楊志斌

（天津工業(yè)大學(xué)機(jī)械電子學(xué)院，天津 300160）

1 臺(tái)式鉆床的概念以及當(dāng)今存在的問題分析

1.1 臺(tái)式鉆床的概念

臺(tái)式鉆床簡(jiǎn)稱臺(tái)鉆，是一種體積小巧，操作簡(jiǎn)便，通常安裝在專用工作臺(tái)上使用的小型孔加工機(jī)床。臺(tái)式鉆床鉆孔直徑一般在13 mm以下，最大不超過16 mm。其主軸變速一般通過改變?nèi)菐г谒蛶л喩系奈恢脕韺?shí)現(xiàn)，主軸進(jìn)給靠手動(dòng)操作。通常鉆頭旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，鉆頭軸向移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。臺(tái)式鉆床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工精度相對(duì)較低，可鉆通孔、盲孔，更換特殊刀具，可擴(kuò)、锪孔，鉸孔或進(jìn)行攻絲等加工[1]。

1.2 臺(tái)式鉆床技術(shù)當(dāng)今存在的問題分析

隨著社會(huì)的發(fā)展，現(xiàn)代鉆床技術(shù)存在著許多問題，當(dāng)近的發(fā)展?fàn)顩r：在現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中，隨著加工零件方式的多樣性以及工藝發(fā)展的要求，加工零件的方法也呈現(xiàn)出多樣化，在機(jī)床切削加工的工作量約占總制造工作量的40%～60%，其中鉆床占11%，所以在當(dāng)今的機(jī)械制造業(yè)中鉆機(jī)機(jī)床是重要的加工設(shè)備。而機(jī)床的技術(shù)性能又直接影響著機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)效率。所以，為了提高科學(xué)技術(shù)水平和生產(chǎn)產(chǎn)量，必須對(duì)機(jī)床的發(fā)展作出新的要求。

機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，使我國(guó)的機(jī)械制造業(yè)正向著自動(dòng)化、精密化、高效率和多樣化的方向發(fā)展。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)我國(guó)數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量?jī)H是全部機(jī)床產(chǎn)量的1.5%，數(shù)控化產(chǎn)值僅為8.7%（到1990年底）；我國(guó)的機(jī)床在制造的技術(shù)水平和性能上與外國(guó)的差距也很明顯，機(jī)床理論和應(yīng)用技術(shù)的研究也明顯落后。所以我們要不斷學(xué)習(xí)和引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，大力發(fā)展研究，推動(dòng)我國(guó)機(jī)床工業(yè)的發(fā)展[2]。

問題的提出從以上現(xiàn)狀分析我們可以看出，在機(jī)床加工中鉆床的加工工作量在總制造工作量中占有很大的比重。長(zhǎng)期以來我國(guó)的機(jī)械機(jī)械制造業(yè)中孔類加工多數(shù)由傳統(tǒng)鉆床來完成，但是傳統(tǒng)的鉆床在大批量生產(chǎn)時(shí)存在許多的不足之處：自動(dòng)化程度低，很難進(jìn)行大批量的生產(chǎn)；工人勞動(dòng)效率低，并且工人的工作環(huán)境非常惡劣；占用的人力較多，操作固定不變?nèi)菀壮鲥e(cuò)；精度低，工件裝夾浪費(fèi)時(shí)間；加工的產(chǎn)品質(zhì)量低[3]。針對(duì)以上的傳統(tǒng)鉆床的不足之處以及生產(chǎn)中存在的問題，我們有必要對(duì)傳統(tǒng)鉆床進(jìn)行自動(dòng)化的改進(jìn)。

2 Z4116臺(tái)式鉆床的自動(dòng)化改造的整體方案

根據(jù)生產(chǎn)的要求，現(xiàn)對(duì)由大連某機(jī)械制造有限公司生產(chǎn)的Z4116型臺(tái)式自動(dòng)鉆床進(jìn)行整體改造。Z4116型臺(tái)式自動(dòng)鉆床的工作流程：?jiǎn)?dòng)（電源或控制器）—主軸快進(jìn)—主軸工進(jìn)—主軸停留—主軸快退—主軸快退停止—主軸電機(jī)和液壓泵電機(jī)停轉(zhuǎn)。普通鉆床的主運(yùn)動(dòng)是主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從電動(dòng)機(jī)經(jīng)由皮帶輪傳送給主軸；鉆床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由齒輪齒條系統(tǒng)完成。改造后的鉆床主運(yùn)動(dòng)依然從電動(dòng)機(jī)經(jīng)由皮帶輪傳送給主軸，但進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用液壓傳動(dòng)進(jìn)給，如圖1所示。

