立式多钻头自动钻孔装置分析与研究.pdf

14 研究与探索 Research and Exploration 智能制造与趋势 中国设备工程 2020.08（下） 专业化程度高的煤机制造业要自我创新，将创新作 为发展的驱动力，创新驱动才是制造业强大的根本。作 为老牌煤机生产企业的兖矿集团大陆机械有限公司紧跟 时代步伐，始终坚持技术方法创新，着力培养创新型心 智模式。遵循“问题点就是创新点” “不是问题难以解决， 而是我们还没有找到解决的办法”的创新理念，运用创 造学的相关实用技法，集思广益，分析深层次的原因， 制定可行的措施，发挥技术人员、生产骨干的作用，大 搞设备工具、 工艺流程、 方式方法的群众性技术创新活动， 解决生产中存在的问题。 1 现有工件直线位置钻多孔的现状 煤矿机械大批量部件中存在一个工件直线位置上需 要多个孔，且要求的精度较高，比如刮板输送机电缆槽 上的横梁、皮带输送机机横梁等，均是此种多孔大批量 部件。而现有加工工艺一般采用固定式钻胎 摇臂钻床 的方式进行加工，每个工件加工时都需要手动搬运原料、 安装、 钻削、 挪动摇臂、 拆卸工件等工序， 由于工件重量大， 长度长，上料、下料、加工均有较大难度。完成一件成 品需要的辅助工序占用时间占总时间的 50 － 70 之多， 由于劳动强度较大大，加工此种多孔工件须 3-4 人进行 协同作业，加工周期长且消耗大量人力物力，生产率低， 很难适应当前高产高效的生产需要。在当前煤炭企业经 济效益下滑、经营困难的情况下，实现节支增效、降本 增效，通过创新实现一次在工件直线位置上自动钻多孔， 是我们作为煤机制造企业在创新中的重要一环。 经过对所有末端因素逐条确认，确定影响工件直线 位置上钻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，加工工序复杂；②现有摇臂钻床类单 钻头钻孔设备无法实现一次钻多孔；③多工序衔接均为 人工操作，自动化程度低，造成劳动效率低。 2 多钻头钻孔装置 通过对工件直线位置上钻多孔加工效率偏低的原因 分析，研制了此种新型立式多孔自动钻孔装置 见图 1，采用立式钻孔结构，用电、气结合的动力方式。此 种装置能根据需要调整孔间距，极大地增强了设备的适 用性。此装置主要包括底架体、驱动架、防护装置、上 料装置、 挡料板、 U型定位装置、 左推移装置、 上压紧装置、 伺服电机钻孔动力头、右推移装置、下料装置、挡料装置、 接料装置、装料装置等组成。 图 1 多钻头钻孔装置 2.1 研制精准度高的限位加紧装置 针对钻孔工件位置度要求高、尺寸精度高的要求， 研制了一种精准度高的限位夹紧装置。此装置包括一套 左推移装置、一套右推移装置、两套上压紧装置、两套 U 型定位装置。 左推移装置、右推移装置均由推移部和气压缸组成， 其中左推移装置的气缸为可调行程气缸，其缸径比右推 移装置气缸的缸径大，用于在同时夹紧工件的情况下向 右精确调节工件位置，以适应工件多孔位置的需要。左、 右推移装置分别置于底架体加工区域左、右两侧，与底 架体之间通过螺栓连为一体。上压紧装置由定位板和气 压缸组成，分别置于驱动装置架上横梁的两端，通过螺 栓与上横梁联接在一起，在工件加工中起到夹紧定位工 件的关键作用。U 形定位装置由 2 个 U 形定位块构成，其 上部为角度对称的 110夹角锥面，用于加工工件的夹紧 定位，锥面的底部加工有宽度可调（20-200）的沟槽， 用于暂存钻削时飞溅的铁屑。沟槽内钻有 6-φ60mm 通孔， 用于铁屑的排放，U 型定位块两端各有 1 个定位孔，用于 防护装置中销轴的导向和定位。通过此 4 套装置与气压 系统的相互配合，实现对钻孔工件的精准夹紧定位。 2.2 研制多钻头自动钻孔的工作体系 本系统采用 4 个伺服电机驱动钻孔动力头（见图 2） 同时钻孔，并可根据工件的需要调整钻孔动力头的位置， 立式多钻头自动钻孔装置分析与研究 李强 1，黄松2 （1. 兖矿集团大陆机械有限公司；2. 兖矿集团兖州煤业股份有限公司济宁三号煤矿，山东 济宁 272109） 摘要本文从煤矿机械生产的实际出发，为解决批量工件直线位置上钻多孔存在的自动化程度不高，工人劳动强度大， 劳动率低的问题，研制一种立式多钻头自动钻孔装置，以提高劳动效率，降低劳动强度，提升产品质量，实现公司创新驱动。 