木工鉆銑加工中心的結(jié)構(gòu)改進(jìn)??

柯美元 成偉華 劉樂(lè)球

(①順德職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，廣東佛山528333；②廣東先達(dá)數(shù)控機(jī)械有限公司，廣東佛山528300)

木工機(jī)械是對(duì)木材進(jìn)行加工處理的技術(shù)裝備,是家具行業(yè)、建材行業(yè)與裝修行業(yè)等領(lǐng)域的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè),為相關(guān)行業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)保障,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位.經(jīng)過(guò)世界各國(guó)人民的努力,木工機(jī)械已經(jīng)發(fā)展成為具有120多個(gè)系列、4 000多種產(chǎn)品的門類齊全,年產(chǎn)值超過(guò)100億美元的制造行業(yè).在目前的國(guó)際格局中,德國(guó)、意大利、日本和美國(guó)等處于國(guó)際木工機(jī)械行業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家行列.在生產(chǎn)木工機(jī)械產(chǎn)品的眾多企業(yè)中,國(guó)際木工機(jī)械的壟斷格局已經(jīng)形成,德國(guó)的豪邁、威力、伊瑪,意大利比雅斯、SCM等處于壟斷寡頭地位,代表了國(guó)際木工機(jī)械的最高水平[1-2].

隨著家具行業(yè)的快速發(fā)展,我國(guó)木工機(jī)械行業(yè)也得到了迅猛發(fā)展.目前,我國(guó)木工機(jī)械行業(yè)的GDP和生產(chǎn)的木工機(jī)床數(shù)量早已超過(guò)了意大利和德國(guó),位居世界第一[3].但是,我國(guó)木工機(jī)械的總體技術(shù)水平與世界先進(jìn)國(guó)家相比還存在比較大的差距,可以說(shuō)是大而不強(qiáng).我國(guó)木工機(jī)械產(chǎn)品的主要缺點(diǎn)是產(chǎn)品檔次較低,質(zhì)量與穩(wěn)定性較差,技術(shù)水平不高,研發(fā)創(chuàng)新能力較弱.因此,加強(qiáng)我國(guó)木工機(jī)械產(chǎn)品的研發(fā)實(shí)力和創(chuàng)新能力,提高我國(guó)木工機(jī)械的產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)水平,是實(shí)現(xiàn)我國(guó)木工機(jī)械行業(yè)趕超世界先進(jìn)水平的必由之路.

在木材加工及家具制造行業(yè)中,木工鉆銑機(jī)床是應(yīng)用最廣泛、用量最大的加工設(shè)備之一.在板式家具生產(chǎn)中,鉆孔的精度和效率是關(guān)鍵,傳統(tǒng)的鉆銑設(shè)備一直解決不好這個(gè)問(wèn)題.我們通過(guò)對(duì)鉆銑加工中心的鉆排結(jié)構(gòu)、支撐裝置、側(cè)靠擋裝置和夾料裝置進(jìn)行了改進(jìn)和創(chuàng)新設(shè)計(jì),大大提高了鉆銑加工中心的加工精度和加工質(zhì)量,并適應(yīng)了自動(dòng)化生產(chǎn)的要求,提高了生產(chǎn)效率.

1 新型鉆排結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)數(shù)控鉆排如圖1所示,有第一鉆排1和第二鉆排8.當(dāng)對(duì)工件2進(jìn)行鉆孔加工時(shí),工件在工作臺(tái)上做給進(jìn)運(yùn)動(dòng),前工作臺(tái)4和后工作臺(tái)6之間有一個(gè)缺口,數(shù)控鉆排運(yùn)動(dòng)至缺口下方后升起鉆頭對(duì)工件進(jìn)行鉆孔加工.當(dāng)加工位于工件前部的孔5時(shí),工件需要從前工作臺(tái)上伸出工件前部,第一鉆排1的鉆頭就可以加工.此時(shí),工件的大部分面積位于前工作臺(tái)上,工件能夠很好地被夾持固定.但當(dāng)需要加工位于工件后部的孔3時(shí),工件需要從后工作臺(tái)上伸出比較大的部分,第一鉆排才能加工,因而工件不能被穩(wěn)固夾持,導(dǎo)致工件的加工精度不高.工件的長(zhǎng)度越短,缺點(diǎn)越明顯.

