120喷油器针阀体进油孔用微型钻孔动力头及夹具设计论文

江南大学 毕业设计说明书 学科专业 机械制造及自动化 学生姓名 设计题目 喷油器针阀体进油孔用微型钻孔动力头及夹具设计 2003 年 5 月 8 日 1 摘要 目前，我国的汽车行业非常繁荣，大量的汽油机和柴油机装在各种各样的汽车中。油泵油嘴是柴油机的心脏，其功能是产生高压，将液态柴油通过小喷孔雾化后，喷入柴油机气缸燃烧，使热能转化为机械能。由于柴 油机的经济性、动力性优于汽油机，所以柴油机的使用量大幅增加，不仅载重车使用柴油机，现代的轿车也开始采用柴油机，油泵油嘴的产量也相应提高。我国年产油嘴偶件 6000万付，其中油嘴针阀体上的进油孔采用人工分级钻孔，劳动强度大、效率低。针对这种情况，设计了油嘴针阀体进油孔钻孔动力头及夹具。动力头主轴采用电机驱动，压缩空气推动进给，外接电子扭矩保护器，自动实现多次进给。针阀体进油孔加工夹具利用针阀体的中孔和端面定位，气动夹紧，由气动逻辑元件组成的控制气路实现对工件的快速夹紧、工作进给、快速后退，提高了加工效率，保护了 刀具，并可组成自动生产线。通过对动力头设计、夹具设计、气路设计、电子扭矩保护器电路设计，使学到的机械、电子、液压、数控机床等知识得到综合运 用。 2 ABSTRACT Now, automobile profession in our country is very prosperous. The large quantitys gasoline engines and diesel engines have been packed in every kind of automobile. Fuel injection pumps and fuel injectors are the diesel engines heart； its function produces the high pressure. Pass the small spray hole and the liquid diesel should be atomized, and spray into the diesel engine cylinder and combustion, makes the thermal energy conversion to machine energy. Because the diesel engines power characteristics and economics surpass the gasoline engine. Therefore the diesel engines have great capacity. Not only heavy-duty automobiles use the diesel engines, but also the modern cars start adopting the diesel engines. Fuel injection pumps and fuel injectors thus have been exaltation. Our country produce fuel injectors 6000 ten thousand piece per year. Among them, the fuel inlet hole in needle valve body was drilled by the artificial method and divided by several stages. The labor strength is high, efficiency is low. Aim at this kind of circumstance, designed the mini device for drill the fuel inlet hole in needle valve body and tong. The principal axis of device was droved by electrical motor. The compressed air pushes the tool to work. And the electronics torque