摘要：本文介紹了電、氣動自動進給鉆削動力頭的工作原理和基本結構，并詳細進行了動力頭運動分析和設計計算。
關鍵詞：鉆削動力頭 工作原理 設計計算
Development of electrical-pneumatic automatic feed drilling head
Abstract：In this paper, the working principles and basic structure of the electrical & pneumatic automatic feed drilling head are introduced, motional analysis and design calculation on drilling head are made in detail.
Keywords：Drilling head; Working principle; Design calculation
1 概述
隨著科學技術的迅速發(fā)展和規(guī)�；I(yè)生產的需要，采用專用裝備組合成現代化高速流水線和多功能高效組合機床，在許多行業(yè)中已成為保證產品的加工精度、降低生產成本、提高勞動生產率和企業(yè)競爭力的關鍵措施之一。動力頭是組合機床的重要動力部件，其質量和性能的優(yōu)劣直接影響到整臺機床性能的好壞，但在一般的組合機床設計中，動力頭只能提供主運動，其進給運動是由與之相配套的液壓或機械滑臺來實現的，這就給組合機床的設計和制造帶來了較大的困難。為此，筆者在消化吸收國外先進技術的基礎上，研制設計了一種新型的電、氣動自動進給鉆削動力頭，如圖1所示。氣動控制與液壓阻尼系統(tǒng)如圖2所示。
1.液壓調速器 2.同步帶輪 3.軸承 4.密封圈
5.花鍵軸 6.密封圈 7.軸承 8.鉆夾頭
9.活塞桿 10.主軸 11.氣缸體 12.軸承
13.托架 14.電機 15.同步帶 16.后蓋
圖1
圖2
2 電、氣動自動進給動力頭的主要結構特點
電、氣動自動進給鉆削動力頭由主運動、進給運動和控制系統(tǒng)三部分組成。
(1)主運動
電、氣動自動進給鉆削動力頭的主運動采用三相異步電機驅動，經同步齒形帶及花鍵軸將電機的轉矩傳遞給主軸，不同的主軸轉速可由更換不同的同步齒形帶輪來實現。由于動力頭的主運動采用電機驅動，主軸的轉速特性好，輸出功率和轉矩大，能適應于多軸鉆削和較大孔徑的加工工況。
(2)進給運動
由于氣壓傳動具有動作反應快、環(huán)境的適應性好、結構簡單、體積小等優(yōu)點，并能實現無級調速，工作壽命長，動力源來源方便，因此，動力頭的進給運動采用壓縮空氣作為動力源。考慮到空氣的可壓縮性，載荷變化時動力頭的運動的平穩(wěn)性較差，工進速度的調整和控制采用液壓調速器來實現，動力頭的快進和快退速度分別用排氣節(jié)流閥來調整。
(3)控制系統(tǒng)
電、氣動自動進給鉆削動力頭的進給運動采用了壓縮空氣為動力源，其進給運動的控制也采用了氣動控制系統(tǒng)，由一個二位五通氣控閥、一個機動閥、二個手動閥，若干個節(jié)流閥和兩個外部控制氣源口組成，結構緊湊，具有手動和遠距離控制操作功能及原位、前位信號和復位信號保護功能。動力頭快進行程和工進行程可通過擋鐵連續(xù)可調。
(4)機械結構特點
電、氣動自動進給鉆削動力頭是一個集動力頭的主運動、進給運動和控制裝置于一體的鉆削動力頭，為了實現其外形的緊湊，本動力頭采用主軸嵌入氣缸結構，主軸與活塞桿同心，活塞桿是空心的。里面裝有進口的滾動軸承，以提高主軸的回轉精度，主軸安裝在軸承上，由同步帶通過花鍵與電機連接，氣缸體固定在托架上，活塞桿上裝有液壓調速器和行程調整螺釘，通過調整螺釘碰撞限位開關，實現動力頭主軸的復位。
3 參數計算
電、氣動自動進給鉆削動力頭設計參數主要是由規(guī)定的工件最大孔徑鉆削參數來確定。故電、氣動自動進給鉆削動力頭的參數計算，必須由鉆削工藝參數計算開始。
(1)鉆削力的計算公式
 (1)
式中：
F——鉆削過程中所需要的鉆削力，N；
CF——材料系數；
dO——工件加工的孔徑，mm；
XF——等于1；
YF——等于0.7；
f——進給量，mm/r；
KF——工件的硬度系數。
(2)鉆削扭矩計算公式
 (2)
式中：
M——鉆削過程中所需要的扭矩，N.m；
CM——材料系數；
dO——工件加工的孔徑，mm；
XM——等于1.9；
YM——等于0.8；
f——進給量，mm／r;
KM——工件的硬度系數。
(3)鉆削功率的計算公式
PM=2πMn.10-3 (3)
式中：
PM——鉆削過程中所需要的功率；
n——鉆頭的轉速，r／s。
(4)動力頭推進力的計算公式
F=π(D2-d2)pη/4 (4)
式中：
F——動力頭的推動力，N；
D——活塞直徑，mm；
d——活塞桿直徑，mm；
p——供氣壓力，MPa；
η——效率系數(0.85)
(5)耗氣量的計算公式
Q=πS(2D2-d2)ηv.10-9/(4t) (5)
式中：Q——在工作壓力下的耗氣量，m3/s；
S——最大行程，mm；
t——往返時間，s；
ηv——氣容效率(0.9)
(6)主要參數計算結果
已知設計參數為：
主軸轉速：n=2050r/min
電機功率：P=0.55kW
最大推動力：F=1800N
最大行程：s=100mm
加工件最大孔徑：do=4.5mm(鋼)
CF=833.85 XF=1.0 YF=0.7
KF=1.0 CM=333.54 XM=1.9
YM=0.8 KM=1.0 f=0.17
p=0.5 η=0.85 ηv=0.9
d=35mm D=80mm t=10
將以上數據分別代入式(1)、(2)、(3)、(4)、(5)中，得到：
|
鉆削力F=1085N
鉆削扭矩M=1.4N.m
鉆削功率PM=0.3kW |
推進力F=1692N
耗氣量Q=0.001m3/s
|
4 應用實例
電、氣動自動進給鉆削動力頭作為組合機床的重要動力部件之一，在汽車工業(yè)、家電工業(yè)和摩托車制造業(yè)應用中所帶來的巨大經濟效益，已被國內外許多生產廠家的實踐所證明。該動力頭由廣州機床研究所研制并生產出來之后，深得廣大用戶的青睞。已在輕工業(yè)、電梯制造業(yè)及其他機械加工行業(yè)得到了廣泛的應用，并獲得可觀的經濟效益。
5 結束語
(1)電、氣動自動進給鉆削動力頭是一種集動力頭的主運動、進給運動和控制系統(tǒng)于一體的高新技術產品，是機、電、氣、液多項技術綜合應用的結果。
(2)作為組合機床的重要動力部件之一，電、氣動自動進給鉆削動力頭具有體積小、重量輕、結構緊湊、實用面廣、組合多變等優(yōu)點，能夠根據用戶的需要組合成多種形式的組合機床。
(3)電、氣動自動進給鉆削動力頭的的旋轉運動(主運動)采用電機通過同步帶直接驅動，進給運動采用壓縮空氣作為動力源，實現主軸“快進—工進—快退”的自動循環(huán)，進給運動采用液壓阻尼，進給速度無級可調，進給行程連續(xù)可調，鉆削功率大，能同時驅動多根鉆軸工作。
|