為了解決上述問(wèn)題,我們開發(fā)的新型數(shù)控鉆排如圖2所示,除了包括第一鉆排1和第二鉆排8之外,還包括第三鉆排9.第三鉆排與第一鉆排平行,并與第一鉆排位于第二鉆排的同一側(cè).由于新型鉆排中增加了第三鉆排,當(dāng)需要加工位于工件后部的孔3時(shí),第三鉆排距離后工作臺(tái)的位置比較近,工件只需要從后工作臺(tái)上伸出比較小的一部分,第三鉆排就能加工.因此工件能夠被穩(wěn)固夾持,從而提高了工件的加工精度.

2 工件輔助支撐裝置設(shè)計(jì)

普通數(shù)控鉆銑加工中心對(duì)工件進(jìn)行銑削加工時(shí),工件被壓料裝置壓在工作臺(tái)上,銑刀上升至一定位置對(duì)工件進(jìn)行銑削加工.當(dāng)對(duì)工件的邊緣位置進(jìn)行加工時(shí),工件的一端會(huì)出現(xiàn)懸空.由于強(qiáng)度和剛性不足,工件被加工時(shí)通常會(huì)產(chǎn)生翹曲變形和震動(dòng),從而銑削效果不理想,影響了工件加工的精度和外觀.

我們通過(guò)創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一種工件輔助支撐裝置就很好地解決了以上問(wèn)題.該工件輔助支撐裝置如圖3所示.該裝置安裝在數(shù)控鉆的前工作臺(tái)1和后工作臺(tái)9之間并靠近銑刀4,包括輔助支承臺(tái)5、底座8、導(dǎo)軌6和能夠在導(dǎo)軌上移動(dòng)的滑塊7,輔助支承臺(tái)由導(dǎo)軌支撐并固定于導(dǎo)軌的一端,滑塊安裝在導(dǎo)軌上并固定在底座上,底座固定滑塊的平面與導(dǎo)軌平行.當(dāng)對(duì)工件3進(jìn)行銑削加工時(shí),該工件輔助支撐裝置可以上下移動(dòng),對(duì)工件懸空端進(jìn)行支撐并和壓緊裝置2一起對(duì)工件進(jìn)行壓緊,從而減小了工件在加工過(guò)程中的變形和震動(dòng),提高了工件的加工精度,使加工后的工件更加美觀.

3 滾輪式側(cè)靠擋裝置設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)數(shù)控鉆床的側(cè)靠擋裝置如圖4所示,工件2放置于工作臺(tái)1上,其一端與長(zhǎng)方體側(cè)靠擋3的工作面接觸并沿此工作面做往復(fù)運(yùn)動(dòng),工件的端面與側(cè)靠擋工作面之間形成滑動(dòng)摩擦.當(dāng)工件的端面硬度或強(qiáng)度不足時(shí),就會(huì)造成端面損傷,降低了工件的加工精度和美觀性,甚至造成工件報(bào)廢.

為了解決上述問(wèn)題,我們?cè)O(shè)計(jì)了一種滾輪式側(cè)靠擋裝置,如圖5所示.滾輪式側(cè)靠擋裝置包括多個(gè)可繞自身轉(zhuǎn)動(dòng)的滾輪.加工時(shí),工件端面與滾輪接觸并作往復(fù)運(yùn)動(dòng).滾輪式側(cè)靠擋變滑動(dòng)摩擦為滾動(dòng)摩擦,大大降低了工件與側(cè)靠擋之間的摩擦系數(shù),解決了工件端面擦傷的問(wèn)題,提高了工件的加工精度和美觀度,降低了廢品率.

