數(shù)控鉆銑床自動(dòng)換刀的伺服鉆孔動(dòng)力頭結(jié)構(gòu)
圖中，1. 圓齒輪箱 2. 機(jī)架 3. 伺服電機(jī)Ⅰ 4. 驅(qū)動(dòng)軸 5. 圓齒輪箱定位盤 6. 惰 輪定位盤 7. 惰輪安裝盤 8. 鉆削主軸 9. 主動(dòng)錐齒輪 10. 從動(dòng)錐齒輪 11. 惰輪 12. 缺口 Ⅰ 13. 定位氣缸Ⅰ 14. 插板Ⅰ 15. 缺口Ⅱ 16. 插板Ⅱ 17. 定位氣缸Ⅱ 18. 伺服電機(jī)Ⅱ 19. 同步帶輪Ⅰ 20. 同步帶輪Ⅱ 21. 同步帶Ⅰ 22. 伺服電機(jī)Ⅲ 23. 同步帶輪Ⅲ 24. 同步 帶輪Ⅳ 25. 同步帶Ⅱ。
包括 ：機(jī)架 2、通過軸承水平轉(zhuǎn)動(dòng)安裝于機(jī)架 2 中的 圓齒輪箱 1、沿圓周方向均布設(shè)置并轉(zhuǎn)動(dòng)安裝于圓齒輪箱 1 中的若干鉆削主軸 8、用于驅(qū)動(dòng) 圓齒輪箱 1 相對(duì)機(jī)架 2 轉(zhuǎn)動(dòng)的圓齒輪箱驅(qū)動(dòng)裝置以及鉆削主軸驅(qū)動(dòng)裝置，各個(gè)鉆削主軸 8 的軸線與圓齒輪箱 1 的軸線相垂直，當(dāng)圓齒輪箱驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)圓齒輪箱 1 轉(zhuǎn)動(dòng)至一鉆削主 軸 8 處于豎直向下的狀態(tài)時(shí)，該鉆削主軸 8 與鉆削主軸驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)連接，且圓齒輪箱 1 通 過圓齒輪箱鎖止裝置鎖止固定。當(dāng)需要在型鋼上進(jìn)行相應(yīng)孔徑的鉆孔時(shí)，圓齒輪箱驅(qū)動(dòng)裝 置驅(qū)動(dòng)圓齒輪箱 1 轉(zhuǎn)動(dòng)，直至安裝有相應(yīng)鉆頭的鉆削主軸 8 處于豎直向下狀態(tài)，此時(shí)通過圓 齒輪箱 1 圓齒輪箱鎖止裝置鎖止固定，主軸驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)該鉆削主軸 8 轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)鉆孔 工作。由于一個(gè)動(dòng)力頭可以驅(qū)動(dòng)若干鉆削主軸 8 進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)鉆孔，因此方便了多鉆孔直徑的 加工，大大縮短了更換鉆頭的時(shí)間，提高了工作效率。由于各個(gè)鉆削主軸 8 通過一個(gè)主軸驅(qū) 動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)，因此只有一個(gè)鉆削主軸 8 旋轉(zhuǎn)，其余鉆削主軸 8 不選擇，因此避免了能量的無 謂消耗，充分發(fā)揮了電機(jī)能量，也避免了無謂的零件磨損。
圓齒輪箱驅(qū)動(dòng)裝置可以為如下結(jié)構(gòu)，其包括安裝于機(jī)架 2 上的伺服電機(jī)Ⅲ 22.安 裝于伺服電機(jī)Ⅲ 22 輸出軸上的同步帶輪Ⅲ 23 以及安裝于圓齒輪箱 1 上的同步帶輪Ⅳ 24.同步帶Ⅱ 25 傳動(dòng)連接于同步帶輪Ⅲ 23 以及同步帶輪Ⅳ 24.伺服電機(jī)Ⅲ 22 轉(zhuǎn)動(dòng)通過同步帶Ⅱ 25 帶動(dòng)圓齒輪箱 1 轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)各個(gè)鉆削主軸工位的旋轉(zhuǎn)切換。進(jìn)一步的，圓齒輪箱 鎖止裝置可以為如下結(jié)構(gòu)，其包括安裝于機(jī)架 2 上的若干定位氣缸Ⅱ 17、安裝于定位氣缸 Ⅱ 17 上活塞桿頭端的插板Ⅱ 16 以及安裝于圓齒輪箱 1 上的圓齒輪箱定位盤 5.圓齒輪箱 定位盤 5 沿圓周方向均布設(shè)置有若干缺口Ⅱ 15.當(dāng)圓齒輪箱 1 旋轉(zhuǎn)到位后，定位氣缸Ⅱ 17 推動(dòng)插板Ⅱ 16 插入相對(duì)應(yīng)的缺口Ⅱ 15 中，因此實(shí)現(xiàn)圓齒輪箱 1 旋轉(zhuǎn)到位后的鎖止固定。
鉆削主軸驅(qū)動(dòng)裝置為如下結(jié)構(gòu)，通過軸承轉(zhuǎn)動(dòng)安裝于圓齒輪箱 1 中的 驅(qū)動(dòng)軸 4、安裝于機(jī)架 2 中且連接于驅(qū)動(dòng)軸 4 的伺服電機(jī)Ⅰ 3、安裝于驅(qū)動(dòng)軸 4 頭端的主動(dòng) 錐齒輪 9、通過軸承轉(zhuǎn)動(dòng)安裝于驅(qū)動(dòng)軸 4 上的惰輪安裝盤 7、轉(zhuǎn)動(dòng)安裝于惰輪安裝盤 7 上的 惰輪 11 以及安裝于各個(gè)鉆削主軸尾端的從動(dòng)錐齒輪 10.機(jī)架 2 上安裝有伺服電機(jī)Ⅱ 18. 伺服電機(jī)Ⅱ 18 的輸出軸上安裝有同步帶輪Ⅰ 19.同步帶輪Ⅱ 20 與惰輪安裝盤 7 同軸固 定，同步帶Ⅰ 21 傳動(dòng)連接于同步帶輪Ⅰ 19 以及同步帶輪Ⅱ 20.