【正文】 ， =。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 。單杠活塞式液壓缸具有結(jié)構(gòu)緊湊，性能可靠，工作輸出壓力高等特點(diǎn)。由此，可實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的行程自動(dòng)控制。進(jìn)給工作時(shí)，必須兩個(gè)感應(yīng)信號(hào)器都發(fā)出動(dòng)作信號(hào)才算有效，這樣就避免的某個(gè)液壓缸失效時(shí)，主軸進(jìn)給受力不平衡而產(chǎn)生顛覆力。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。那么，這套動(dòng)作在執(zhí)行過程中就需要相應(yīng)的信號(hào)傳遞給控制系統(tǒng)，才能讓控制系統(tǒng)控制液壓系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作，使其實(shí)現(xiàn)自控行程。圖 液壓缸及緩沖裝置本論文選用的緩沖裝置為彈簧緩沖裝置，主要作用是進(jìn)給時(shí)減弱液壓缸受到的沖22 / 51擊振蕩，保護(hù)液壓缸穩(wěn)定工作。按傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來分析，液壓缸的活塞桿可以直接與主軸活塞鏈接，直接推動(dòng)主軸活塞運(yùn)動(dòng)的了；但是從工作受力條件來看，由于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是可實(shí)現(xiàn)無極變速進(jìn)給的，且液壓缸驅(qū)動(dòng)力很大，所以在液壓活塞桿與主軸活塞套筒之間連接一個(gè)緩沖裝置，可以減小液壓缸受到較大的沖擊。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。21 / 515 . 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)主軸作軸向直線運(yùn)動(dòng)。20dm小 ＝根據(jù)工作狀況，小帶輪選用 6004 型深溝球軸承。＝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?yàn)? 261/???所以，當(dāng)量動(dòng)載荷 ?.??那么，軸承壽命 hnP??大 ＝ （ ） ＝ （ ） ＝ ，滿足要求。已知大帶輪外徑為 。已知大帶輪選用了 30124 型圓錐滾子軸承，且采用正裝。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)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。 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。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 。張緊輪的輪齒與帶輪相同，且直徑小于帶輪的直徑。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。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。只有預(yù)緊力在適合范圍內(nèi)，才能使同步帶工作可靠。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。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?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。初選中心距 =300mm。（7） 打帶輪齒數(shù) 2z 13206i???查表得 60 為標(biāo)準(zhǔn)值。min18z?由于 ，取 =20。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。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。 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）。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。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。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)。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)。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。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)。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。4 4?得 1234=??? ? 那么由公式 MP??D13 / 51式中： 電動(dòng)機(jī)的功率，KW；PD 切削功率，KW；M 總傳動(dòng)效率。根據(jù)鉆削動(dòng)力頭切削功率的計(jì)算已知 = 。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)。12 / 51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。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。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。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。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。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)。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。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。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；FX9 / 51等于 ；FY 進(jìn)給量，此式中 =；f f工件的硬度系數(shù)，取 =。麻花鉆材料為，且鉆削加工時(shí)有冷卻液。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。主?要加工 H 鋼，一般為 和 20 號(hào)鋼，硬度 HB230， =650MPa。圖 數(shù)控平面鉆床液壓進(jìn)給鉆削動(dòng)力頭的總體方案8 / 51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。由此達(dá)到鉆削動(dòng)力頭的行程可控，并自控行程。數(shù)控平面鉆削液壓進(jìn)給鉆削動(dòng)力頭的進(jìn)給行程采用 PLC 控制，液壓缸進(jìn)給的時(shí)候通過彈簧緩沖裝置內(nèi)的感應(yīng)信號(hào)器判斷彈簧受力壓縮的范圍來發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)給 PLC系統(tǒng)，PLC 系統(tǒng)收到信號(hào)后可控制液壓回路系統(tǒng)，使主軸座工作進(jìn)給運(yùn)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)。 