protector also has been used, automatically realizes drilling to many times. The tong of drilling the inlet fuel hole of needle valve body used the center hole of body and its plane to fix the position, and tighten the needle valve body by compress air. The control device comprised air logic components should realize quickly tightens, work to feed、 quickly retreat. Increased to process the efficiency. Protected the tools. And can constitute the automatic production line. Through power head design、 tongs design、 air line design、 the electronics torque protector design, make the machine knowledge、 electronics knowledge、 liquid press knowledge、 NC machine knowledge etc, have a synthesize application. 3 毕业论文目录 一 前言 二 柴油机工作原理简述 1、 柴油机工作过程 三、喷油器的工作原理和作用 四、动力头设计 a) 动力头工作原理介绍 b) 主轴转速计算 c) 齿数强度校核 d) 传动键的强度校核 e) 轴的强度及刚度计算 五、夹具设计 a) 夹具结构说明 b) 定位误差计算 六、气路设计 1)简述 2)气动逻辑元件原理 3)气路的工作原理 七、扭矩保护电路设计 1 引言 2 测速式扭矩保护的原理 3 具体设计方法 4 转速的测量比较及控制电 路 八、微型进给钻孔动力头及钻孔夹具设计总结 九、毕业设计总结 十、附录 十一、参考文献 4 一、 前言 汽车工业是我国的支柱产业，其发展前景相当广阔。随着国家对汽车节能、环保的要求 ,柴油机的使用量大幅度增加，而作为柴油机的心脏 油泵油嘴，其生产量更大，光油嘴偶件，我国年产量可达 6000 万付，油嘴偶件包括针阀和针阀体。目前针阀体进油孔基本采用人工加工，即用台钻，人工分级钻孔，二硫化钼润滑。此方法效率低、劳动强度大，每班产量只有 800 件。鉴于此，我们开发了微型动力头，国内尚无如此小型的动力头，该动力头用电机驱动，压缩 空气推动进给，扭矩保护，自动分级进给。实际使用表明效率高，安全。可组成自动生产线。 二、柴油机工作原理简述 1、柴油机工作过程 图 1 是柴油机的示意图，当活塞由上止点向下运动时，外界新鲜空气由进气门被吸入气缸。活塞由下止点向上运动时，使进入气缸内新鲜空气的温度、压力都有较大的升高。在接近上止点时，将雾化了的柴油从喷油器喷入气缸内与空气混合，使柴油自行着火燃烧，放出热量。混合气的温度和压力急剧升高，燃烧气体膨胀，推动活塞向下运动作功。由于往复运动所做的功，难以直接利用，故通过曲轴连杆把往复运动转变为回转运动后， 对外输送，这就是柴油机把燃料的热能转变为机械功的简单过程。为了使这种能量的转变过程连续不断地进行下去，在燃烧膨胀后，活塞到下止点又向上运动，将燃烧后的空气从排气门排出气缸，为再次吸入新鲜空气，进行下一个能量转换过程作准备。由此可见，柴油机要完成一次能量转换必须经过进气、压缩、燃烧和排气等 4 个工作过程，称为一个循环。 图 1 柴油机的示意图 5 柴油机要完成进气、压缩、燃烧、排气 4 个工作过程的方法有两种：曲轴旋转一周（即活塞两个行程）完成一个循环叫做二冲程柴油机；曲轴旋转两周（ 即活塞四个行程）完成一个循环的称为四冲程柴油机。现代中、小功率柴油机四冲程占极大多数，二冲程用得很少；四冲程柴油机工作过程如图 2 所示，图中表示各个行程活塞、连杆、曲轴及气门的相对位置。 