1　概述

　　隨著科學技術的迅速發(fā)展和規(guī)�；�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、提高勞動生產(chǎn)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(xiàn)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(jīng)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(xiàn)。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(xiàn)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�？紤]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(xiàn)，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(xiàn)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(xiàn)動力頭主軸的復位。

3　參數(shù)計算

　　電、氣動自動進給鉆削動力頭設計參數(shù)主要是由規(guī)定的工件最大孔徑鉆削參數(shù)來確定。故電、氣動自動進給鉆削動力頭的參數(shù)計算，必須由鉆削工藝參數(shù)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；
　　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——進給量，mm/r；
　　K_F——工件的硬度系數(shù)。
　　(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；
　　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——進給量，mm／r;
　　K_M——工件的硬度系數(shù)。
　　(3)鉆削功率的計算公式

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(shù)(0.85)
　　(5)耗氣量的計算公式

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——往返時間，s；
　　η_v——氣容效率(0.9)
　　(6)主要參數(shù)計算結果
　　已知設計參數(shù)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：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(jīng)濟效益，已被國內外許多生產(chǎn)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(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)及其他機械加工行業(yè)得到了廣泛的應用，并獲得可觀的經(jīng)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(chǎn)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(jù)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(xiàn)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。