多主轴数控筛板钻孔设备主轴间距和钻孔方式的确定方法
【专利摘要】本发明公开了一种多主轴数控筛板钻孔设备主轴间距和钻孔方式的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：明确已知参数：钻孔区域宽度范围W、相邻孔最大间距Xm、主轴外径D、相邻主轴最小间隙Y。步骤2：试算和确定大步钻孔次数N和相邻主轴间距L；公式：N＝(2W+Xm)/2ML(1)L＞D+Y(2)根据等式(1)和不等式(2)试算,求出大步钻孔次数N和相邻主轴间距L；其中N四舍五入后，取整数；L取满足不等式的最小值；步骤3：确定每大步内小步钻孔次数n和最终孔间距X；公式：L＝nX(3)；X≤Xm；(4)根据上面一个等式和一个不等式试算,求出每大步内小步钻孔次数n和最终确定的钻孔间距X；其中n小数入整数，取整数；X取满足不等式的最大值。
【专利说明】多主轴数控筛板钻孔设备主轴间距和钻孔方式的确定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及多主轴数控钻孔加工设备【技术领域】，尤其涉及一种多主轴数控筛板钻 孔设备相邻主轴间距的确定方法。
【背景技术】
[0002] 钻床指主要用钻头在工件上加工孔的机床。数控钻床是指用数控定位孔的位置和 钻孔深度的钻床。钻床的种类很多，按结构形式分，有摇臂钻、固定台式钻等；按主轴数量 分，有单轴钻、多轴钻等；按控制方式分，有普通钻、数控钻；按主轴在空间布置位置分，有 平面钻、二维钻、三维钻等；按用途分，有筛板钻、联接板钻、法兰钻、管板钻、角钢钻、H型钢 钻等；按钻孔速度分，有普通钻、高速钻；等等。总之钻床的种类非常的多。本发明主要涉及 的是多主轴数控筛板钻。
[0003] 数控技术用于钻床，主要目的是用来实现钻孔位置的数控定位和钻孔深度的数控 加工。这里不再赘述。
[0004] 多轴钻也表述为群钻。一般多轴钻是针对特定工件大批量生产时设计制造的专用 钻床。一般多轴钻的多个主轴间的相对位置和距离是固定的，多个主轴的排列方式有一字 排列、圆周排列、矩形阵列等。特殊情况下多个主轴之间的距离是可以调整的，但主轴多时， 传动机构复杂，如果设计的机构既满足传动要求，又满足调整各个主轴之间距离的要求，这 样的结构设计制造不是件容易实现的事。
[0005] 筛板钻，顾名思义是用来钻筛板的钻床。筛板广泛应用于造纸、制药、环保、食品、 矿山、冶金、煤炭、砖瓦等行业。筛板的特点是：
[0006] 1、孔是成行、成列布置的；
[0007] 2、孔多、密；
[0008] 3、孔小；
[0009] 4、孔距要求不严格，开孔率不小于规定的要求即可。
[0010] 特点1要求多轴筛板钻的主轴是一字排列的；特点2说明多主轴钻孔是非常必要 的；特点3说明钻孔的推力、扭矩、功率小，实践证明小型电主轴是可以满足要求的；特点4 说明满足开孔率要求的情况下，孔距是可以适当调整的。
[0011] 下面根据筛板的以上特点进一步说明研宄多主轴数控筛板钻孔设备相邻主轴间 距确定方法的必要性和可行性。
[0012] 筛板、特别是造纸、环保、制药、食品行业的筛板，钻孔直径一般在01到03mm之 间。有时一张筛板上要求钻几十万个孔。钻孔是筛板加工的主要工序、也是加工耗时最长 的工序。以一张10万个孔的筛板为例，如果一个主轴钻孔，每天加工8小时，大概需要30 天。显然一个主轴钻孔效率低，安装多根主轴同时钻孔是提高效率最主要的手段。
[0013] 但是，安装多根主轴同时钻孔在设计时存在以下问题：
[0014] 1、多个主轴的结构是什么样的？
[0015] 2、主轴多时相邻主轴之间的间距如何确定？
[0016] 3、假设设备上安装了 N个主轴，N个主轴要分几大步几小步来完成一行的钻孔？
[0017] 针对问题1 一般采用多个小型电主轴一字排开，间距可调。一台设备上布置 的电主轴的数量和使用数量由设计者和使用者决定。比方说一台设备上制造商设计安 装了 8个电主轴，使用者可以使用8个，也可以使用2个、3个等。小型电主轴的直径有 080mm、0100mm、0120mm等。080mm、0100mm、0120mm这 3 种规格就能满 足01到03 mm孔的钻孔要求。
[0018] 针对问题2和问题3目前采用的方式是通过设计人员通过大量的计算来得到结 果，这就导致了多头钻床设计计算工作繁琐，设计周期长。使用中，当计算不得要领，操作工 也往往会采用分区、分片钻孔，而不是一行一行的钻孔，钻孔效率低。
【发明内容】
[0019] 本发明的目的就是为了解决筛板钻床的设计和使用的问题；提供一种通用型多主 轴钻床钻孔几何参数与主轴间距调整方案和使用方法；为筛板钻床制造业和筛板钻孔加工 业提供设计和使用指导。
[0020] 本发明采用的技术方案如下：
