電、氣動(dòng)自動(dòng)進(jìn)給鉆削動(dòng)力頭的研制

1　概述

　　隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)的需要，采用專用裝備組合成現(xiàn)代化高速流水線和多功能高效組合機(jī)床，在許多行業(yè)中已成為保證產(chǎn)品的加工精度、降低生產(chǎn)成本、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和企業(yè)競爭力的關(guān)鍵措施之一。動(dòng)力頭是組合機(jī)床的重要?jiǎng)恿Σ考�，其質(zhì)量和性能的優(yōu)劣直接影響到整臺(tái)機(jī)床性能的好壞，但在一般的組合機(jī)床設(shè)計(jì)中，動(dòng)力頭只能提供主運(yùn)動(dòng)，其進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由與之相配套的液壓或機(jī)械滑臺(tái)來實(shí)現(xiàn)的，這就給組合機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造帶來了較大的困難。為此，筆者在消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制設(shè)計(jì)了一種新型的電、氣動(dòng)自動(dòng)進(jìn)給鉆削動(dòng)力頭，如圖1所示。氣動(dòng)控制與液壓阻尼系統(tǒng)如圖2所示。

1.液壓調(diào)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(jī)　15.同步帶　16.后蓋
圖1

圖2

2　電、氣動(dòng)自動(dòng)進(jìn)給動(dòng)力頭的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　電、氣動(dòng)自動(dòng)進(jìn)給鉆削動(dòng)力頭由主運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和控制系統(tǒng)三部分組成。
　　(1)主運(yùn)動(dòng)
　　電、氣動(dòng)自動(dòng)進(jìn)給鉆削動(dòng)力頭的主運(yùn)動(dòng)采用三相異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)同步齒形帶及花鍵軸將電機(jī)的轉(zhuǎn)矩傳遞給主軸，不同的主軸轉(zhuǎn)速可由更換不同的同步齒形帶輪來實(shí)現(xiàn)。由于動(dòng)力頭的主運(yùn)動(dòng)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，主軸的轉(zhuǎn)速特性好，輸出功率和轉(zhuǎn)矩大，能適應(yīng)于多軸鉆削和較大孔徑的加工工況。
　　(2)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)
　　由于氣壓傳動(dòng)具有動(dòng)作反應(yīng)快、環(huán)境的適應(yīng)性好、結(jié)構(gòu)簡單、體積小等優(yōu)點(diǎn)，并能實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，工作壽命長，動(dòng)力源來源方便，因此，動(dòng)力頭的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用壓縮空氣作為動(dòng)力源�？紤]到空氣的可壓縮性，載荷變化時(shí)動(dòng)力頭的運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性較差，工進(jìn)速度的調(diào)整和控制采用液壓調(diào)速器來實(shí)現(xiàn)，動(dòng)力頭的快進(jìn)和快退速度分別用排氣節(jié)流閥來調(diào)整。
　　(3)控制系統(tǒng)
　　電、氣動(dòng)自動(dòng)進(jìn)給鉆削動(dòng)力頭的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用了壓縮空氣為動(dòng)力源，其進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制也采用了氣動(dòng)控制系統(tǒng)，由一個(gè)二位五通氣控閥、一個(gè)機(jī)動(dòng)閥、二個(gè)手動(dòng)閥，若干個(gè)節(jié)流閥和兩個(gè)外部控制氣源口組成，結(jié)構(gòu)緊湊，具有手動(dòng)和遠(yuǎn)距離控制操作功能及原位、前位信號(hào)和復(fù)位信號(hào)保護(hù)功能。動(dòng)力頭快進(jìn)行程和工進(jìn)行程可通過擋鐵連續(xù)可調(diào)。
　　(4)機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
　　電、氣動(dòng)自動(dòng)進(jìn)給鉆削動(dòng)力頭是一個(gè)集動(dòng)力頭的主運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和控制裝置于一體的鉆削動(dòng)力頭，為了實(shí)現(xiàn)其外形的緊湊，本動(dòng)力頭采用主軸嵌入氣缸結(jié)構(gòu)，主軸與活塞桿同心，活塞桿是空心的。里面裝有進(jìn)口的滾動(dòng)軸承，以提高主軸的回轉(zhuǎn)精度，主軸安裝在軸承上，由同步帶通過花鍵與電機(jī)連接，氣缸體固定在托架上，活塞桿上裝有液壓調(diào)速器和行程調(diào)整螺釘，通過調(diào)整螺釘碰撞限位開關(guān)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力頭主軸的復(fù)位。

