)由變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，經(jīng)過皮帶輪的傳動(dòng)，再經(jīng)過滑移花鍵把運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給主軸。那么主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)包括變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)、帶輪傳動(dòng)系統(tǒng)、主軸零部件等。 電動(dòng)機(jī)的選擇一般傳統(tǒng)的鉆床，都是通過齒輪傳動(dòng)把電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)傳遞給主軸，使主軸的主運(yùn)動(dòng)速度改變。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。使用變頻調(diào)速電機(jī)作為主運(yùn)動(dòng)動(dòng)力源，不但省去了齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的繁瑣設(shè)計(jì)，使動(dòng)力頭結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單；同時(shí)滿足了主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的無(wú)極調(diào)速。從整體上看，減小了動(dòng)力頭的體積，降低成本，提高了生產(chǎn)力。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。由于采用變頻器供電后，電動(dòng)機(jī)可以在很低的頻率和電壓下以無(wú)沖擊電流的方式啟動(dòng)，并可利用變頻器所供的各種制動(dòng)方式進(jìn)行快速制動(dòng)，為實(shí)現(xiàn)頻率啟動(dòng)和制動(dòng)創(chuàng)造了條件。如圖 所示。圖 主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)框圖變頻器是利用電力半導(dǎo)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(shí)際作為三相電機(jī)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(jī)，使電機(jī)能按不同速度轉(zhuǎn)動(dòng)。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)。從這個(gè)公式就可以看出，要想改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以改變 f，s，p 這三個(gè)量中的任意一個(gè)，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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。根據(jù)鉆削動(dòng)力頭切削功率的計(jì)算已知 = 。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， =。4 4?得 1234=??? ? 那么由公式 MP??D式中： 電動(dòng)機(jī)的功率，KW；PD 切削功率，KW；M 總傳動(dòng)效率。?得電動(dòng)機(jī)的功率為： ???D根據(jù)鉆削動(dòng)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(dòng)機(jī)，額定功率為 。該變頻電機(jī)是日立有限公司自造的，是由 Y 系列三相交流異步電機(jī)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(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)。帶傳動(dòng)的基本組成零件為帶輪（主動(dòng)帶輪和從動(dòng)帶輪）和傳動(dòng)帶。當(dāng)主動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，利用帶輪和傳動(dòng)帶間的摩擦或嚙合作用，將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力通過傳動(dòng)帶傳遞給從動(dòng)帶輪。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。根據(jù)總體方案設(shè)計(jì)，確定主傳動(dòng)采用同步帶傳動(dòng)。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(dòng)帶，帶輪輪面也制成相應(yīng)的齒形，工作時(shí)靠帶齒與輪齒嚙合傳動(dòng)。由于帶與帶輪無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，能保持兩輪的圓周速度同步，故稱為同步帶傳動(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。同步帶的缺點(diǎn)是：制造、安裝精度要求較高，中心距要求嚴(yán)格。從整體上看，該傳動(dòng)方案滿足本論文所設(shè)計(jì)的鉆削動(dòng)力頭。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。 同步帶與同步帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算本論文所選用同步帶，按周節(jié)制公式設(shè)計(jì)計(jì)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(jì)算。如圖 所示，圖中 Pb為同步輪結(jié)圓或同步帶上測(cè)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(jì)功率 dp由公式 APK?式中：為工況系數(shù)，按每天運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為 10～18h，查表（GB/T11362AK）得 =；AKP傳動(dòng)電機(jī)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(biāo)準(zhǔn)值 =，H 型同步帶。b1nbP（3） 小帶輪齒數(shù) z按電機(jī)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(dòng)比 i 初取傳動(dòng)比 i=3。（7） 打帶輪齒數(shù) 2z 13206i???查表得 60 為標(biāo)準(zhǔn)值。（8） 大帶輪節(jié)圓直徑 2d ????查標(biāo)準(zhǔn)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(zhǎng)度 及其齒數(shù)OPLbz ??2102104daa????????????=600++=查標(biāo)準(zhǔn)表，取帶的實(shí)際節(jié)線長(zhǎng)度 ，帶的齒數(shù) 。?96bz?（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。（13）小帶輪包角 1?02186()/da??)/34?01.（14）基準(zhǔn)額定功率 0p ??201aTmvV????=（15）帶寬 sb查表知道 H 型同步帶的基準(zhǔn)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(hào)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(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。為了保證帶傳動(dòng)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(yù)緊力。只有預(yù)緊力在適合范圍內(nèi)，才能使同步帶工作可靠。如果預(yù)緊力不足，會(huì)使同步帶松弛，傳動(dòng)效率降低，帶的工作面不能按正常嚙合而導(dǎo)致磨損，有時(shí)還導(dǎo)致同步帶在傳遞運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生震動(dòng)，甚至?xí)驀Ш喜涣级X而從帶輪上脫落。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。傳動(dòng)帶的張緊有定期張緊裝置、自動(dòng)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(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。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(shí)，兩帶輪的軸線應(yīng)相互平行，兩帶輪的齒輪帶道的對(duì)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(dǎo)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(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。那么大帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)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(jì)，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(yù)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(shí)承受載荷及軸向載荷。根據(jù)大帶輪的尺寸，選用一對(duì) 30124 型圓錐滾子軸承。根據(jù)大帶輪工作時(shí)的受力情況，采用正裝（即口對(duì)口）的方式進(jìn)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(duì)大帶輪的軸承壽命進(jìn)行計(jì)算。已知大帶輪外徑為 。主軸在鉆孔直徑為 30mm、鉆速 230r/min 時(shí)， ＝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?yàn)? 26/ e???所以，當(dāng)量動(dòng)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(jì)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(shí)承受徑向載荷及軸向載荷，也可以單獨(dú)承受軸向載荷，能在高速下正常工作。5 . 進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 進(jìn)給系統(tǒng)的方案確定由整體方案已知，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用雙液壓缸對(duì)稱外置作為動(dòng)力源，通過推動(dòng)主軸的活塞套筒在主軸座內(nèi)滑移，帶動(dòng)主軸作軸向直