图 2 柴油机工作过程 第一行程 进气行程 在活塞接近上止点时，排气门关闭，进气门打开，当活塞由上止点向下止点移动时，气缸内容积增大，压力降低，新鲜空气吸入气缸。为了使气缸内能充入更多的新鲜空气，提供足够的氧气，以保证柴油充分燃烧，活塞除了在上止点前进气 门早开外，关闭也在下止点稍后，这就使进气门有一个早开、晚关的规律。 第二行程 压缩行程 由于曲轴的旋转，活塞由下止点向上止点运动，进、排气门都关闭，气缸容积逐渐减少，空气被压缩，结果使气体的温度与压力都有明显上升，为燃油喷入气缸后能迅速燃烧创造有利条件。 通常，空气压力为 3MPa 时，柴油的自燃温度约为 300，为了确保燃油喷入气后能迅速燃烧，选择适当的压缩比，使实际过程在接近压缩终了时，温度要比柴油的自燃温度（在 1at的空气中轻柴油自燃温度为 330350，自燃温度随压力增高而降低）高得多，一般柴油机 压缩后的气缸压力约为（ 3055）100KPa，温度能升到 500750，这就远远超过了柴油的自燃温度，使柴油喷入气缸内能迅速燃烧。 第三行程 燃烧膨胀行程 1 燃烧 柴油机活塞在上止点前喷油器开始喷油，喷入缸内的燃油借压缩终 6 了高温空气的热量自燃 .燃烧开始进行得很快，产生大量热量，使气缸内温度，压力急剧升高，当压力到达最大值 Pz 后，燃烧继续进行，但是活塞已由上止点向下移动，由于气缸内容积逐渐增大，所以气体压力的增长就不明显了。在燃烧过程中，气缸内瞬时最高温度可达 17002000左右，最大燃烧压力 达 69MPa（有些增压柴油机可高达 13MPa） 柴油机最大燃烧压力 Pz 通常发生于上止点稍后，也就是指活塞已离开上止点，向下移动了一定距离，燃气已有少量膨胀，一部分热能开始转变为机械功。 2 膨胀 活塞到达上止点后，在燃烧压力的推动下向下移动，过了最大燃烧压力点，柴油机进入膨胀阶段。气缸容积增加，压力和温度随之下降。在膨胀的初期，燃烧仍在继续进行，这种燃烧称为补燃。 第四行程 排气行程 燃烧膨胀过程，活塞向下止点移动。为了使气缸内的废气尽可能排得干净，排气门在活塞到达下止点前提早开启，部分废气就开始排出 气缸。当活塞由下止点向上移动时，则废气在活塞的驱赶下迅速排出。活塞到达上止点，排气尚未关闭。仍在利用下一循环进入气缸的新鲜空气，继续扫除一部分废气。为了使废气能更多地排出气缸，排气门也同样有早开晚关的规律，所以在排气尚未结束，下一循环的进气过程已经开始。 三、喷油器的工作原理和作用 喷油器是柴油机燃油系统的重要部件之一，其主要作用是使燃油在一定的压力下，以雾状的形式喷入燃烧室，即让液态的柴油在高压下变成气态，并合理分布，以便和空气混合形成最有利于燃烧的可燃混合气。 喷油器结构及其工作原理 如图 3 所示，喷油泵 压出的高压燃油经过高压油管、进油管接头 4、滤清针 3通入喷油器体 9 的油孔及喷油嘴偶件 12 的进油孔 14，进入盛油槽 13 内，具有压力p 的柴油垂直方向作用于针阀的承压锥面 A、 B 上，作用在 A、 B 面的轴向分力 py使针阀具有向上运动趋势；而针阀上部有调压弹簧的压力 E，通过顶杆 10 压在针阀上，阻止针阀向上运动。当 pyE 时，针阀在 py力的作用下，克服了调压弹簧压力 E 而向上运动，针阀座面就离开阀体座面，使盛油槽与喷油孔相通，这时，高压燃油则从喷油孔以 7 图 3 喷油器结构图 雾状喷入燃烧室。开始顶开针阀时的燃油压力称为开启压力 po。经一定时间后，盛油槽内油压迅速下降，当 py 小于调压弹簧压力 E 时，针阀落座，座面又起密封作用，使盛油槽与喷孔隔开，停止喷油，从开始喷油到停止喷油所经历的时间称为喷油延续期。调压螺钉 2 是用来调整调压弹簧 8 的预紧力，当调压螺钉向前拧进时预紧力加大，则开启压力加大，调压螺钉向后退，则预紧力减小，开启压力也减小。针阀与阀体配合虽然十分精密，但因有相对运动，故总有一定间隙，通常这种间隙为 1 53um。由于间隙的存在 ，所以盛油槽中的高压油会通过间隙慢慢向调压弹簧端泄漏，最后通过回油管接头 1 及油管流入油箱。锁紧螺帽 7 用以紧固调压螺钉，防止工作时松动而影响喷油开启压力及喷油压力。 针阀和针阀体是一对精密偶件，配对使用，不可互换。随着排放法规的日益严格，现代柴油机需要的喷油压力越来越高，油嘴喷射压力达 100MPa 以上，针阀体上的进油道需承受如此高的压力，而且进油孔有粗糙度要求，又是细长孔，所以进油道的加工需由以往的人工钻孔改为专机加工，为此我们设计了专门加工针阀体进油道的动力头。 