陳 琪，闞廣智，徐 程，張 延

（蘇州市職業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215104）

臺鉆在生產(chǎn)生活中隨處可見，職業(yè)院校大多也使用臺鉆在鉗工實(shí)訓(xùn)中鉆孔，這類臺鉆加工精度要求不高，操作簡單，臺鉆外形尺寸約為600 mm×310 mm×860 mm，轉(zhuǎn)速范圍480～4 080 r/min，這類臺鉆能滿足加工生產(chǎn)中直徑16 mm 以下孔的要求。但是在家庭使用中卻不適合，因?yàn)榧彝ブ秀@孔直徑一般在10 mm 以下，孔加工范圍較小。且這類臺鉆尺寸太大放置在家中占據(jù)空間多，成本高，利用率低。針對這些缺點(diǎn)，本文將臺鉆改制成微小型臺鉆，使其適應(yīng)家庭使用。

1 現(xiàn)有臺鉆結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1 現(xiàn)有臺鉆結(jié)構(gòu)

現(xiàn)有臺鉆的主要零部件有電機(jī)、皮帶輪、鉆夾頭、工作臺、立柱、底座，如圖1 所示。底座支撐臺鉆所有零部件。電機(jī)為臺鉆提供動力，然后通過皮帶和皮帶輪將動力傳遞給主軸，從而使安裝在鉆夾頭上的鉆頭工作。手柄桿旋轉(zhuǎn)帶動鉆頭上下運(yùn)動，控制鉆孔深度。工作臺安裝在立柱上，通過支架夾緊手柄可上下調(diào)整。

圖1 臺鉆結(jié)構(gòu)圖

1.2 現(xiàn)有臺鉆工作原理

1.2.1 臺鉆調(diào)速原理

國內(nèi)大多的臺鉆主要靠皮帶輪傳遞扭矩和改變轉(zhuǎn)速，一般臺鉆具有5 種轉(zhuǎn)速。調(diào)速時(shí)先將臺鉆停止工作，松開電機(jī)和皮帶輪，將空心塔式皮帶從一個(gè)槽移到另一個(gè)槽，然后固定好電機(jī)，張緊皮帶，安裝在全封閉罩殼內(nèi)。這種調(diào)速方式效率低，有重大的安全隱患。

1.2.2 臺鉆機(jī)械升降原理

機(jī)械升降部分是臺鉆的重要部件，直接影響臺鉆的實(shí)用性，機(jī)械升降部分通過齒輪嚙合實(shí)現(xiàn)。手旋轉(zhuǎn)手柄，帶動小錐齒輪旋轉(zhuǎn)，小錐齒輪帶動大錐齒輪旋轉(zhuǎn)，從而使與大錐齒輪連接的絲桿和絲桿螺母上下移動，完成升降運(yùn)動。臺鉆鉆孔時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)進(jìn)給速度。鉆頭未接觸工件時(shí)，加工空行程需要鉆頭快速進(jìn)給；鉆孔時(shí)鉆頭速度較慢；快要穿透工件時(shí)，速度最慢，以防進(jìn)給力太大使鉆頭折斷。

1.2.3 工作臺

工作臺用于放置工件，可將工件直接放在工作臺上；也可在工作臺上安裝平口鉗或者其他專用夾具，工件安裝在夾具上，擴(kuò)大加工零件范圍。

2 改制后微型臺鉆

2.1 改制后微型臺鉆結(jié)構(gòu)和工作原理

改制后臺鉆結(jié)構(gòu)簡單，外形尺寸只有約200 mm×100 mm×130 mm，如圖2 所示。由電機(jī)提供動力，通過齒輪將動力傳遞給主軸夾頭，臺鉆無機(jī)械調(diào)速功能。主軸夾頭運(yùn)動行程由手柄和彈簧控制，達(dá)到鉆孔所需孔深。

1.PVAR回歸分析。本文采用Abrigo and Love提供的PVAR程序?qū)ν恋鼐C合承載力、人均GDP、地均第二、第三產(chǎn)業(yè)增加值3個(gè)內(nèi)生變量進(jìn)行面板向量自回歸分析。[24]根據(jù)MBIC,MAIC與MQIC最小化準(zhǔn)則和系統(tǒng)內(nèi)生變量面板數(shù)據(jù)的實(shí)際情況，綜合考慮面板脈沖響應(yīng)函數(shù)的收斂性，確定最優(yōu)滯后階數(shù)為2階。[24][25]然后，采用廣義矩估計(jì)GMM法，充分考慮土地綜合承載力、人均GDP、地均第二、第三產(chǎn)業(yè)增加值3個(gè)內(nèi)生變量先后順序?qū)γ姘迕}沖響應(yīng)函數(shù)和面板方差分解技術(shù)產(chǎn)生的可能影響，對京津冀城市群土地綜合承載力與區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展系統(tǒng)的PVAR模型進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，GMM估計(jì)結(jié)果見表3。[26]

圖2 改制后微型臺鉆結(jié)構(gòu)圖

2.2 改制后微型臺鉆零部件的設(shè)計(jì)

2.2.1 電機(jī)與齒輪

改制后微型臺鉆電機(jī)安裝在支架側(cè)面，體積小。采用直流電機(jī)，電機(jī)可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，與調(diào)速電源配合使用，達(dá)到調(diào)速的作用。電機(jī)的上方安裝了軸承和小齒輪，小齒輪向大齒輪傳遞扭矩和動力，并降低旋轉(zhuǎn)速度，增加扭矩。電機(jī)額定電壓為12/24 V，電流為10～15 A。當(dāng)電壓為12 V 時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速3 000～6 000 r/min，扭矩為0.63 N·m ；當(dāng)電壓為24 V時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速6 000～9 000 r/min，扭矩為0.53 N·m。