總體設(shè)計(jì)的構(gòu)思與方案的擬定，關(guān)系到產(chǎn)品的功能的齊全、性能的優(yōu)良、經(jīng)濟(jì)效益是的顯著。因此，我們要確定良好的總體設(shè)計(jì)思想，確保產(chǎn)品的功能、經(jīng)濟(jì)效益和實(shí)用性能[4]。總體設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括：執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；原動(dòng)機(jī)類型的選擇和傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；總體布局設(shè)計(jì)；輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；為了完成普通臺(tái)式鉆床的改造及進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，我們依循機(jī)床設(shè)計(jì)的一般步驟來制定自動(dòng)鉆床的總體設(shè)計(jì)方案。普通鉆床的自動(dòng)化改造是以某五金工具廠鋼絲鉗生產(chǎn)線的自動(dòng)化改造為背景的。如，已知加工對(duì)象為鋼絲鉗，加工工序?yàn)樵阡摻z鉗上鉆削直徑為Φ2 mm（鉆床最大鉆削直徑）的通孔，鋼絲鉗材料為Q235。改造后的全自動(dòng)鉆床應(yīng)滿足：滿足自動(dòng)連續(xù)生產(chǎn)，且生產(chǎn)率為3把/min；自動(dòng)化改造應(yīng)是機(jī)械、電氣和液壓的有機(jī)結(jié)合；傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)包含切削力計(jì)算、電動(dòng)機(jī)選擇、傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)、床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等；設(shè)計(jì)重點(diǎn)為鉆床液壓進(jìn)給系統(tǒng)之進(jìn)給油缸設(shè)計(jì)；自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)以PLC與手動(dòng)相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)。

圖1 改造方案

在Z4116型臺(tái)式鉆床的自動(dòng)化改造中可以采用PLC控制系統(tǒng)對(duì)改造后的鉆床進(jìn)行控制。在控制系統(tǒng)上應(yīng)以PLC控制系統(tǒng)與手動(dòng)相結(jié)合，這樣可減少多余勞動(dòng)力的消耗和在生產(chǎn)制作零件的過程中誤差的產(chǎn)生，從而減少生產(chǎn)材料、生產(chǎn)時(shí)間的浪費(fèi)和消耗提高生產(chǎn)效率。

3 進(jìn)給系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)方案

為了解決該鉆床進(jìn)給系統(tǒng)的問題，需要將液壓進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。根據(jù)分析，決定對(duì)液壓進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行全面改造。最易引起故障的四只液控閥被去除，切入進(jìn)給從原油路順序控制改為電磁閥分別控制?？刂魄腥脒M(jìn)給的三位五通電磁閥與粗、細(xì)磨轉(zhuǎn)換的二位三通電磁閥配合，可以輕松實(shí)現(xiàn)機(jī)床鉆孔工件的快跳、快速趨進(jìn)、粗磨進(jìn)給、細(xì)磨進(jìn)給、延時(shí)無進(jìn)給鉆孔的所有功能。改造后的液壓控制系統(tǒng)，均采用獨(dú)立功能液壓件，只要各個(gè)液壓件正常工作，系統(tǒng)則正常工作。因而即使發(fā)生故障也很容易判斷和維修。液壓配件采用國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)易維修、易采購(gòu)。經(jīng)生產(chǎn)使用證明，液壓進(jìn)給系統(tǒng)，技術(shù)改造前的多發(fā)故障被徹底排除，幾乎沒有作穩(wěn)定的可再出現(xiàn)因液壓方面而停機(jī)維修的故障。

改造后的Z4116型臺(tái)式機(jī)床可運(yùn)用PLC操作系統(tǒng)和液壓進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行工作，如圖2所示。

圖2 改造后自動(dòng)鉆床的工作流程

4 總結(jié)

根據(jù)工件材料與孔徑大小的不同，Z4116型臺(tái)式鉆床可以通過更換不同直徑的皮帶輪來改變轉(zhuǎn)速、通過調(diào)節(jié)調(diào)速閥的通流面積來改變進(jìn)給速度，以適應(yīng)不同工件的加工要求；運(yùn)用編程控制系統(tǒng)（PLC）進(jìn)行自動(dòng)控制編程更方便、程序更清晰直觀、調(diào)試和查錯(cuò)更容易。該鉆床的自動(dòng)化改造是對(duì)機(jī)械、液壓、電子技術(shù)的綜合應(yīng)用。經(jīng)過改造后，保留了原鉆床的基本結(jié)構(gòu)和工作性能。

[1]史傘富.金屬切削手冊(cè)[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2003．

[2]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[3]熊順源，童幸生.臺(tái)式鉆床的自動(dòng)化改造[J].機(jī)械工程師，2008，（11）.

[4]王小玲，劉萬軍.磨床液壓進(jìn)系統(tǒng)的改造[J].軸承，2007，（5）.