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.兗礦集團兗州煤業股份有限公司濟寧三號煤礦，山東 濟寧 272109）

專業化程度高的煤機制造業要自我創新，將創新作為發展的驅動力，創新驅動才是制造業強大的根本。作為老牌煤機生產企業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新，著力培養創新型心智模式。遵循“問題點就是創新點”“不是問題難以解決，而是我們還沒有找到解決的辦法”的創新理念，運用創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，發揮技術人員、生產骨干的作用，大搞設備工具、工藝流程、方式方法的群眾性技術創新活動，解決生產中存在的問題。

1 現有工件直線位置鉆多孔的現狀

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人進行協同作業，加工周期長且消耗大量人力物力，生產率低，很難適應當前高產高效的生產需要。在當前煤炭企業經濟效益下滑、經營困難的情況下，實現節支增效、降本增效，通過創新實現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在創新中的重要一環。

經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現有搖臂鉆床類單鉆頭鉆孔設備無法實現一次鉆多孔；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套裝置與氣壓系統的相互配合，實現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槽實現動力頭位置調整。經過計算、論證最終確定動力頭相關參數：

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“問題點就是創新點”的理念，召集技術、工藝、生產等部門開展各個工序的自動化攻堅研制。上料系統自動化，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，實現工件的自動傳導。設計的原料存放區長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傳遞。絕緣脂為減少工件下落到接料架上產生的噪聲。通過對幾個關鍵工序的研制，最終實現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，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自動上、下料、夾緊、壓緊、鉆孔、傳遞等生產作業過程，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，節約了勞動力、降低了工人勞動強度、提高了勞動生產率，提升了產品質量、減少了對環境的污染，具有較高的經濟和社會效益。

綜合分析，新研制的立式多鉆頭自動鉆孔裝置，能很好地解決生產中存在的問題，滿足生產要求，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，勞動力數量從原來的3人減少到現在的1人，勞動效率提高了3倍多，同時減少作業所需勞動力，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需求，研制成果又應用到生產實際中去，并在生產實際中改進，接受了生產實際的驗證。該新型多鉆頭自動化鉆孔裝置現已投入到多種工件的多孔鉆孔作業中，經過數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水平得到新的突破。