2.2.2 傳動比計(jì)算

改制后的微型臺鉆使用齒輪傳遞扭矩，該方法結(jié)構(gòu)緊湊，工作性能穩(wěn)定，傳動效率高，降低主軸轉(zhuǎn)速，增加扭矩使用壽命。小齒輪Z1 有12 個(gè)齒，大齒輪Z2 有24 個(gè)齒。兩齒輪的傳動比i為2∶1。

輸出扭矩T2=輸入扭矩T1×傳動比i。

當(dāng)電壓為12 V 時(shí)，電機(jī)輸出最高轉(zhuǎn)速為6 000 r/min，經(jīng)齒輪傳輸后，主軸轉(zhuǎn)速降為3 000 r/min；電機(jī)輸出扭矩0.63 N·m，輸入到主軸的扭矩為1.26 N·m。

當(dāng)電壓為24 V 時(shí)，電機(jī)輸出最高轉(zhuǎn)速為9 000 r/min，經(jīng)齒輪傳輸后，主軸轉(zhuǎn)速降為4 500 r/min；電機(jī)輸出扭矩0.53 N·m，輸入到主軸的扭矩為1.06 N·m。

當(dāng)使用者向下壓手柄時(shí)，手柄通過聯(lián)動機(jī)構(gòu)帶動整個(gè)鉆頭部分一起向下運(yùn)動。

2.2.4 鉆夾頭

鉆夾頭為三瓣瓦卡結(jié)構(gòu)，由連接塊、鉆夾套、松緊撥環(huán)等組成。使用時(shí)，通過撥動圓周上的孔，使松緊撥環(huán)內(nèi)的連接塊向下移動，精確定心并自動夾緊鉆頭。鉆夾頭的加持范圍一般為：1～13 mm、1～16 mm、3～16 mm、5～25 mm等。按照使用途徑可分為輕型鉆夾頭，一般用于手持電鉆；中型鉆夾頭，主要用于臺鉆；重型鉆夾頭。本文中的微型臺鉆鉆夾頭采用輕型鉆夾頭，采用標(biāo)準(zhǔn)件，這樣能減少加工成本，且互換性好，可裝夾1.5～10 mm 的鉆頭。

2.2.5 彈簧

彈簧在臺鉆上有兩個(gè)作用：①減小振動。臺鉆在打孔時(shí)，會產(chǎn)生振動，振動對孔的定位精度和幾何精度都有影響，容易使孔偏心，加工粗糙度不高。彈簧在臺鉆上可當(dāng)阻尼器使用，減小振動，從而提高孔的加工質(zhì)量。②限位。當(dāng)臺鉆向下鉆孔深度達(dá)到彈簧壓縮極限時(shí)，孔深就到達(dá)極限了。③復(fù)位。鉆孔完成后，通過彈簧回彈，可使鉆頭自動回位。

彈簧在受到手柄傳遞的外力后，向下壓縮，外力消失后，受本身彈性力恢復(fù)原狀，彈簧彈力公式為：F=KX（虎克定律），其中K為勁度系數(shù)，是由彈簧本身的材料性能決定的，X為彈簧的變形長度。

2.2.6 軸承的選用

滾動軸承是一種精密的機(jī)械支撐原件，在生產(chǎn)中廣泛使用，選用合適的軸承不僅能獲得良好的工作性能，還能減少維修成本。若軸承選用不當(dāng)或者超過本身額定載荷運(yùn)行，會引起軸承非正常損壞，造成事故。一般來說，軸承的選用考慮以下幾個(gè)因素：載荷方向、轉(zhuǎn)速、潤滑方式、同軸度要求、定位、公差。臺鉆的軸承安裝在齒輪孔內(nèi)，主要承受徑向力，軸承所受力屬于中等載荷，因此選用深溝球軸承即可。

2.3 改制后微型臺鉆主要零部件的加工

微型臺鉆電機(jī)、齒輪、軸承、夾頭、彈簧都是標(biāo)準(zhǔn)件，按照加工要求，選取相應(yīng)的型號即可。主要加工零件有齒輪的軸承座、手柄、支架導(dǎo)軌，其中支架導(dǎo)軌和軸承座加工要求較高。軸承座和支架導(dǎo)軌均為軸類零件，因此主要在數(shù)控車床上加工。軸承座為軸承運(yùn)轉(zhuǎn)提供定位、支撐，其與軸承的配合精度極大地影響軸承的使用壽命。本文所研究的軸承座加工精度為IT6 級，表面粗糙度為0.8，需要經(jīng)過鉆—車—鉸三道工序。整個(gè)臺鉆頭部上下運(yùn)動是在支架導(dǎo)軌上實(shí)現(xiàn)的，這要求支架導(dǎo)軌具有良好的光潔度和耐磨性，其加工精度選用IT8 級，表面光潔度為1.6，需要經(jīng)過粗車—半精車—精車三道工序。

3 總結(jié)

將現(xiàn)有臺鉆與改制后家庭簡易版微型臺鉆對比可見，外形尺寸明顯減??；加工范圍變窄，但是能基本滿足使用需求；選用零部件價(jià)格低，加工成本明顯下降，如表1 所示。由此可見，改制后的臺鉆能夠在家庭使用中大力推廣。

表1 改制前后臺鉆性能對比表

綜上所述，針對家庭使用的微型臺鉆，保留了一些現(xiàn)有臺鉆的結(jié)構(gòu)和工作性能，簡化的結(jié)構(gòu)滿足了使用，完全可行，也為以后類似產(chǎn)品的改制提供了借鑒。