立式多鉆頭自動鉆孔裝置分析與研究

李強，黃松

（1.兗礦集團大陸機械有限公司；2.兗礦集團兗州煤業(yè)股份有限公司濟寧三號煤礦，山東 濟寧 272109）

專業(yè)化程度高的煤機制造業(yè)要自我創(chuàng)新，將創(chuàng)新作為發(fā)展的驅動力，創(chuàng)新驅動才是制造業(yè)強大的根本。作為老牌煤機生產(chǎn)企業(yè)的兗礦集團大陸機械有限公司緊跟時代步伐，始終堅持技術方法創(chuàng)新，著力培養(yǎng)創(chuàng)新型心智模式。遵循“問題點就是創(chuàng)新點”“不是問題難以解決，而是我們還沒有找到解決的辦法”的創(chuàng)新理念，運用創(chuàng)造學的相關實用技法，集思廣益，分析深層次的原因，制定可行的措施，發(fā)揮技術人員、生產(chǎn)骨干的作用，大搞設備工具、工藝流程、方式方法的群眾性技術創(chuàng)新活動，解決生產(chǎn)中存在的問題。

1 現(xiàn)有工件直線位置鉆多孔的現(xiàn)狀

煤礦機械大批量部件中存在一個工件直線位置上需要多個孔，且要求的精度較高，比如刮板輸送機電纜槽上的橫梁、皮帶輸送機機橫梁等，均是此種多孔大批量部件。而現(xiàn)有加工工藝一般采用固定式鉆胎+搖臂鉆床的方式進行加工，每個工件加工時都需要手動搬運原料、安裝、鉆削、挪動搖臂、拆卸工件等工序，由于工件重量大，長度長，上料、下料、加工均有較大難度。完成一件成品需要的輔助工序占用時間占總時間的50%－70%之多，由于勞動強度較大大，加工此種多孔工件須3-4人進行協(xié)同作業(yè)，加工周期長且消耗大量人力物力，生產(chǎn)率低，很難適應當前高產(chǎn)高效的生產(chǎn)需要。在當前煤炭企業(yè)經(jīng)濟效益下滑、經(jīng)營困難的情況下，實現(xiàn)節(jié)支增效、降本增效，通過創(chuàng)新實現(xiàn)一次在工件直線位置上自動鉆多孔，是我們作為煤機制造企業(yè)在創(chuàng)新中的重要一環(huán)。

經(jīng)過對所有末端因素逐條確認，確定影響工件直線位置上鉆多孔加工效率的主要因素是①工件各孔位置度、尺寸精度要求高，加工工序復雜；②現(xiàn)有搖臂鉆床類單鉆頭鉆孔設備無法實現(xiàn)一次鉆多孔；③多工序銜接均為人工操作，自動化程度低，造成勞動效率低。

2 多鉆頭鉆孔裝置

通過對工件直線位置上鉆多孔加工效率偏低的原因分析，研制了此種新型立式多孔自動鉆孔裝置(見圖1)，采用立式鉆孔結構，用電、氣結合的動力方式。此種裝置能根據(jù)需要調整孔間距，極大地增強了設備的適用性。此裝置主要包括底架體、驅動架、防護裝置、上料裝置、擋料板、U型定位裝置、左推移裝置、上壓緊裝置、伺服電機鉆孔動力頭、右推移裝置、下料裝置、擋料裝置、接料裝置、裝料裝置等組成。

圖1 多鉆頭鉆孔裝置

2.1 研制精準度高的限位加緊裝置

針對鉆孔工件位置度要求高、尺寸精度高的要求，研制了一種精準度高的限位夾緊裝置。此裝置包括一套左推移裝置、一套右推移裝置、兩套上壓緊裝置、兩套U型定位裝置。

左推移裝置、右推移裝置均由推移部和氣壓缸組成，其中左推移裝置的氣缸為可調行程氣缸，其缸徑比右推移裝置氣缸的缸徑大，用于在同時夾緊工件的情況下向右精確調節(jié)工件位置，以適應工件多孔位置的需要。左、右推移裝置分別置于底架體加工區(qū)域左、右兩側，與底架體之間通過螺栓連為一體。上壓緊裝置由定位板和氣壓缸組成，分別置于驅動裝置架上橫梁的兩端，通過螺栓與上橫梁聯(lián)接在一起，在工件加工中起到夾緊定位工件的關鍵作用。U形定位裝置由2個U形定位塊構成，其上部為角度對稱的110°夾角錐面，用于加工工件的夾緊定位，錐面的底部加工有寬度可調（20-200）的溝槽，用于暫存鉆削時飛濺的鐵屑。溝槽內鉆有6-φ60mm通孔，用于鐵屑的排放，U型定位塊兩端各有1個定位孔，用于防護裝置中銷軸的導向和定位。通過此4套裝置與氣壓系統(tǒng)的相互配合，實現(xiàn)對鉆孔工件的精準夾緊定位。

