一种自动打孔机及钻孔方法与流程

本发明涉及铸造领域，尤其涉及一种覆膜砂型芯的自动打孔机及钻孔方法。

背景技术：

在铸造行业，铸件零件的应用涉及到各行各业，其使用广泛性非常宽广，随着对工业的要求越来越高，产品质量决定了其在本行业的立足与否，关乎企业生存之关键，所以铸件零件在生产冶炼过程中非常强调其质量，有缺陷的铸件零件只能做报废处理。

优越性能的汽车和设备取决于各部位铸件零件，但是铸件零件在生产中所使用的各种各样的型芯决定了铸件零件的产品质量，生产铸件零件所使用的型芯原材料都是由覆膜砂经过模具高温制作而成，在铸件零件的浇注成型过程中，型芯与高温的铁液接触会产生一定的气体，气孔的种类很多，气缩、气憋、反应性气孔、针气孔、皮下气孔等。特别是工艺相对复杂的铸件零件，由于型芯的厚大或者未固化的覆膜砂，如果型芯不经过合理设计打孔，则导致所产生的气体会透析或者击穿高温铁液、或者停留在铸件零件表面或者皮下、或者聚集在铸件零件的壁厚较厚的位置、或者在铸件零件的最高处或铁液最末端位置产生憋气、或者在铸件零件的铁液注入口产生气缩、或者在工艺设计不尽完善和不合理的位置产生密集型气孔，从而影响铸件零件的质量。并且，现有的打孔方式容易导致型芯受损甚至报废，打孔精度和深度不易控制。

因此，有必要提供一种新的技术方案。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提供一种自动打孔机及钻孔方法，其能够提高型芯打孔的准确度和精度，在铸件零件生产过程中，提高型芯的透气性，降低了产品废率，提高了生产效率。