4 新型氣動(dòng)浮動(dòng)式夾料裝置設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)數(shù)控鉆孔機(jī)的夾料裝置由上夾頭和下夾頭構(gòu)成,并共同安裝在同一個(gè)部件上.下夾頭的上端面與工作臺(tái)面共面,且不可浮動(dòng).上夾頭可上下運(yùn)動(dòng)以?shī)A緊和松開工件.當(dāng)水平放置在工作臺(tái)上的工件需要移動(dòng)時(shí),首先,上夾頭和下夾頭一起移動(dòng)到工件的適當(dāng)位置,接著,上夾頭下降并與下夾頭共同夾緊工件,然后,上、下夾頭將工件移動(dòng)到所需位置.當(dāng)上、下夾頭需要執(zhí)行下一個(gè)動(dòng)作時(shí),上夾頭向上運(yùn)動(dòng)松開工件,然后上、下夾頭一起移動(dòng).當(dāng)上、下夾頭在工件的水平投影范圍內(nèi)移動(dòng)時(shí),下夾頭上端面會(huì)和工件底面接觸并發(fā)生摩擦,有可能帶動(dòng)工件移位,導(dǎo)致工件定位不準(zhǔn)確,或者將工件底面刮花.

為了解決上述問(wèn)題,我們?cè)O(shè)計(jì)了一種新型氣動(dòng)浮動(dòng)式夾料裝置,該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,定位精度高,不會(huì)刮花工件,且能滿足自動(dòng)化生產(chǎn)的要求.新型氣動(dòng)浮動(dòng)式夾料裝置,如圖6所示,包括有底板11,底板11上開設(shè)有若干個(gè)通氣槽1,通氣槽1底部與底板內(nèi)的第二氣孔13連通,第二氣孔13與第三氣孔14連通；底板11的頂部設(shè)置有缸體9,缸體9上設(shè)置有若干個(gè)氣腔10,氣腔10的底部與第一氣孔12連通,第一氣孔12與第二氣孔13連通；每個(gè)氣腔10內(nèi)均設(shè)置有可上下運(yùn)動(dòng)的柱塞4,柱塞4上設(shè)置有密封圈2和彈性墊圈3；缸體9的頂部設(shè)置有與之配合連接的蓋板8；柱塞4的頂端設(shè)置有活動(dòng)板7,柱塞4通過(guò)螺釘5與活動(dòng)板7連接,活動(dòng)板7與蓋板8之間留有間隙,活動(dòng)板7的頂端設(shè)置有膠墊6.當(dāng)需要夾緊工件時(shí),壓縮空氣由底板的第三氣孔14進(jìn)入,通過(guò)第二氣孔13、通氣槽1和缸體9的第一氣孔12進(jìn)入氣腔10中.由于氣體壓強(qiáng)和密封圈2的密封作用,推動(dòng)柱塞4克服彈性墊圈3的彈力向上運(yùn)動(dòng),并帶動(dòng)活動(dòng)板7和膠墊6向上運(yùn)動(dòng),直到柱塞4的軸肩頂住蓋板8的底部.當(dāng)需要松開工件時(shí),壓縮空氣通過(guò)由氣腔10、第一氣孔12、通氣槽2、第二氣孔13和第三氣孔14組成的路徑排出.此時(shí),在彈性墊圈3的彈力作用下,柱塞4向下運(yùn)動(dòng),并帶動(dòng)活動(dòng)板7和膠墊6向下運(yùn)動(dòng),直到柱塞4的底部和氣腔10底部接觸.以上動(dòng)作實(shí)現(xiàn)了夾料裝置松開工件時(shí),夾頭與工件的分離,提高了工件的定位精度,避免了工件底部被刮花,同時(shí)滿足了自動(dòng)化生產(chǎn)的要求,從而大大提高了生產(chǎn)效率.

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上四個(gè)方面的結(jié)構(gòu)改造,大大提高了木工鉆銑加工中心的加工精度和表面質(zhì)量,并滿足了自動(dòng)化生產(chǎn)的要求,提高了生產(chǎn)效率.鉆銑加工中心改造前的的加工精度為0.5 mm,改造后的加工精度達(dá)到了0.15 mm,采用自動(dòng)化生產(chǎn)后,其生產(chǎn)效率提高了6～8倍.木工鉆銑加工中心經(jīng)過(guò)改造后,得到了國(guó)內(nèi)外客戶的廣泛好評(píng)和認(rèn)可.截止2017年末,經(jīng)改造的木工鉆銑加工中心已經(jīng)售出了406臺(tái),僅2017年就銷售283臺(tái),取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益.