【文章內(nèi)容簡介】 止進給或進入下一工作循環(huán)）。圖 數(shù)控平面鉆床液壓進給鉆削動力頭的總體方案8 / 51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(dāng)?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(dāng)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；FX9 / 51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， =；ff10 / 51 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(yù)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????11 / 514 . 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。12 / 51圖 主運動系統(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??D13 / 51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(dāng)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(zhǔn)確，架構(gòu)緊湊，傳動效率較高等。同步帶的缺14 / 51點是：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(biāo)準(zhǔn)值 =，H 型同步帶。b1nbP（3） 小帶輪齒數(shù) z15 / 51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(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)線長度 及其齒數(shù)OPLbz ??2102104daa????????????=600++=查標(biāo)準(zhǔn)表，取帶的實際節(jié)線長度 ，帶的齒數(shù) 。?96bz?16 / 51（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(biāo)準(zhǔn)，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(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 =?ZK17 / 51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18 / 51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(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(dǎo)致磨損，有時還導(dǎo)致同步帶在傳遞運動時發(fā)生震動，甚至?xí)驀Ш喜涣级X而從帶輪上脫落。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。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(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，19 / 51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(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 N????20 / 51因為 261/???所以，當(dāng)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