为实现上述目的，本发明提供一种自动打孔机，所述打孔机包括风钻、气缸、夹具和自动控制系统，所述风钻的头部安装有钻头；

所述风钻用于带动所述钻头转动；

所述气缸用于推动所述风钻水平移动；

所述夹具用于夹紧待钻孔工件；

所述自动控制系统包括钻头进给速度检测单元、钻孔深度检测单元、控制器和输气控制单元；

所述进给速度检测单元用于采集所述钻头的进给速度信息；

所述钻孔深度检测单元用于采集所述钻头的钻孔深度信息；

所述控制器根据所述进给速度和钻孔深度信息控制所述输气控制单元输入气缸的空气流量。

进一步地，所述控制器根据所述钻头的进给速度和钻孔深度控制所述输气控制单元输入气缸的空气流量，具体包括：

所述控制器根据所述钻头的进给速度判断钻头在钻孔时受到的阻力，并根据阻力大小调节所述输气控制单元输入气缸的空气流量；

当所述钻头受到的阻力大于第一预设阻力而小于第二预设阻力时，使所述钻头以第一速度做进给运动；

当所述钻头受到的阻力大于第二预设阻力而小于第三预设阻力时，使所述钻头以第二速度做进给运动；

当所述钻头的阻力大于第三预设阻力时，使所述钻头以第三速度做回程、进给往复运动；

当所述钻头的测量深度到达预定深度时，所述控制器控制所述输气控制单元停止输入气缸的空气；

其中，所述第一速度大于所述第二速度，所述第二速度大于或等于所述第三速度。

进一步地，所述第一速度为钻头与待钻孔工件表面接触时的初始速度，所述第一预设阻力为钻头与待钻孔工件表面接触时的初始阻力。

进一步地，所述自动控制系统还包括钻头转速检测单元，

所述钻头转速检测单元用于检测所述钻头转速信息；

所述控制器根据钻头转速信息和预设钻头转速信息控制所述输气控制单元输入风钻的空气流量。

进一步地，所述气缸的行程设定≤300mm，所述钻头回程的距离为2-5cm，进入风钻的总气压为0.3-0.5MP。

进一步地，所述控制器为PLC控制器。

进一步地，所述输气控制单元为气阀，所述气阀包括第一气阀和第二气阀；

所述打孔机还包括风钻进气管和气缸进气管；

所述风钻进气管一端连接有第一气阀，另一端与所述风钻的进气口连接；

所述气缸进气管一端连接有第二气阀，另一端与所述气缸的进气口连接。

进一步地，所述打孔机还包括支架、升降装置和滑动装置；

所述升降装置固定于所述支架上，用于上下调节滑动装置的高度；

所述滑动装置固定于所述升降装置上，所述滑动装置包括滑轨基座和滑轨；

所述风钻固定于所述滑轨上，所述滑轨可滑动设置于所述滑轨基座上；

所述气缸固定于所述滑轨基座上，所述气缸内设置有活塞杆，所述活塞杆的一端与所述滑轨固定连接。

进一步地，所述夹具固定于移动装置上；

所述控制器驱动所述移动装置水平运动，使待钻孔工件的打孔中心正对钻头的中心。

本发明还提供一种使用上述的自动打孔机的钻孔方法，所述钻孔方法包括如下步骤：

采用夹具夹紧待钻孔工件，并使待钻孔工件的打孔中心处正对钻头的中心；

打开气阀，向气缸和风钻输入空气，所述气缸驱动所述风钻向待钻孔工件移动，所述风钻带动钻头转动；

所述控制器根据钻头的进给速度和钻孔深度判断钻头受到的阻力，并根据阻力大小调节所述输气控制单元输入气缸的空气流量；

当钻头受到的阻力大于第一预设阻力而小于第二预设阻力时，调节气阀，减少进入气缸的进气量，使所述钻头以第一速度做进给运动；

当所述钻头受到的阻力大于第二预设阻力而小于第三预设阻力时，调节气阀，减少进入气缸的进气量，使所述钻头以第二速度做进给运动；

当所述钻头的阻力大于第三预设阻力时，使所述钻头以第三速度做回程、进给往复运动，其中，所述第一速度大于所述第二速度，所述第二速度大于或等于所述第三速度；

当所述钻头的测量深度到达预定深度时，所述控制器控制所述输气控制单元停止输入气缸的空气，钻头停止转动。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明的自动打孔机，其通过钻头在钻孔时的受到的阻力来控制所述输气控制单元输入气缸(3)的空气流量，从而调节钻头的进给速度，不仅提高了钻孔准度和精度，而且钻头不易损坏，不易损坏待钻孔工件，提高成品率和钻孔效率。

(2)本发明的自动打孔机，其通过PLC控制器，可对气缸进行行程设定，可自动控制钻头的钻孔速度和打孔深度，并且可针对不同的型芯结构实时调整气缸的行程，从而实现型芯打孔的准确度和精度。

(3)本发明的自动打孔机，其通过调节升降装置可调节风钻的上下位置，通过调节移动装置使型芯的打孔中心正对钻头的中心，因此可使风钻在三轴方向进行对准，提高了打孔的精度，同时也能够针对不同的型芯进行打孔作业，实现更广的适用范围。

(4)本发明的自动打孔机，其在托架上设置防护板，不仅能够防止型芯在打孔的过程中产生移动，而且防护板能够与型芯成面接触，能够防止打孔时由于钻头对型芯的作用力而导致的型芯破损或粉碎等情况的发生，进一步保护砂芯。

(5)本发明的自动打孔机，其在型芯的芯头进行打孔，使得铸件零件生产过程中，增加型芯透气性，使型芯与高温铁液接触时合理的让气体排出型芯外部，从而使铸件零件成型良好，避免了有气体不能有效排除产生气体透析或者击穿高温铁液、或者停留在铸件零件表面或者皮下、或者聚集在铸件零件的壁厚较厚的位置、或者在铸件零件的最高处或者铁液最末端位置产生憋气、或者在铸件零件的铁液注入口产生气缩、或者在工艺设计不尽完善和不合理的位置产生密集型气孔的情况，从而提高了产品的质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明自动打孔机的主视示意图；