3　參數(shù)計(jì)算

　　電、氣動(dòng)自動(dòng)進(jìn)給鉆削動(dòng)力頭設(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。故電、氣動(dòng)自動(dòng)進(jìn)給鉆削動(dòng)力頭的參數(shù)計(jì)算，必須由鉆削工藝參數(shù)計(jì)算開始。
　　(1)鉆削力的計(jì)算公式

   (1)

式中：
　　F——鉆削過程中所需要的鉆削力，N；
　　C_F——材料系數(shù)；
　　d_O——工件加工的孔徑，mm；
　　X_F——等于1；
　　Y_F——等于0.7；
　　f——進(jìn)給量，mm/r；
　　K_F——工件的硬度系數(shù)。
　　(2)鉆削扭矩計(jì)算公式

 　(2)

式中：
　　M——鉆削過程中所需要的扭矩，N.m；
　　C_M——材料系數(shù)；
　　d_O——工件加工的孔徑，mm；
　　X_M——等于1.9；
　　Y_M——等于0.8；
　　f——進(jìn)給量，mm／r;
　　K_M——工件的硬度系數(shù)。
　　(3)鉆削功率的計(jì)算公式

P_M=2πMn.10^-3(3)

式中：
　　P_M——鉆削過程中所需要的功率；
　　n——鉆頭的轉(zhuǎn)速，r／s。
　　(4)動(dòng)力頭推進(jìn)力的計(jì)算公式

F=π(D²-d²)pη/4　(4)

式中：
　　F——動(dòng)力頭的推動(dòng)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(shù)(0.85)
　　(5)耗氣量的計(jì)算公式

Q=πS(2D²-d²)η_v^.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(shí)間，s；
　　η_v——氣容效率(0.9)
　　(6)主要參數(shù)計(jì)算結(jié)果
　　已知設(shè)計(jì)參數(shù)為：
　　主軸轉(zhuǎn)速：n=2050r/min
　　電機(jī)功率：P=0.55kW
　　最大推動(dòng)力：F=1800N
　　最大行程：s=100mm
　　加工件最大孔徑：d_o=4.5mm(鋼)
　　　C_F=833.85　　X_F=1.0　　　　Y_F=0.7
　　　K_F=1.0　　　C_M=333.54　　　X_M=1.9
　　　Y_M=0.8　　　K_M=1.0　　　　f=0.17
　　　p=0.5　　　η=0.85　　　　η_v=0.9
　　　d=35mm　　　D=80mm　　　　t=10
　　將以上數(shù)據(jù)分別代入式(1)、(2)、(3)、(4)、(5)中，得到：

4　應(yīng)用實(shí)例

　　電、氣動(dòng)自動(dòng)進(jìn)給鉆削動(dòng)力頭作為組合機(jī)床的重要?jiǎng)恿Σ考�之一，在汽車工業(yè)、家電工業(yè)和摩托車制造業(yè)應(yīng)用中所帶來的巨大經(jīng)濟(jì)效益，已被國內(nèi)外許多生產(chǎn)廠家的實(shí)踐所證明。該動(dòng)力頭由廣州機(jī)床研究所研制并生產(chǎn)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(jī)械加工行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，并獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

5　結(jié)束語

　　(1)電、氣動(dòng)自動(dòng)進(jìn)給鉆削動(dòng)力頭是一種集動(dòng)力頭的主運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和控制系統(tǒng)于一體的高新技術(shù)產(chǎn)品，是機(jī)、電、氣、液多項(xiàng)技術(shù)綜合應(yīng)用的結(jié)果。
　　(2)作為組合機(jī)床的重要?jiǎng)恿Σ考�之一，電、氣�?dòng)自動(dòng)進(jìn)給鉆削動(dòng)力頭具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、實(shí)用面廣、組合多變等優(yōu)點(diǎn)，能夠根據(jù)用戶的需要組合成多種形式的組合機(jī)床。
　　(3)電、氣動(dòng)自動(dòng)進(jìn)給鉆削動(dòng)力頭的的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(主運(yùn)動(dòng))采用電機(jī)通過同步帶直接驅(qū)動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用壓縮空氣作為動(dòng)力源，實(shí)現(xiàn)主軸“快進(jìn)—工進(jìn)—快退”的自動(dòng)循環(huán)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用液壓阻尼，進(jìn)給速度無級(jí)可調(diào)，進(jìn)給行程連續(xù)可調(diào)，鉆削功率大，能同時(shí)驅(qū)動(dòng)多根鉆軸工作。