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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(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和規(guī)墓笫剑化工業(yè)生產(chǎn)的需要撒肉，采用專(zhuān)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)床咬跷，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)成本芹倔、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵措施之一演避。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)床性能的好壞威脯，但在一般的組合機(jī)床設(shè)計(jì)中偶咸，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(lái)實(shí)現(xiàn)的跨略，這就給組合機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造帶來(lái)了較大的困難殊泼。為此，筆者在消化吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上烁犀，研制設(shè)計(jì)了一種新型的電码日、氣動(dòng)自動(dòng)進(jìn)給鉆削動(dòng)力頭，如圖1所示视搏。氣動(dòng)控制與液壓阻尼系統(tǒng)如圖2所示审孽。

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　電佑力、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)筋遭、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和控制系統(tǒng)三部分組成打颤。
　　(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)漓滔，經(jīng)同步齒形帶及花鍵軸將電機(jī)的轉(zhuǎn)矩傳遞給主軸编饺，不同的主軸轉(zhuǎn)速可由更換不同的同步齒形帶輪來(lái)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)速特性好反肋，輸出功率和轉(zhuǎn)矩大那伐，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)快石蔗、環(huán)境的適應(yīng)性好披滑、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小等優(yōu)點(diǎn)轮拼，并能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速羹卷，工作壽命長(zhǎng)，動(dòng)力源來(lái)源方便才延，因此淀胞，動(dòng)力頭的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用壓縮空氣作為動(dòng)力源〕略埃考慮到空氣的可壓縮性两军，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(lái)實(shí)現(xiàn)湘志，動(dòng)力頭的快進(jìn)和快退速度分別用排氣節(jié)流閥來(lái)調(diào)整备秋。
　　(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)力源羽抒，其進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制也采用了氣動(dòng)控制系統(tǒng)聂祈，由一個(gè)二位五通氣控閥、一個(gè)機(jī)動(dòng)閥蝶锋、二個(gè)手動(dòng)閥陆爽，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)緊湊扳缕，具有手動(dòng)和遠(yuǎn)距離控制操作功能及原位慌闭、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(guò)擋鐵連續(xù)可調(diào)躯舔。
　　(4)機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
　　電贡必、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)力頭庸毫，為了實(shí)現(xiàn)其外形的緊湊仔拟，本動(dòng)力頭采用主軸嵌入氣缸結(jié)構(gòu)，主軸與活塞桿同心飒赃，活塞桿是空心的利花。里面裝有進(jìn)口的滾動(dòng)軸承，以提高主軸的回轉(zhuǎn)精度载佳，主軸安裝在軸承上炒事，由同步帶通過(guò)花鍵與電機(jī)連接臀栈，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)整螺釘仁吟，通過(guò)調(diào)整螺釘碰撞限位開(kāi)關(guān)岭蚜，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力頭主軸的復(fù)位。

3　參數(shù)計(jì)算

電夏捣、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(lái)確定孝揉。故電、氣動(dòng)自動(dòng)進(jìn)給鉆削動(dòng)力頭的參數(shù)計(jì)算贵筹，必須由鉆削工藝參數(shù)計(jì)算開(kāi)始垃批。
　　(1)鉆削力的計(jì)算公式

   (1)

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

 　(2)

式中：
　　M——鉆削過(guò)程中所需要的扭矩品抽，N.m储笑；
　　C_M——材料系數(shù)；
　　d_O——工件加工的孔徑圆恤，mm突倍；
　　X_M——等于1.9；
　　Y_M——等于0.8盆昙；
　　f——進(jìn)給量羽历，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(guò)程中所需要的功率淡喜；
　　n——鉆頭的轉(zhuǎn)速秕磷，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——?jiǎng)恿︻^的推動(dòng)力炼团，N澎嚣；
　　D——活塞直徑，mm存妇；
　　d——活塞桿直徑男软，mm禁微；
　　p——供氣壓力，MPa灯烤；
　　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恢核，m³/s；
　　S——最大行程欧蠢，mm忠宙；
　　t——往返時(shí)間，s最奸；
　　η_v——?dú)馊菪��?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)咕诊、(2)、(3)拜殊、(4)焚卖、(5)中，得到：

4　應(yīng)用實(shí)例

電匿党、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�之一晰绎，在汽�?chē)工業(yè)、家電工業(yè)和摩托車(chē)制造業(yè)應(yīng)用中所帶來(lái)的巨大經(jīng)濟(jì)效益括丁，已被國(guó)內(nèi)外許多生產(chǎn)廠家的實(shí)踐所證明荞下。該動(dòng)力頭由廣州機(jī)床研究所研制并生產(chǎn)出來(lái)之后，深得廣大用戶的青睞史飞。已在輕工業(yè)尖昏、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)效益构资。

5　結(jié)束語(yǔ)

(1)電抽诉、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)品吐绵，是機(jī)迹淌、電、氣己单、液多項(xiàng)技術(shù)綜合應(yīng)用的結(jié)果唉窃。
　　(2)作為組合機(jī)床的重要?jiǎng)恿Σ考�之一，電纹笼、氣�?dòng)自動(dòng)進(jìn)給鉆削動(dòng)力頭具有體積小纹份、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊炫允、實(shí)用面廣宴亦、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)床骤转。
　　(3)電啥闪、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(guò)同步帶直接驅(qū)動(dòng)夷钥，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)曙悠，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用液壓阻尼婿残，進(jìn)給速度無(wú)級(jí)可調(diào)，進(jìn)給行程連續(xù)可調(diào)烘韩，鉆削功率大襟腹，能同時(shí)驅(qū)動(dòng)多根鉆軸工作。