图2为图1中防护板的结构示意图；

图3为图1中型芯固定架的结构示意图；

图4为本发明自动控制系统的系统框图。

其中，1-支架，2-电控箱，3-气缸，4-滑轨，5-滑轨基座，6-风钻，7-钻头，8-夹具，9-托架，10-手柄，11-砂芯，12-防护板，13-气缸进气管，14-内套筒，15-外套筒，16-活塞杆，17-型芯固定台，81-第一夹板，82-第二夹板，83-夹持槽，91-托架条形孔，121-弧面，18-风钻进气管。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

请参阅图1至图3，图1为本发明自动打孔机的主视示意图；图2为图1中防护板的结构示意图；图3为图1中型芯固定架的结构示意图。由图1至图3可知，本发明提供一种自动打孔机，所述打孔机包括风钻6、气缸3、夹具8和自动控制系统。

所述风钻6的头部安装有钻头7，所述风钻6用于带动所述钻头7转动。

所述气缸3用于推动所述风钻6水平移动。

所述夹具8用于夹紧待钻孔工件11。本发明的待钻孔工件为型芯。所述夹具8靠近所述钻头6，所述夹具8设置于型芯固定台17上，所述型芯固定台17上还设置有托架9，所述托架9上设置有防护板12，所述防护板12与夹具8相对设置。

请继续参阅图1，本发明的打孔机还包括支架1、升降装置和滑动装置。

所述升降装置固定于所述支架1上，用于上下调节滑动装置的高度。所述升降装置包括外套筒15、内套筒14和手柄10，所述内套筒14套设于所述外套筒15内，所述手柄10设置于所述外套筒15外侧，所述手柄10穿过所述外套筒15且与所述内套筒14相抵触，所述滑轨基座5设置于所述内套筒14的顶端。

所述型芯固定台17上沿型芯11长度方向上开设供螺丝通过的长条孔(未图示)，所述托架9通过螺丝固定于所述型芯固定台17上，且沿所述长条孔水平可调。本发明可根据需要打孔的型芯类型的不同，通过调节螺丝在长条孔的位置从而可调节所述托架9固定在型芯固定台17上的位置。所述托架9上竖直开设有供螺丝穿过的托架条形孔91，所述防护板12通过螺丝固定于所述托架9上，且沿所述托架条形孔91上下可调。本发明可根据需要打孔的型芯类型的不同，可更换防护板的大小或类型，通过调节螺丝在托架条形孔91的上下位置从而可调节所述防护板12的位置高低，同时可方便更换不同的防护板。

所述滑动装置固定于所述升降装置上，所述滑动装置包括滑轨基座5和滑轨4。

所述风钻6固定于所述滑轨4上，所述滑轨4可滑动设置于所述滑轨基座5上；

所述气缸3固定于所述滑轨基座5上，所述气缸3内设置有活塞杆16，所述活塞杆16的一端与所述滑轨4固定连接。所述气缸4通过活塞杆16推动滑轨4沿所述滑轨基座5水平移动。所述滑轨4进而带动风钻6水平移动。

请继续参阅图2，在一个实施例中，所述防护板12具有弧面121，所述弧面121与型芯11的芯尾端形状相吻合。该弧形的防护板12不仅能够防止型芯在打孔的过程中产生移动，而且防护板12能够与型芯成面接触，能够防止打孔时由于钻头对型芯的作用力而导致的型芯破损或粉碎等情况的发生，进一步保护砂芯。

请继续参阅图3，在一个实施例中，所述夹具8包括第一夹板81和第二夹板82，所述第一夹板81和第二夹板82在对型芯进行夹持时形成一夹持槽83，通过调整第一夹板81和第二夹板82的相对位置可对型芯11进行牢固夹持。