伺服電機(jī)Ⅰ 3 轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng) 驅(qū)動(dòng)軸 4 帶動(dòng)主動(dòng)錐齒輪 9 轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)一鉆削主軸 8 處于豎直向下的狀態(tài)時(shí)，伺服電機(jī)Ⅱ 18 驅(qū)動(dòng)惰輪安裝盤 7 轉(zhuǎn)動(dòng)至惰輪 11 分別與該鉆削主軸 8 上的從動(dòng)錐齒輪 10 以及主動(dòng)錐齒輪 9 相嚙合，惰輪 11 的位置通過惰輪鎖止裝置鎖止固定。此時(shí)伺服電機(jī)Ⅰ 3 輸出動(dòng)力即可傳 遞至對(duì)應(yīng)的鉆削主軸 8 轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)鉆孔工作。惰輪鎖止裝置可以為如下結(jié)構(gòu)，其包括惰輪安 裝盤 7 同軸固定的惰輪定位盤 6、安裝于機(jī)架 2 上的若干定位氣缸Ⅰ 13 以及安裝于定位氣 缸Ⅰ 13 活塞桿頭端的插板Ⅰ 14.惰輪定位盤 6 沿圓周方向均布設(shè)置有若干缺口Ⅰ 12.當(dāng) 惰輪 11 分別與相應(yīng)的從動(dòng)錐齒輪 10 以及主動(dòng)錐齒輪 9 相嚙合時(shí)，定位氣缸Ⅰ 13 推動(dòng)相應(yīng) 的插板Ⅰ 14 插入對(duì)應(yīng)的缺口Ⅰ 12 中，實(shí)現(xiàn)將惰輪定位盤 6 的位置鎖止固定。
鉆削主軸 8 可以有四個(gè)，其相互呈十字狀轉(zhuǎn)動(dòng)安裝于圓齒輪箱 1 中。四個(gè)鉆削動(dòng) 力頭已基本滿足多鉆孔直徑的加工需求。
伺服鉆孔動(dòng)力頭作為現(xiàn)代機(jī)械加工中的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于提高加工精度、效率和自動(dòng)化程度具有至關(guān)重要的作用。以下是對(duì)伺服鉆孔動(dòng)力頭結(jié)構(gòu)構(gòu)成的詳細(xì)分析。
一、引言
伺服鉆孔動(dòng)力頭是一種集成了伺服電機(jī)、控制系統(tǒng)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及鉆削機(jī)構(gòu)于一體的先進(jìn)加工設(shè)備。它通過伺服電機(jī)的精確控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的高精度鉆孔加工。本文將詳細(xì)闡述伺服鉆孔動(dòng)力頭的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，包括控制系統(tǒng)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鉆削機(jī)構(gòu)以及輔助機(jī)構(gòu)等部分。
二、伺服鉆孔動(dòng)力頭的結(jié)構(gòu)構(gòu)成
控制系統(tǒng)
伺服鉆孔動(dòng)力頭的控制系統(tǒng)是整個(gè)設(shè)備的核心，它負(fù)責(zé)接收指令、發(fā)出控制信號(hào)以及監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。控制系統(tǒng)一般由控制器、驅(qū)動(dòng)器、編碼器以及相應(yīng)的接口電路組成。
（1）控制器：控制器是控制系統(tǒng)的核心部件，它負(fù)責(zé)接收來自上位機(jī)的指令，根據(jù)指令要求發(fā)出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)按照預(yù)定的軌跡和速度運(yùn)動(dòng)?？刂破饕话悴捎酶咝阅艿臄?shù)字信號(hào)處理器（DSP）或現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）等芯片，具有高速運(yùn)算、高精度控制以及強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力。
（2）驅(qū)動(dòng)器：驅(qū)動(dòng)器是連接控制器和伺服電機(jī)的關(guān)鍵部件，它將控制器發(fā)出的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為伺服電機(jī)可以識(shí)別的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)按照預(yù)定的軌跡和速度運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)器一般采用PWM（脈寬調(diào)制）技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)的精確控制。