关键词自动化；立式多钻头钻孔；劳动效率；质量提升 中图分类号TM383 文献标识码A 文章编号1671-0711（2020）08（下）-0014-02 15 中国设备工程 2020.08（下） 中 国 设 备 工 程 C h i n a P l a n t E n g i n e e r i n g 以满足工件对不同位置钻孔的需求，大大增强了该系统 的适用性。伺服电机通过螺栓将架体、钻头、驱动架等 连为一体，并通过驱动架上的调节槽实现动力头位置调 整。经过计算、论证最终确定动力头相关参数 主电机功率 1.5kw 伺服电机功率 0.6kw 主轴转 420r/min 进给速 0.15mm/r 主轴行程 85mm 主轴中心高度 70mm 图 2 动力头示意图 2.3 提高自动化程度，实现多工序无缝衔接 针对影响工件直线位置上钻多孔加工效率的自动化 程度不高问题，坚持“问题点就是创新点”的理念，召 集技术、工艺、生产等部门开展各个工序的自动化攻坚 研制。上料系统自动化，上料部分由上料装置、底架体 及挡料板等组成。 底架体是整个加工部分的基础部分， 同时又是实现工件的上料、加工及传送的平台。底架体 为钢质焊接结构，右侧上滚轮面用于原料的存放、传送， 其滚轮面为于水平面呈 7倾斜面，利用工件的重力和倾 角，实现工件的自动传导。设计的原料存放区长 600mm， 高 80mm，能存放大量的加工原料，扩充了原材料容量， 减少了上料的频率。 底架体设挡料板，将原材料与加工 区工件隔开，挡料板同时也是原料工件与成型工件的传 送轨道限位装置。上料装置包括气缸、推移块等部件， 与底架体之间通过螺栓联接，2 件推移块在气压缸的推动 下将工件原材料向上推起，送入加工平台，最终与限位 夹紧装置共同完成上料的自动化。接料装置由接料架、 绝缘脂组成，接料架为一对上平面与水平面成 4夹角的 导向块，用于接住下落的加工成型工件，并靠工件自重 和倾斜使工件向交货区传递。绝缘脂为减少工件下落到 接料架上产生的噪声。通过对几个关键工序的研制，最 终实现了多工序自动化的无缝衔接。 通过此立体式多钻头钻孔装置的加工控制程序，一 键完成工件直线位置上钻多孔作业，提高了钻多孔自动 化，极大提高了加工效率，减少了劳动强度，具有较高 的经济效益和社会效益。 3 效果检查 该立式多钻头自动化钻孔装置实用性强，制作方便。 在结构上设计新颖、精巧，制作简单，可实施性强。利 用气缸主轴伸缩来实现自动上、下料、夹紧、压紧、钻孔、 传递等生产作业过程，自动化程度高。接料架上部设有 绝缘脂，能有效减少噪音污染。防护装置可避免工件从 U 型定位块内意外抛出，增强了安全性。各气缸及动力头 的作业指令均由程序控制，精准度高，能满足工件的高 要求。在一定程度上可形成自动流水线生产，节约了劳 动力、降低了工人劳动强度、提高了劳动生产率，提升 了产品质量、减少了对环境的污染，具有较高的经济和 社会效益。 综合分析，新研制的立式多钻头自动钻孔装置，能 很好地解决生产中存在的问题，满足生产要求，跟踪实 施效果如下。实测刮板机电缆槽横梁加工（见图 3）时间 由原来的最少 6 分 45 秒缩减至 2 分 01 秒，劳动力数量 从原来的 3 人减少到现在的 1 人， 劳动效率提高了 3 倍多， 同时减少作业所需劳动力，达到了既定目标要求，效果 良好。 图 3 立式多钻头自动化钻孔装置工作示意图 4 结语 该立式多钻头自动钻孔装置的研制灵感来源生产需 求，研制成果又应用到生产实际中去，并在生产实际中 改进，接受了生产实际的验证。该新型多钻头自动化钻 孔装置现已投入到多种工件的多孔钻孔作业中，经过数 次结构和技术革新已趋于成熟。该设备解决了在工件直 线位置上钻多孔效率低、精度低、劳动强度较大、自动 化程度低的问题，大大提高了自动化程度，工件的精度 得到大幅提升，在工件直线位置上钻多孔作业水平得到 新的突破。 参考文献 [1] 成大先 . 机械设计手册 [J].2007.51-3911-527 .[M]. 北京 . 化 学工业出版社 . [2] 代乐宜 . 矿用 Hardox450 耐磨钢板的热处理性能 .[J] 矿山机 械 .2015 年第 5 期 . [3] 王鹰 . 连续输送机械设计手册 .[J] [M]. 北京 . 中国铁道出版社 .