请参阅图4，图4为本发明自动控制系统的系统框图。如图4所示，所述自动控制系统包括钻头进给速度检测单元、钻孔深度检测单元、控制器、输气控制单元和钻头转速检测单元。

所述进给速度检测单元用于采集所述钻头的进给速度信息，并将采集的钻头的进给速度信息传送给所述控制器。

所述钻孔深度检测单元用于采集所述钻头的钻孔深度信息，并将采集的钻头的钻孔深度信息传送给所述控制器。

所述控制器根据所述进给速度和钻孔深度信息控制所述输气控制单元输入气缸3的空气流量。在一个优选的实施例中，所述控制器为PLC控制器。在一个实施例中，所述气缸3的行程设定≤300mm。

在一个实施例中，所述控制器根据所述钻头的进给速度和钻孔深度控制所述输气控制单元输入气缸3的空气流量，具体包括：

所述控制器根据所述钻头的进给速度判断钻头在钻孔时受到的阻力，并根据阻力大小调节所述输气控制单元输入气缸的空气流量；

当所述钻头7受到的阻力大于第一预设阻力而小于第二预设阻力时，所述控制器调节所述输气控制单元输入气缸的空气流量，使所述钻头7以第一速度做进给运动；

当所述钻头7受到的阻力大于第二预设阻力而小于第三预设阻力时，所述控制器调节所述输气控制单元输入气缸的空气流量，使所述钻头7以第二速度做进给运动；

当所述钻头7的阻力大于第三预设阻力时，所述控制器调节所述输气控制单元输入气缸的空气流量，使所述钻头7以第三速度做回程、进给往复运动；其中，所述钻头7回程的距离为2-5cm。

当所述钻头7的测量深度到达预定深度时，所述控制器控制所述输气控制单元停止输入气缸3的空气，使钻头停止转动，完成型芯的钻孔。

其中，在该实施例中，所述第一速度大于所述第二速度，所述第二速度大于或等于所述第三速度。所述第一速度为钻头7与待钻孔工件11表面接触时的初始速度，所述第一预设阻力为钻头7与待钻孔工件11表面接触时的初始阻力。当钻头与待钻孔工件11表面开始接触时，钻头保持较高的进给速度，并以该进给速度对型芯打孔，由于在钻孔的初始阶段，该较高的进给速度能够顺畅的进入型芯一定深度从而对型芯进行钻孔；当钻头继续进给时，钻头受到的阻力会增大，为了使得钻孔顺利进行，此时需降低钻头7的进给速度，使钻头以第二速度进给，从而避免过高的进给速度使型芯11发生损坏，甚至粉碎型芯；然后钻头7继续进给钻孔，钻头7受到的阻力会继续增大，为了避免钻头7对型芯11造成损坏，此时可继续降低钻头7的进给速度，使所述钻头7以第三速度做回程、进给往复运动，直至钻孔至预定深度。在另一个实施例中，所述第二速度等于所述第三速度。

本发明中，所述控制器通过钻头在钻孔时的受到的阻力来控制所述输气控制单元输入气缸3的空气流量，从而调节钻头的进给速度，不仅提高了钻孔准度和精度，而且钻头不易损坏，不易损坏待钻孔工件，提高成品率和钻孔效率。

所述钻头转速检测单元用于检测所述钻头转速信息，并将钻头转速信息传送给控制器，所述控制器根据钻头转速信息和预设钻头转速信息控制所述输气控制单元输入风钻的空气流量。为了使钻头的转速保持在一定的速度旋转，进入风钻(6)的总气压为0.3-0.5MP。

在一个实施例中，所述输气控制单元为气阀，所述气阀包括第一气阀和第二气阀。所述打孔机还包括风钻进气管18和气缸进气管13。所述风钻进气管18一端连接有第一气阀，另一端与所述风钻6的进气口连接。所述气缸进气管13一端连接有第二气阀，另一端与所述气缸3的进气口连接。本发明中，所述气缸3还具有出气口，所述风钻6还具有出气口，当钻孔完成，气缸内的空气通过出气口泄气，风钻通过出气口泄气，气缸回程，风钻停止转动。