方案的確定根據(jù)以上三個(gè)方案的選擇，確定數(shù)控平面鉆床液壓進(jìn)給鉆削動(dòng)力頭的設(shè)計(jì)方案為：如圖 所示。7 / 51本設(shè)計(jì)中采用 PLC 控制系統(tǒng)。所以本論文采用第三種液壓缸內(nèi)外結(jié)合的方式，為主軸進(jìn)給提供動(dòng)力。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)。為主軸套與液壓缸合為一體的液壓缸內(nèi)置鉆削動(dòng)力頭。這種鉆削動(dòng)力頭體積小，鉆削平穩(wěn)，精度高，但工作行程沒有外置液壓缸的鉆削動(dòng)力頭的工作行程大。，為液壓缸外置鉆削動(dòng)力頭。這種鉆削動(dòng)力頭體積比較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難。傳統(tǒng)的液壓進(jìn)給鉆削動(dòng)力頭分為外置和內(nèi)置兩種。這樣就使動(dòng)力頭的體積減小，加工簡(jiǎn)單，成本降低。本論文的數(shù)控平面鉆床液壓進(jìn)給鉆削動(dòng)力頭的主運(yùn)動(dòng)采用電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，但不是經(jīng)過齒輪把運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力傳遞給主軸，而是使用變頻器作為電動(dòng)機(jī)的電源，通過變頻調(diào)速來改變提供給主軸的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速。（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。 總體方案的確定 方案的選擇本論文的數(shù)控平面液壓進(jìn)給鉆削動(dòng)力頭，采用模塊化的設(shè)計(jì)思路，把鉆削動(dòng)力頭分為三個(gè)主要部分：主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)部分，進(jìn)給系統(tǒng)部分，控制系統(tǒng)部分。5 / 51④ 機(jī)械系統(tǒng)應(yīng)具有良好的人機(jī)性能任何機(jī)械系統(tǒng)都是由人類設(shè)計(jì)，并用來為人類服務(wù)的，而且大多數(shù)機(jī)械系統(tǒng)都要由人來操作和使用，因此在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮人的人理特點(diǎn)，以求得人與機(jī)械系統(tǒng)的和諧統(tǒng)一。對(duì)于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)，其往復(fù)運(yùn)動(dòng)和平面一般運(yùn)動(dòng)的構(gòu)建以及偏心的回轉(zhuǎn)構(gòu)建的慣性力和慣性力矩較大，在選擇機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)盡可能考慮機(jī)構(gòu)的對(duì)稱性，以減少運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的動(dòng)載荷和振動(dòng)。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)。② 盡量縮小裝備的尺寸機(jī)械的尺寸和重量隨所選擇的機(jī)構(gòu)類型不同而有很大差別。選擇原動(dòng)機(jī) 機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)與原動(dòng)機(jī)的形式密切相關(guān)。但低副機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)副元素加工方便，容易保證配合精度以及有較高的承載能力，究竟選用何種機(jī)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)具體設(shè)計(jì)要求全面衡量得失，盡可能做到揚(yáng)長(zhǎng)避短。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。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。數(shù)控平面鉆床液壓進(jìn)給鉆削動(dòng)力頭除了用于 H 鋼結(jié)構(gòu)孔加工，它還可以用于機(jī)床零件加工、汽車工業(yè)、摩托車制造業(yè)、電梯制造業(yè)等行業(yè)的鉆、擴(kuò)、鉸加工具有廣泛的應(yīng)用前景。由于 H 型鋼的大量使用，H 鋼的鉆孔加工已成為鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。船舶、機(jī)械制造框架結(jié)構(gòu)。石油化工及電力等工業(yè)設(shè)備結(jié)構(gòu)。工業(yè)構(gòu)筑物的鋼結(jié)構(gòu)承重支架。 應(yīng)用領(lǐng)域H 鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)與民用建筑中的應(yīng)用廣泛。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。高智能 數(shù)控平面鉆床在人機(jī)交流即傳統(tǒng)的編程上作了更突出的設(shè)計(jì)，使用戶操作非常簡(jiǎn)單、迅速，不具備電腦操作經(jīng)驗(yàn)者也可在很短的時(shí)間內(nèi)完成編程；程序簡(jiǎn)短，通常只需 23 條指令即可；對(duì)于機(jī)床的一些參數(shù)用戶不需處理；同時(shí)具有自檢，可以全自動(dòng)地完成所有工作。其高速、精確的定位是人工無法達(dá)到的，同時(shí)避免了因人工定位與鉆孔的誤差而造成工件反修或報(bào)廢的可能。高精度 機(jī)床針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)加工設(shè)計(jì)，采用微機(jī)控制。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。鉆床為孔加工機(jī)床，按其結(jié)構(gòu)形式不同可以分為搖臂鉆床、立式鉆床、臥式鉆床、深孔鉆床、數(shù)控平面鉆床等。尤其是作為傳統(tǒng)的老產(chǎn)品搖臂鉆床，有數(shù)百年的發(fā)展歷史，其產(chǎn)品都在不斷地更新，功能也越來越齊全、性能也不斷地完善。然而鉆削加工仍然在零件加工中占有相當(dāng)?shù)谋壤瑩?jù)統(tǒng)計(jì)在零件加工中鉆孔加工占 %以上。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。而機(jī)床的技術(shù)性能又直接影響機(jī)械制造行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率，所以為了提高國(guó)家的工業(yè)生產(chǎn)能力和科學(xué)技術(shù)水準(zhǔn)，必須對(duì)機(jī)床的發(fā)展作出新的要求。在現(xiàn)代機(jī)械制造行業(yè)中，隨著加工零件方式多樣化及工藝合理化發(fā)展的要求，加工零件的方法也呈現(xiàn)出多樣化，金屬切削加工是利用刀具切除被加工零件多余材料的方法，是機(jī)械制造行業(yè)中最基本的加工方法，金屬切削加工過程是由金屬切削機(jī)床來實(shí)現(xiàn)的。數(shù)控平面鉆床自控行程的鉆削動(dòng)力頭。數(shù)控平面鉆床液壓進(jìn)給鉆削動(dòng)力頭一種集