四、动力头设计 a) 动力头工作原理介绍。动力头的 运动分旋转动和进给运动。微型电机的输出端装有齿轮 Z1， 通过 Z1、 Z2、 Z3、 Z4，使传动轴旋转，传动轴上 8 开有长槽，长槽里装有传动销的一端，另一端与主轴相连，由传动销再驱动主轴旋转。当气缸里通入压缩空气时，活塞向前移动，活塞与主轴通过滚动轴承连接在一起，活塞移动，主轴产生进给运动。进给及后退行程由两个微动行程控制，随动杆上的挡块可调节钻孔的加工深度。 b) 主轴转速计算 动力头传动见图 4 已知 n1=6000rpm， Z1=35， Z2=45， Z3=28， Z4=52。 Z1 n1=Z2 n2， n2=Z1/Z2.n1 Z3 n2=Z4 n3， n2=Z4/Z3.n3 Z1/Z2.n1=Z4/Z3.n3 142313 nZZZZn 将 n1， Z1， Z2， Z3， Z4 代入上式求得 n2=4700rpm， n3=2512rpm c) 齿轮强度校核，本传动系采用的是封闭式传动，只需校核齿面接触强度。 i. p=0.12kW， m=1 d1=mZ1=35mm d2=mZ2=45mm d3=mZ3=28mm d4=mZ4=52mm b3=14mm mNn PT 191.0955 011 86.12852343 ZZu mNn PT 2455.0955022 9 mNn PT 4584.0955033 从传动系结构知，只需校核 Z3 的齿面接触强度即可 2）分度圆切向力 NdTFt 6.17200032 3）使用系数 KA=1 （负荷均匀） 4）齿数公差精度 7 级 K1=26.8 K2=0.0193 动载系数 Kv 22324111 0 0)(1 uuVZkbFKKKAV smndv /9.61 0 0 060 4 7 0 0281 0 0 060 23 2286.1186.11 0 09.628)0 1 9 3.0146.1718.26(1VK =1+21.3 1.932 0.88=37.2 5）齿向载荷分布系数 KH =1 齿向载荷分配系数 KH =1.2 6）材料弹性系数 2/190 mmNZE 节点区域系数 ZH=2.5 接触强度的重合度与 系数 Z =1 7）试验齿轮的接触疲劳极限力（调质钢淬火， HRC.48 ，中等质量要求） 8）接触强度的寿命系数 ZN=1 润滑油膜影响系数 ZLVR=0.98 工作硬化系数 ZW=1 接触强度计算的尺寸系数： Zx=1 10 接触强度最小安全系数 SHmin=1 9）齿面接触强度 23/8 3 676.11 9 05.22.112.37186.1186.128146.1711 9 05.21mmNKKKKuubdFZZZHHVAtEHH 10）许用应力 2m i nl i m /98 01 1198.0110 00 mmNS ZZZZHXWL V RNHHP HPH 齿面接触强度满足使用要求。 d）传动键的强度校核 本键联接的主要失效形式是工作面的的压溃和磨损（对于动联接）。除非有严重的过载，一般不会出现键的剪断。 设载荷为均匀分布，可得本键联结的挤压强度条件 4 pp dhlT 在本设计中使用的平键型号是 B3 12 （ GB1096-76） 结构见图 5 d= 10， b=3， h=3， l=12 由设计手册查得平键的许用挤压压力 p=110N/mm2 11 2/512310 1 0 0 04 5 8 4.04 mmNp pp 选用的平键满足使用要求 e）轴的强度及刚度计算 1） 轴的强度及刚度计算 在动力头中，传动轴只传递转矩，而且是圆截面，其直径 d=10mm，其强度条件 PZT 33 2002.0 mmdZ P 2/3.22 0 0 1 0 0 04 5 8 4.0 mmN 传动轴的材料为轴承钢 GGr15，由手册查得 =60N/mm2 ，满足强度要求。 2） 传动轴为细长轴，其细长比为 267/10=26.7，需对其进行刚度计算， 钢的切变模量 G=8 104N/mm2，轴在全长上的扭转角不得超过 0.8， 即 = 0.8 04244 089.01014.3108 18010002674584.03218032 dG Tl ，轴的刚度满足使用要求。 