在另一个实施例中，本发明的打孔机还包括移动装置(未图示)，所述移动装置设置于所述型芯固定台17上，所述夹具8固定于所述移动装置上，所述控制器驱动所述移动装置水平运动，使待钻孔工件11的打孔中心正对钻头7的中心。本发明通过调节升降装置可调节风钻6的上下位置，通过调节移动装置使型芯的打孔中心正对钻头7的中心，因此可使风钻在三轴方向进行对准，提高了打孔的精度，同时也能够针对不同的型芯进行打孔作业，实现更广的适用范围。

在另一个实施例中，所述打孔机还包括电控箱2和电源模块，所述电源模块和所述PLC控制器均位于所述电控箱内，所述电源模块用于为所述PLC控制器提供电源。

本发明还提供一种自动打孔机的钻孔方法，所述钻孔方法包括如下步骤：

采用夹具8夹紧待钻孔工件，并使待钻孔工件11的打孔中心处正对钻头7的中心；

打开气阀，向气缸3和风钻6输入空气，所述气缸3驱动所述风钻6向待钻孔工件11移动，所述风钻6带动钻头7转动；

所述控制器根据钻头的进给速度和钻孔深度判断钻头受到的阻力，并根据阻力大小调节所述输气控制单元输入气缸的空气流量；

当钻头7受到的阻力大于第一预设阻力而小于第二预设阻力时，调节气阀，减少进入气缸的进气量，使所述钻头7以第一速度做进给运动；

当所述钻头7受到的阻力大于第二预设阻力而小于第三预设阻力时，调节气阀，减少进入气缸的进气量，使所述钻头7以第二速度做进给运动；

当所述钻头7的阻力大于第三预设阻力时，使所述钻头7以第三速度做回程、进给往复运动，其中，所述第一速度大于所述第二速度，所述第二速度大于或等于所述第三速度；

当所述钻头7的测量深度到达预定深度时，所述控制器控制所述输气控制单元停止输入气缸(3)的空气，钻头7停止转动。

本发明具有如下优点：

(1)、本发明的自动打孔机，其通过钻头在钻孔时的受到的阻力来控制所述输气控制单元输入气缸(3)的空气流量，从而调节钻头的进给速度，不仅提高了钻孔准度和精度，而且钻头不易损坏，不易损坏待钻孔工件，提高成品率和钻孔效率。

(2)、本发明的自动打孔机，其通过PLC控制器，可对气缸进行行程设定，可自动控制钻头的钻孔速度和打孔深度，并且可针对不同的型芯结构实时调整气缸的行程，从而实现型芯打孔的准确度和精度。

(3)、本发明的自动打孔机，其通过调节升降装置可调节风钻的上下位置，通过调节移动装置使型芯的打孔中心正对钻头的中心，因此可使风钻在三轴方向进行对准，提高了打孔的精度，同时也能够针对不同的型芯进行打孔作业，实现更广的适用范围。

(4)、本发明的自动打孔机，其在托架上设置防护板，不仅能够防止型芯在打孔的过程中产生移动，而且防护板能够与型芯成面接触，能够防止打孔时由于钻头对型芯的作用力而导致的型芯破损或粉碎等情况的发生，进一步保护砂芯。

(5)、本发明的自动打孔机，其在型芯的芯头进行打孔，使得铸件零件生产过程中，增加型芯透气性，使型芯与高温铁液接触时合理的让气体排出型芯外部，从而使铸件零件成型良好，避免了有气体不能有效排除产生气体透析或者击穿高温铁液、或者停留在铸件零件表面或者皮下、或者聚集在铸件零件的壁厚较厚的位置、或者在铸件零件的最高处或者铁液最末端位置产生憋气、或者在铸件零件的铁液注入口产生气缩、或者在工艺设计不尽完善和不合理的位置产生密集型气孔的情况，从而提高了产品的质量。

上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。