（3）編碼器：編碼器用于檢測(cè)伺服電機(jī)的位置和速度信息，將檢測(cè)到的信息反饋給控制器，以便控制器對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行精確控制。編碼器一般采用光電式或磁電式傳感器，具有高精度、高可靠性和高抗干擾能力等特點(diǎn)。
（4）接口電路：接口電路用于連接控制器、驅(qū)動(dòng)器、編碼器等部件，實(shí)現(xiàn)它們之間的數(shù)據(jù)交換和通信。接口電路一般采用標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議和接口規(guī)范，如RS-232、RS-485、CAN等，以確保設(shè)備之間的兼容性和穩(wěn)定性。
傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是伺服鉆孔動(dòng)力頭的重要組成部分，它負(fù)責(zé)將伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為鉆削機(jī)構(gòu)所需的直線運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一般由伺服電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、聯(lián)軸器、導(dǎo)軌以及絲杠等部件組成。
（1）伺服電機(jī)：伺服電機(jī)是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力源，它根據(jù)控制器的指令驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。伺服電機(jī)一般采用永磁同步電機(jī)或交流伺服電機(jī)等類型，具有高精度、高響應(yīng)速度和高可靠性等特點(diǎn)。
（2）減速機(jī)構(gòu)：減速機(jī)構(gòu)用于降低伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速并增加其輸出扭矩，以滿足鉆削機(jī)構(gòu)對(duì)運(yùn)動(dòng)速度和扭矩的要求。減速機(jī)構(gòu)一般采用行星輪系、蝸輪蝸桿等結(jié)構(gòu)形式，具有傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊和承載能力大等特點(diǎn)。
（3）聯(lián)軸器：聯(lián)軸器用于連接伺服電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)，傳遞扭矩和運(yùn)動(dòng)。聯(lián)軸器一般采用彈性聯(lián)軸器或剛性聯(lián)軸器等類型，具有傳遞效率高、安裝方便和可靠性高等特點(diǎn)。
（4）導(dǎo)軌和絲杠：導(dǎo)軌和絲杠用于實(shí)現(xiàn)鉆削機(jī)構(gòu)的直線運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)軌一般采用高精度直線導(dǎo)軌或滾動(dòng)導(dǎo)軌等類型，具有定位精度高、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)和承載能力強(qiáng)等特點(diǎn)；絲杠一般采用滾珠絲杠或梯形絲杠等類型，具有傳動(dòng)效率高、定位精度高和可靠性高等特點(diǎn)。
鉆削機(jī)構(gòu)
鉆削機(jī)構(gòu)是伺服鉆孔動(dòng)力頭的核心部件之一，它負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的鉆孔加工。鉆削機(jī)構(gòu)一般由鉆頭、主軸、夾具以及冷卻液系統(tǒng)等部件組成。
（1）鉆頭：鉆頭是鉆削機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部件之一，它直接接觸工件進(jìn)行鉆孔加工。鉆頭一般采用硬質(zhì)合金或高速鋼等材料制成，具有耐磨、耐高溫和切削性能優(yōu)良等特點(diǎn)。鉆頭的形狀和尺寸根據(jù)加工需求進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)。
（2）主軸：主軸是鉆削機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)部件之一，它負(fù)責(zé)帶動(dòng)鉆頭進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。主軸一般采用高精度軸承和伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和控制，具有旋轉(zhuǎn)精度高、響應(yīng)速度快和承載能力大等特點(diǎn)。主軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向可以根據(jù)加工需求進(jìn)行調(diào)整和控制。