2.2 研制多鉆頭自動鉆孔的工作體系

本系統(tǒng)采用4個伺服電機驅動鉆孔動力頭（見圖2）同時鉆孔，并可根據(jù)工件的需要調整鉆孔動力頭的位置，以滿足工件對不同位置鉆孔的需求，大大增強了該系統(tǒng)的適用性。伺服電機通過螺栓將架體、鉆頭、驅動架等連為一體，并通過驅動架上的調節(jié)槽實現(xiàn)動力頭位置調整。經(jīng)過計算、論證最終確定動力頭相關參數(shù)：

主電機功率:1.5kw

伺服電機功率:0.6kw

主軸轉:420r/min

進給速:0.15mm/r

主軸行程:85mm

主軸中心高度:70mm

圖2 動力頭示意圖

2.3 提高自動化程度，實現(xiàn)多工序無縫銜接

針對影響工件直線位置上鉆多孔加工效率的自動化程度不高問題，堅持“問題點就是創(chuàng)新點”的理念，召集技術、工藝、生產(chǎn)等部門開展各個工序的自動化攻堅研制。上料系統(tǒng)自動化，上料部分由上料裝置、底架體及擋料板等組成。 底架體是整個加工部分的基礎部分，同時又是實現(xiàn)工件的上料、加工及傳送的平臺。底架體為鋼質焊接結構，右側上滾輪面用于原料的存放、傳送，其滾輪面為于水平面呈7°傾斜面，利用工件的重力和傾角，實現(xiàn)工件的自動傳導。設計的原料存放區(qū)長600mm，高80mm，能存放大量的加工原料，擴充了原材料容量，減少了上料的頻率。 底架體設擋料板，將原材料與加工區(qū)工件隔開，擋料板同時也是原料工件與成型工件的傳送軌道限位裝置。上料裝置包括氣缸、推移塊等部件，與底架體之間通過螺栓聯(lián)接，2件推移塊在氣壓缸的推動下將工件原材料向上推起，送入加工平臺，最終與限位夾緊裝置共同完成上料的自動化。接料裝置由接料架、絕緣脂組成，接料架為一對上平面與水平面成4°夾角的導向塊，用于接住下落的加工成型工件，并靠工件自重和傾斜使工件向交貨區(qū)傳遞。絕緣脂為減少工件下落到接料架上產(chǎn)生的噪聲。通過對幾個關鍵工序的研制，最終實現(xiàn)了多工序自動化的無縫銜接。

通過此立體式多鉆頭鉆孔裝置的加工控制程序，一鍵完成工件直線位置上鉆多孔作業(yè)，提高了鉆多孔自動化，極大提高了加工效率，減少了勞動強度，具有較高的經(jīng)濟效益和社會效益。

3 效果檢查

該立式多鉆頭自動化鉆孔裝置實用性強，制作方便。在結構上設計新穎、精巧，制作簡單，可實施性強。利用氣缸主軸伸縮來實現(xiàn)自動上、下料、夾緊、壓緊、鉆孔、傳遞等生產(chǎn)作業(yè)過程，自動化程度高。接料架上部設有絕緣脂，能有效減少噪音污染。防護裝置可避免工件從U型定位塊內意外拋出，增強了安全性。各氣缸及動力頭的作業(yè)指令均由程序控制，精準度高，能滿足工件的高要求。在一定程度上可形成自動流水線生產(chǎn)，節(jié)約了勞動力、降低了工人勞動強度、提高了勞動生產(chǎn)率，提升了產(chǎn)品質量、減少了對環(huán)境的污染，具有較高的經(jīng)濟和社會效益。

綜合分析，新研制的立式多鉆頭自動鉆孔裝置，能很好地解決生產(chǎn)中存在的問題，滿足生產(chǎn)要求，跟蹤實施效果如下。實測刮板機電纜槽橫梁加工（見圖3）時間由原來的最少6分45秒縮減至2分01秒，勞動力數(shù)量從原來的3人減少到現(xiàn)在的1人，勞動效率提高了3倍多，同時減少作業(yè)所需勞動力，達到了既定目標要求，效果良好。

圖3 立式多鉆頭自動化鉆孔裝置工作示意圖

4 結語

該立式多鉆頭自動鉆孔裝置的研制靈感來源生產(chǎn)需求，研制成果又應用到生產(chǎn)實際中去，并在生產(chǎn)實際中改進，接受了生產(chǎn)實際的驗證。該新型多鉆頭自動化鉆孔裝置現(xiàn)已投入到多種工件的多孔鉆孔作業(yè)中，經(jīng)過數(shù)次結構和技術革新已趨于成熟。該設備解決了在工件直線位置上鉆多孔效率低、精度低、勞動強度較大、自動化程度低的問題，大大提高了自動化程度，工件的精度得到大幅提升，在工件直線位置上鉆多孔作業(yè)水平得到新的突破。