综上所述，设计的 传动轴满足了强度和刚度的要求。 五、夹具设计 a)夹具结构说明 油嘴针阀体在加工进油孔前已加工好中孔（ 6）及端面，根据这种条件，用 6 的中孔及端面定位。 2 的进油孔为细长孔，为保证孔的位置精度及防止刀具在切入后引偏或折断，采用了钻模板，由于钻模板较小，为降低成本，就直接在钻模板上打 2 的孔，使模板与钻套成为一体，并进行淬火处理（ HRC45 50），以提高耐磨性。为便 12 于排屑，又不影响钻套的导向作用，钻摸板与工件间留有 2 毫米的排屑间隙。针阀体装在定位销上，由气动夹紧。 b)定位误差计算 各零件尺寸见图 6 )(6 05.0 01.0 针阀体中孔尺寸 )(6 01.0 021.0 定位销尺寸 )(04.05 孔的距离钻摸板定位销孔与导向 针阀体与定位销单边接触 两中心线的最大偏差 0 3 6.0)0 2 1.005.0(21m ax 两中心线的最小偏差 0)01.001.0(21m i n 实际加工后中孔与进油孔的距离为 04.0076.00 036.0 5)(04.05 L 零件要求针阀体中孔与进油孔的距离为 5 0.1，由此可知，设计的夹具满足 零件的加工要求。 六、气路设计 13 1）简述 气源采用压缩空气。夹紧缸用于夹紧工件，进给缸用于动力头的进给运动。整个气路由气动逻辑元件，二位四通阀、节流阀、夹紧缸、进给缸组成，实现快速夹紧、工作进给，快速后退。 2）气动逻辑元件原理 （ i） 双稳元件 QLJ-106 当控制端输入信号 a 时，气源便由 p 通 S1， 而 S2 与排气孔 O 相通。此时双稳处于“ 1”状态。 在 a 信号消失后，另一控制端的输入信号 b 到来之前， 阀芯总是保持在右端位置，气源从 S1 输出。当控制 端有信号 b 时，阀芯 被推向左端， 此时气源便由 P 通 S2，而 S2 与排气孔 0 相通。于是双稳处于 0 状态。在信号 b 消失后，阀芯仍稳在左端，气源仍从 S2 输出。实现了双稳功能。见真值表 （ ii） 常通可调延时元件 QLJ-203 它由一非门元件，一单向元件，一个可调节流孔和一气室组成。接通气源 P 后， S 即有输出。当有信号 a 是时，气流经可调节流孔向气室充气，当 气室内压力经延迟一定时间达到动作压力时，再关断输出 S。即常通有信号后延时关断。如信号 a 消失，气室中气体经单向阀快速排气，气源 P 与输出 S 恢复接通状态。 a b S1 S2 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 14 （ iii）或非元件 QLJ-104 当 a,b 都无信号时， S 有输出 当 a,b 任一个有信号或都有信号时， S 无输出。 见真值表 （ iiii）或元件 QLJ-103 原理与 QLJ-104 相反。 见真值表 3）气路的工作原理 没有进给信号时，在气压的作用下，两只缸处于原始状态。当进给信号发出后， S1 通气，二位四通阀动作，夹紧缸快速夹紧工件，同时常通延时元件 a 有信号，经延时， S 断开，或非元件 S 通气，另外一个二位四通阀工作，在节流元件的作用下，气缸缓慢进给。若钻头在进给过程中，当转速低于设定的转速时，则产生扭矩保护信号， QLJ-103 的输出端 S 通气， QLJ-104 输出端断气，二位四通阀使进给气 缸快速后退，排出铁屑等。当转速高于设定的转速时，扭矩保护信号消失， QLJ-103 的输出端 S 断气， QLJ-104 输出端通气，二位四通阀又使气缸产生工作进给。当钻孔深度达到图纸要求后，主轴上的挡块碰到常断微动行程阀，QLJ-103 的 b 端通气，双稳元件 QLJ-106 的 b 端有信号， S2 通气，二位四通阀使夹紧气缸快速后退，与此同时， QLJ-203 的 a 无信号， S 通气， QLJ-104 的 S端断气，二位四通阀使进给气缸快速后退，当随动杆退到与常通微动行程阀相碰时，气缸活塞停止后退。由此就实现了快速夹紧、工进、快速后退的动能， 完成a b S 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 a b S 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 15 零件的加工。