（3）夾具：夾具用于固定工件并使其與鉆頭保持一定的位置和角度關(guān)系。夾具一般采用氣動(dòng)或液壓夾緊方式，具有夾緊力大、夾緊精度高和操作方便等特點(diǎn)。夾具的結(jié)構(gòu)和尺寸根據(jù)工件形狀和尺寸進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)。
（4）冷卻液系統(tǒng)：冷卻液系統(tǒng)用于在鉆孔加工過程中提供冷卻液以降低鉆頭和工件的溫度，保證加工質(zhì)量和延長鉆頭的使用壽命。冷卻液系統(tǒng)一般由冷卻液箱、泵、管道和噴嘴等部件組成，可以根據(jù)加工需求進(jìn)行選擇和配置。
輔助機(jī)構(gòu)
輔助機(jī)構(gòu)是伺服鉆孔動(dòng)力頭中不可少的部分，它們?yōu)樵O(shè)備的正常運(yùn)行提供必要的支持和保障。輔助機(jī)構(gòu)一般包括防護(hù)罩、潤滑系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等部分。
（1）防護(hù)罩：防護(hù)罩用于保護(hù)設(shè)備和操作人員的安全，防止飛濺的切削液和切屑對(duì)設(shè)備和人員造成傷害。防護(hù)罩一般采用鋼板或塑料等材料制成，具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、防護(hù)效果好和便于觀察等特點(diǎn)。
（2）潤滑系統(tǒng)：潤滑系統(tǒng)用于為設(shè)備的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)部件提供必要的潤滑和冷卻條件，以保證其正常運(yùn)行和延長使用壽命。潤滑系統(tǒng)一般采用油潤滑或脂潤滑方式，可以根據(jù)設(shè)備的工作條件和要求進(jìn)行選擇和配置。
（3）電氣系統(tǒng)：電氣系統(tǒng)用于為設(shè)備的控制系統(tǒng)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提供電力支持和控制信號(hào)傳輸。電氣系統(tǒng)一般包括電源、開關(guān)、繼電器、指示燈等部件，可以根據(jù)設(shè)備的功能和性能要求進(jìn)行選擇和配置。
三、總結(jié)與展望
伺服鉆孔動(dòng)力頭作為一種先進(jìn)的加工設(shè)備，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于提高加工精度、效率和自動(dòng)化程度具有至關(guān)重要的作用。本文詳細(xì)闡述了伺服鉆孔動(dòng)力頭的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，包括控制系統(tǒng)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鉆削機(jī)構(gòu)以及輔助機(jī)構(gòu)等部分，并對(duì)每個(gè)部分的功能和特點(diǎn)進(jìn)行了分析和說明。未來，隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，伺服鉆孔動(dòng)力頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能將不斷優(yōu)化和提升，為制造業(yè)的發(fā)展注入新的動(dòng)力。
鉆孔動(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， 活塞桿上裝有液壓精密穩(wěn)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。 鉆孔動(dòng)力頭的結(jié)構(gòu)是怎樣構(gòu)成的呢？具體介紹如下：
（1）控制系統(tǒng)
氣壓式鉆孔動(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)。
（2）主運(yùn)動(dòng)
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。
（3）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(jiǎn)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。
鉆孔動(dòng)力頭多功能鉆機(jī)主要由可分離式的雙動(dòng)力頭、高穩(wěn)定性履帶式樁架和先進(jìn)的液壓電氣控制系統(tǒng)構(gòu)成，配置套管螺旋鉆桿及潛孔錘等組合鉆具，可進(jìn)行多功能、多用途施工，鉆孔動(dòng)力頭特別是能在卵石漂石層及堅(jiān)硬巖層等復(fù)雜地層率鉆孔，成樁孔徑、孔壁形狀規(guī)整、質(zhì)量好，垂直精度高，施工無泥漿污染,是一種環(huán)保型的樁工機(jī)械新產(chǎn)品和新工藝。
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