1.1.2 問題的提出 由上述現(xiàn)狀分析可以看到，機床加工中鉆床的加工工作量在制造過程中的占比很大。鉆床為孔加工機床設(shè)備，主要用來進行鉆孔，擴孔，鉸孔，攻絲等。以往我國的機械加工過程中孔類加工多以傳統(tǒng)鉆床來完成。但傳統(tǒng)鉆床在大批量生產(chǎn)中存在諸多不足之處：（1） 自動化程度低，難以滿足大批量生產(chǎn)的要求；（2） 勞動強度大，工作效率較低，工作環(huán)境惡劣，；（3） 人力資源占用過高，操作固定不變，容易出錯、（4） 加工精度不高，工件裝夾費時費力；（5） 產(chǎn)品的加工質(zhì)量無法令人滿意；針對以上傳統(tǒng)鉆床的不足之處及生產(chǎn)中存在的問題，我們有必要對傳統(tǒng)鉆床進行結(jié)構(gòu)改進。通過對傳統(tǒng)鉆床手動的進給系統(tǒng)、夾緊系統(tǒng)的改進和設(shè)計，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，實現(xiàn)自動化，降低勞動強度及工作量。1.1.3 問題的分析及解決方案 當前普通鉆床問題的存在主要在于自動化程度、生產(chǎn)效率、工作環(huán)境及產(chǎn)品質(zhì)量。在生產(chǎn)過程中，手動的操作、繁鎖的裝夾、大量生產(chǎn)力的投入和單一的生產(chǎn)流程導(dǎo)致了打孔加工的鉆孔同心度不佳，自動化程度低、生產(chǎn)效率低、工作環(huán)境惡劣和產(chǎn)品質(zhì)量不高，因此，我們要解決的問題在于如何實現(xiàn)鉆床加工的自動化、減少生產(chǎn)力的投入生產(chǎn)和與其它工藝流程相結(jié)合，同時也要考慮經(jīng)濟問題。為了解決問題和便于設(shè)計改進，我們將工件架的機械設(shè)計和鉆模頭設(shè)計兩個部分分別闡述。下面分別對各部分的問題提出解決方案：1. 工件架機械設(shè)計（1）傳動系統(tǒng) 工件架的機械傳動系統(tǒng)由氣缸、U型架、傳動臂、傳動軸以及四桿機構(gòu)組成。為滿足改進后的加工及工作要求，在做出相應(yīng)的計算后對傳動系統(tǒng)進行改進和調(diào)整。（2）夾緊系統(tǒng) 傳統(tǒng)鉆床的夾緊主要是手工操作，由壓板壓緊工件，由此造成鉆孔的垂直度超差，無法保證加工精度。采用新的設(shè)計，夾緊系統(tǒng)由鉆模板、凸輪以及背緊螺母和背緊螺栓組成，并在氣缸、傳動機構(gòu)組成的傳動系統(tǒng)作用下對加工工件實現(xiàn)夾緊。動力源由氣壓缸導(dǎo)入，通過氣壓控制系統(tǒng)來實現(xiàn)夾緊動作的自動化。為了實現(xiàn)工件的夾緊，偏心輪做圓周旋轉(zhuǎn)運動，旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度以頂起工件。背緊螺栓、背緊螺母（在垂直方向上可移動、調(diào)節(jié)）緊固情況下，偏心輪的支撐作用使鉆模板與工件處于夾緊狀態(tài)。此外，在借助背緊螺母的水平校準調(diào)節(jié)的條件下，偏心輪還能起到使工件能處于水平的作用，確保在加工打孔時鉆孔的垂直度。2. 鉆模頭設(shè)計（1）傳動系統(tǒng) 鉆模頭由外部的定位套、內(nèi)部芯軸及其兩側(cè)的軸承組成，鉆套芯軸的動力頭由12根外向節(jié)連接桿和鉆頭連接。不同于市場上常見的鉆模頭長槽設(shè)計，帶有定位套的設(shè)計能更好的保證鉆孔的同心度。 （2）控制系統(tǒng) 除了升降臺的上升、下降和鉆孔加工切削的動作控制外，由于鉆孔加工過程中，鉆頭溫度的升高導(dǎo)致鉆頭磨損和打孔失效情況發(fā)生，我們將采用溫度傳感器來探測鉆頭的工作狀態(tài)。當前機床控制系統(tǒng)通常主要由計算機數(shù)控、繼電器電氣控制和PLC控制等，由于繼電器電氣控制系統(tǒng)，其聯(lián)動關(guān)系復(fù)雜，維修困難，故障率高，經(jīng)常影響正常生產(chǎn)，計算機數(shù)控造價高、系統(tǒng)復(fù)雜，而PLC控制系統(tǒng)可靠性好、造價低、抗干擾能力強、柔性好、編程簡單、使用方便、擴充靈活、功能完善，所以我們利用PLC控制技術(shù)來實現(xiàn)鉆孔加工的控制。此外，還借此技術(shù)手段實現(xiàn)對多軸鉆床的進給系統(tǒng)的氣壓控制系統(tǒng)的控制。1.2設(shè)計內(nèi)容本文主要是通過應(yīng)用機床設(shè)計的一般方法對立式多軸鉆的機構(gòu)和控制系統(tǒng)進行設(shè)計及改進。研究的重點內(nèi)容是工件架傳動系統(tǒng)的改進和夾緊系統(tǒng)的設(shè)計。此外，立式多軸鉆的鉆模頭設(shè)計以及溫度傳感器的應(yīng)用和PLC控制是設(shè)計內(nèi)容的另一重要組成部分。我們通過對多軸鉆的改進及設(shè)計，要達到的目標在于通過改進鉆床能夠?qū)崿F(xiàn)工作自動化，最終能滿足以下要求：（1）能實現(xiàn)自動化連續(xù)生產(chǎn)，改善產(chǎn)品加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率；（2）降低工作人員勞動強度和工作量；（3）鉆床系統(tǒng)工作平穩(wěn)，滿足工作要求；（4）經(jīng)濟因素合理；多軸鉆孔升降機由工件架、多軸鉆鉆床兩大部分構(gòu)成。工件架的設(shè)計內(nèi)容由傳動系統(tǒng)和夾緊系統(tǒng)控制系統(tǒng)組成。如下圖所示，工件架主要由鉆模板、凸輪、氣缸以及四桿機構(gòu)等組件組成。 鉆孔升降機的多軸鉆鉆床部分由機頭、鉆模頭，升降臺及氣缸等組件組成。如下圖所示。 立式多軸鉆自動升降機的整體機械運動描述如下：（1）當設(shè)備接通電源后，工件架的氣缸機械運動并輸出動力，通過四桿機構(gòu)傳遞至凸輪，使之旋轉(zhuǎn)，并作用于加工工件左右兩側(cè)的邊緣位置，將工件升起。經(jīng)過水平校準確保工件處于水平，再手動調(diào)節(jié)上面四個背緊螺母并緊固，然后將下放的四個背緊螺母緊固，最終實現(xiàn)對加工工件的夾緊。（2）工件的定位和夾緊完成后，將啟動多軸鉆底座上的氣缸，推動升降臺由初始位置向上垂直運動。與此同時，機頭部分的電機工作，帶動皮帶，齒輪帶動鉆頭轉(zhuǎn)動。當升降臺繼續(xù)升高，升至預(yù)設(shè)高度，即鉆頭將工件鉆孔完成時，限位開關(guān)即刻產(chǎn)生一個信號，通過PLC使升降臺開始下降。下移至初始位置時，限位開關(guān)產(chǎn)生信號使移動托板停止移動。工件的打孔工作完成。