当下一个进给信号到来时，重复以上动作。 七、扭矩保护电路设计 1 引言 在机械加工行业中，经常会碰到一些需要进行扭矩保护的情况。例如在钻削加工中，尤其是油泵油嘴行业中，涉及到一些细长孔的加工，由于加工的孔长径比较大，钻削时铁屑不易排出，所以利用一般的钻床加工很容易使钻头断在工件中，导致工件报废，影响生产效率。这种加工以前在实际中主要靠熟练工人的经验来保证，即工人凭手上的感觉去判断钻头在工件中受阻的情况。当阻力大时，工人会抬起钻头，排出铁屑，然后再往下钻，如此，各次循环，直至孔钻到要求为止，这 样在连续生产中，工人平均每天手动抬起、按下钻头约几千次，劳动强度很大，且仅凭经验也很难保证不出废品。而且生产效率也比较低。鉴于这种情况，很多科技工作者就想设计一种自动钻床来替代这种繁锁的手工操作，也即通过实时测量钻头在钻削过程中受阻的情况，当测到受阻达到某一设定的临界值时，就通过一装置控制钻头继续钻削，如此往复。这里实时监测钻头受阻的情况也就是要敏感钻头的受扭矩的变化，当受扭矩达到某临界值（通过试验获得）时，就得使钻头退回，否则就会断钻头。现在基于这种构思的自动钻床已有产品，但现有的产品中其扭矩保护一般都是 用扭矩传感器来直接敏感钻头受扭矩的情况，然后由一套电路及单片机等来判断处理。这种处理方法一般使机床的造价提高很多，且结构较大。另外由于所用的扭矩传感器常用到弹性元件，时间长了这种弹性元件会产生永久变形，导致灵敏度降低。从而使保护失败。为此我们开发了一种实用的低成本并且可靠性很好的测速式扭矩保护装置。 2 测速式扭矩保护的原理 如引言中所述，一般要进行扭矩保护的场合，常通过扭矩传感器来直接敏感扭矩的变化，而在钻削加工中，如仍采用这种方法，就显得复杂。测速式扭矩保护的原理是：通过测量被保护主轴的转速来间接获得其 扭矩变化的情况，从而达到监测其扭矩并保护的目的。具体而言即为：一般钻床中主轴都是通过皮带轮由皮带与电机主轴相连，因此钻削时，钻头受阻，所受扭矩增大，主轴转速就会降低，只要敏感到主轴转速的变化，也就可间接获得钻头扭矩的变化。这里利用光电传感器来测量主轴转速，当转速下降到临界值（预先设定）时，即由控制电路发出一信号，使钻头抬起从而起到扭矩保护的作用。下面将以一种分级进给的动力头为例来具体阐述其实现方法。 16 3 具体设计方法 分级进给动力头是一种实用的加工细长孔的装置。其原先的设计方法是定时办法来控制钻头钻动作及退动 作。由气动逻辑电路来定时，使钻头每次钻一定时间（设为 t）就退回，排出铁屑，冷却后再钻。这种方法也简便易行。但由于实际钻削时，工件材质不同，孔的尺寸不一样，而且即使对同一零件，由于开始钻时，铁屑排出容易，而越往深处钻，就越困难，因此，要定出一个折中的 t 比较困难，定长了，可能扭矩已大到断钻头时还没发出钻头退回的控制信号，定短了则来回动作次数增加，效率降低。鉴于这种情况，适宜采用笔者前面所述的转速临界值，与零件材质，待加工孔的尺寸等都无关，而只要根据试验定出，对一特定钻头，当其转速下降多大时其扭矩已达到极限即可。 由此根据起始转速定出保护的下限转速值就可以了。实际工作时，每当转速下降到这临界值即控制电磁阀动作，使钻头退回。这样既能可靠地保护钻头不出废品，又可提高工效。 4 转速的测量比较及控制电路 主轴的转速由霍尔传感器来测量，霍尔传感器测速电路如图 1 所示，其中磁钢用胶水粘在齿轮 Z4 上的 4 沉孔里，霍尔传感器安装在动力头的后盖上。当齿轮 Z4 随主轴转动时，霍尔传感器的输出点 A 处就产生脉冲，其频率对应于主轴的转速。由于在钻削加工时，主轴转速一般都为 20002500r/min,转速很高，故常采用频率法测转速，由时基电路产 生一基准时基，设周期为 T1，如在 T1 时间内测转速脉冲数为 n1,则每分钟主轴转速为（ n1 60） /（ T1），实际中 T1 为定值，则 n1 即对应于实际转速。 如图 2 为时基产生电路，其中晶振为 100kHZ。 图 3 为转速测量、比较及结果控制电路，由时基产生的时基脉冲信号与转速信号同时输入一与非门，其输出接计数器（低位）的脉冲输入端。其中转速计数值 n1 由 4 片串联的十进制计数器 4518 来完成， 4 片 4518 的输出分别为 n1 值的千、百、十、个位，该计数值在每次计完时由 4 片 4042 锁存到 BCD 比较器 4585的一路输入端， 4585 的另一路输入端接 4 片拔码盘，即 n1 为 A，由拔码盘设定的值为 B。