Z4116型臺式鉆床的自動化改造及進給系統(tǒng)設(shè)計

楊志斌

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

1 臺式鉆床的概念以及當(dāng)今存在的問題分析

1.1 臺式鉆床的概念

臺式鉆床簡稱臺鉆，是一種體積小巧，操作簡便，通常安裝在專用工作臺上使用的小型孔加工機床。臺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喩系奈恢脕韺崿F(xiàn)，主軸進給靠手動操作。通常鉆頭旋轉(zhuǎn)為主運動，鉆頭軸向移動為進給運動。臺式鉆床結(jié)構(gòu)簡單，加工精度相對較低，可鉆通孔、盲孔，更換特殊刀具，可擴、锪孔，鉸孔或進行攻絲等加工[1]。

1.2 臺式鉆床技術(shù)當(dāng)今存在的問題分析

隨著社會的發(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)今的機械制造業(yè)中鉆機機床是重要的加工設(shè)備。而機床的技術(shù)性能又直接影響著機械制造業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和勞動效率。所以，為了提高科學(xué)技術(shù)水平和生產(chǎn)產(chǎn)量，必須對機床的發(fā)展作出新的要求。

機械制造業(yè)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步，特別是數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，使我國的機械制造業(yè)正向著自動化、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)計我國數(shù)控機床的產(chǎn)量僅是全部機床產(chǎn)量的1.5%，數(shù)控化產(chǎn)值僅為8.7%（到1990年底）；我國的機床在制造的技術(shù)水平和性能上與外國的差距也很明顯，機床理論和應(yīng)用技術(shù)的研究也明顯落后。所以我們要不斷學(xué)習(xí)和引進國外先進科學(xué)技術(shù)，大力發(fā)展研究，推動我國機床工業(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。長期以來我國的機械機械制造業(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)時存在許多的不足之處：自動化程度低，很難進行大批量的生產(chǎn)；工人勞動效率低，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；精度低，工件裝夾浪費時間；加工的產(chǎn)品質(zhì)量低[3]。針對以上的傳統(tǒng)鉆床的不足之處以及生產(chǎn)中存在的問題，我們有必要對傳統(tǒng)鉆床進行自動化的改進。

2 Z4116臺式鉆床的自動化改造的整體方案

根據(jù)生產(chǎn)的要求，現(xiàn)對由大連某機械制造有限公司生產(chǎn)的Z4116型臺式自動鉆床進行整體改造。Z4116型臺式自動鉆床的工作流程：啟動（電源或控制器）—主軸快進—主軸工進—主軸停留—主軸快退—主軸快退停止—主軸電機和液壓泵電機停轉(zhuǎn)。普通鉆床的主運動是主軸的旋轉(zhuǎn)運動，從電動機經(jīng)由皮帶輪傳送給主軸；鉆床的進給運動由齒輪齒條系統(tǒng)完成。改造后的鉆床主運動依然從電動機經(jīng)由皮帶輪傳送給主軸，但進給運動采用液壓傳動進給，如圖1所示。

總體設(shè)計的構(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)濟效益是的顯著。因此，我們要確定良好的總體設(shè)計思想，確保產(chǎn)品的功能、經(jīng)濟效益和實用性能[4]?？傮w設(shè)計的內(nèi)容主要包括：執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計；原動機類型的選擇和傳動系統(tǒng)的設(shè)計；控制系統(tǒng)的設(shè)計；總體布局設(shè)計；輔助系統(tǒng)的設(shè)計；為了完成普通臺式鉆床的改造及進給系統(tǒng)的設(shè)計，我們依循機床設(shè)計的一般步驟來制定自動鉆床的總體設(shè)計方案。普通鉆床的自動化改造是以某五金工具廠鋼絲鉗生產(chǎn)線的自動化改造為背景的。如，已知加工對象為鋼絲鉗，加工工序為在鋼絲鉗上鉆削直徑為Φ2 mm（鉆床最大鉆削直徑）的通孔，鋼絲鉗材料為Q235。改造后的全自動鉆床應(yīng)滿足：滿足自動連續(xù)生產(chǎn)，且生產(chǎn)率為3把/min；自動化改造應(yīng)是機械、電氣和液壓的有機結(jié)合；傳動系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)包含切削力計算、電動機選擇、傳動裝置設(shè)計、床身結(jié)構(gòu)設(shè)計等；設(shè)計重點為鉆床液壓進給系統(tǒng)之進給油缸設(shè)計；自動控制系統(tǒng)應(yīng)以PLC與手動相結(jié)合的方式實現(xiàn)。

圖1 改造方案

在Z4116型臺式鉆床的自動化改造中可以采用PLC控制系統(tǒng)對改造后的鉆床進行控制。在控制系統(tǒng)上應(yīng)以PLC控制系統(tǒng)與手動相結(jié)合，這樣可減少多余勞動力的消耗和在生產(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)時間的浪費和消耗提高生產(chǎn)效率。

3 進給系統(tǒng)的改進設(shè)計方案

為了解決該鉆床進給系統(tǒng)的問題，需要將液壓進給系統(tǒng)進行改進。根據(jù)分析，決定對液壓進給系統(tǒng)進行全面改造。最易引起故障的四只液控閥被去除，切入進給從原油路順序控制改為電磁閥分別控制?？刂魄腥脒M給的三位五通電磁閥與粗、細磨轉(zhuǎn)換的二位三通電磁閥配合，可以輕松實現(xiàn)機床鉆孔工件的快跳、快速趨進、粗磨進給、細磨進給、延時無進給鉆孔的所有功能。改造后的液壓控制系統(tǒng)，均采用獨立功能液壓件，只要各個液壓件正常工作，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。液壓配件采用國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)易維修、易采購。經(jīng)生產(chǎn)使用證明，液壓進給系統(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)因液壓方面而停機維修的故障。

改造后的Z4116型臺式機床可運用PLC操作系統(tǒng)和液壓進給系統(tǒng)進行工作，如圖2所示。

圖2 改造后自動鉆床的工作流程

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給速度，以適應(yīng)不同工件的加工要求；運用編程控制系統(tǒng)（PLC）進行自動控制編程更方便、程序更清晰直觀、調(diào)試和查錯更容易。該鉆床的自動化改造是對機械、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[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2003．

[2]成大先.機械設(shè)計手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[3]熊順源，童幸生.臺式鉆床的自動化改造[J].機械工程師，2008，（11）.

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