当 AB 时，说明转速大于设定值，此时 AB 输出无效，当有一次采样到 A 值小于 B 时，说明钻头转速已下降到低于设定值，即此时所受扭矩较大，则输出 AB 立即有效，控制电磁阀动作使钻头退回，一旦钻头退回，带出铁屑， 17 并冷却，则转速又升高。这样转速测量电路中计到的 n1 也增大，则输出 AB 又无效，此时则又可控制钻头作下一次钻削动作。图中 4528 用来产生时间延迟，其基准信号也来自时基信号，当 T1 的下降沿来到时，即控制 4042 进行信号锁存，在此信号基础上延时 t1 后控 制 4518 的清零端对 4 片 4518 进行清零，以便下一次计数仍从零开始。 以上部分详细介绍了测速式扭矩保护的原理，设计方法，并通过实际应用例子讲述了其应用。这种方法在其他一些类似的需进行扭矩保护的地方也可应用。 八、微型进给钻孔动力头及钻孔夹具设计总结 微型分级进给钻孔动力头的研制，经过三次改进，最终完成研制工作，研制工作分以下四步进行： 1、按原方案，采用进给气缸推进、 60W 单相串激式电机驱动主轴，随动气缸控制每次工进的起点，气动延时元件控制控制每次工进的持续时间，完成分级进给。第一轮样机完成后，进行了切削试 验，用 GCr 冷拉园钢做试样，钻孔直径 1.7，钻孔深度 24（相当于长型孔式油嘴进油孔的尺寸），冷却液为普通乳化液，由于电机功率不足，而且串激式电机扭矩特性较软，切削时转速迅速下降，工进速度必需控制得较低，而且每次进给深度很小就必须退回，钻一个孔需进给二十多次，耗时约三分钟。 2、将电机换成 120W 三相电机，钻孔时转速没有明显下降，钻一个孔进给十多次，耗时约一分半钟。 3、随着钻头进入工件深度的增加，排屑逐渐困难，切削扭矩增大，分级进给最后一次工进时切削 扭矩最大，钻头最容易折断，因此所允许的切削深度也最小，但由于采用气动延时元件控制控制每次工进的持续时间，每次工进深度是固定的，为了保证钻头不折断，只能按最后一次工进所允许的切削深度确定每次工进的持续时间，这样造成过多的进给次数和过多的往复空行程，因此耗时较多。为克服这个缺陷，将气动延时元件取消，增加一个自行研制的扭矩保护器，其工作原理是在齿轮 Z4 上加一个磁钢，齿轮室盖上装一个转速传感器 ,该传感器是一只霍尔开关传感器，属半导体传感器，半导体材料有一个重要特性是对光、热、力、磁、气体、湿度等物理量的敏感性，利用 半导体材料的这些特性，作为非电量电测的转换元件，半导体传感 18 器具有许多明显的特点，通常可制成结构简单、体积小、重量轻的器件，它们的功耗低、安全可靠、寿命长，对被测量敏感，响应快，易于实现集成化。但它们的输出特性一般是非线性的，常常采用线性化电路，受温度影响大，须采用温度补偿措施。霍尔传感器就是利用半导体材料的磁敏特性来工作的传感器，霍尔元件是一种半导体磁电转换元件，一般由半导体制成，当霍尔元件置于磁场中，如果对应端通入电流，另外对应端就出现电位差，当磁场发生变化时，电位也相应变化，这种现象称为霍尔效应。而用霍 尔元件制成的转速传感器利用了半导体的开关特性，充分发挥了半导体的优点，半导体的缺点对传感器没有影响。由霍尔传感器产生的转速信号送入转速比较器，工进时随着切削深度的增加，切削扭矩增大，转速逐减下降到某一设定转速时，转速传感器发出信号使主轴后退。设定转速由转速比较器上的数码拨盘人为设置。采用这种扭矩保护器后钻 1.7的孔耗时约一分，钻 2 24的孔（相当于现生产的长型孔式油嘴进油孔尺寸）耗时约 40 秒。 4、为了进一步提高效率，将主轴转速由 2000 转 /分提高到 2500 转 /分，钻 2 24 的孔耗时约 26 秒。 该动 力头如用于油嘴进油孔专机，四个头装在一个床身上，一人操作，每班工作 6.5 小时，单班产量为 3000 件，现在人工用台钻班产量为 1000 件，而且必须加清洗二硫化钼的工序。该动力头如用于油嘴定位孔专机，三个头装在一个床身上，一人操作，每班工作 6.5 小时，单班产量为 4000 件，现在人工用台钻班产量为 800 件。以上两台专机适合较大的油泵厂使用。也可将进油孔工序和定位孔工序装在一台专机上，两个头钻进油孔，一个头钻定位孔，适合较小