[0021] 本发明的方法针对的是采用多主轴一字排开的钻床，对筛板进行钻孔，且主轴之 间的间距为可调的这种设备；其相邻主轴间距确定方法，包括以下步骤：
[0022] 步骤1 :明确已知参数：钻孔区域宽度范围W、相邻孔最大间距Xm、主轴外径D、相 邻主轴最小间隙Y。
[0023] ( I )、根据用户提供的筛板图纸来确定筛板钻孔区域宽度范围W、相邻孔间距Xm
[0024] ( II )、由使用者确定采用的主轴数量M
[0025] (最多为实际布置数量，但可以小于实际布置数量）；
[0026] (III)确定主轴外径D
[0027] (查找样本或实际测量安装的主轴）；
[0028] ( IV )、按照不小于固定主轴的螺栓头部外径初步确定相邻主轴间隙Y ;
[0029] (如M8的圆柱头内六角螺栓，圆柱头为012mm，Y应大于12mm，以便于主轴间距 的调整和螺栓紧固）。
[0030] 步骤2 :试算和确定大步钻孔次数N和相邻主轴间距L。
[0031] 公式：N = (2W+Xm)/2ML (1)
[0032] L > D+Y (2)
[0033] 根据上面一个等式和一个不等式试算，求出大步钻孔次数N和相邻主轴间距L ;
[0034] 其中要求N四舍五入，取整数；L取满足不等式的最小值，可以带小数；L取最小值 时，调整距离小、调整方便。
[0035] 公式⑵是为了确定的L值，必须能够实现安装、调整。
[0036] 步骤3 :确定每大步内小步钻孔次数η和最终孔间距X。
[0037] 公式：L = nX (3)
[0038] X ^ Xm ； (4)
[0039] 根据上面一个等式和一个不等式试算，求出每大步内小步钻孔次数η和最终确定 的钻孔间距X ;要求η小数入整数，取整数；X取满足不等式的最大值，可以带小数。X取满 足不等式（4)的最大值时，开孔率接近和大于设计要求。
[0040] 公式⑷是为了筛板的开孔率不应小于图纸设计的要求。
[0041] 本发明的有益效果：
[0042] 本发明给出了多轴钻孔设备尤其是筛板钻孔设备钻孔几何参数与主轴间距的关 系；通过该关系式可以根据不同的客户需求很容易的得出主轴间距，以满足客户的钻孔要 求，为设计制造和使用筛板钻提供了理论指导，减少了设计制造和加工使用的盲目性。对推 动多轴筛板钻的发展有理论指导意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0043] 图1是本发明的钻孔几何参数与主轴间距的关系图；
【具体实施方式】
[0044] 步骤1 :明确已知参数：钻孔区域宽度范围W、相邻孔最大间距Xm、主轴外径D、相 邻主轴最小间隙Y。
[0045] ( I )、根据用户提供的筛板图纸来确定筛板钻孔区域宽度范围W、相邻孔间距Xm
[0046] ( II )、由使用者确定采用的主轴数量M(最多为实际布置数量，但可以小于实际布 置数量）；
[0047] (III)确定主轴外径D
[0048] (IV )、按照不小于固定主轴的螺栓头部外径初步确定相邻主轴间隙Y。
[0049] 步骤2 :试算和确定大步钻孔次数N和相邻主轴间距L。
[0050] 公式：N = (2W+XmV(2ML) (1)
[0051] L > D+Y (2)
[0052] 根据上面一个等式和一个不等式试算，求出大步钻孔次数N和相邻主轴间距L。 要求N取整数、L取满足不等式的最小值，可以带小数。L取最小值时，调整距离小、调整方 便。
[0053] 步骤3 :确定每大步内小步钻孔次数η和最终孔间距X。
[0054] 公式：n = L/X (3)
[0055] X ^ Xm ； (4)
[0056] 根据上面一个等式和一个不等式试算，求出每大步内小步钻孔次数η和最终确定 的钻孔间距X。要求η取整数、X取满足不等式的最大值，可以带小数。
[0057] 下面结合上述方法具体说明3个实施例：
[0058] 实施例1 :
[0059] 用户要求：钻孔宽度范围900mm，邻孔间距6. 5mm。现有钻床4个主轴，主轴外径 80mm,主轴联接螺栓为内六角螺栓M8、螺栓头直径012mm.
[0060] 明确已只参数：钻孔宽度范围W = 900mm，一行内相邻孔间距Xm = 6. 5mm ;筛板钻 床主轴数量M = 4个；主轴外径D = 80mm ;相邻主轴间隙不得小于Y = 12mm ;
[0061] 实施过程：
[0062] 由公式（1)，N~ 225.81/L，
[0063] 由不等式（2)，L > 92mm
[0064] 为了取整数，结果应该是N = 2, L ~ 112. 91mm
[0065] 由公式（3)，n = 112. 91/X，
[0066] 由不等式（4)，X < 6. 5mm
[0067] 为了取整，结果应该是η = 18, X ~ 6. 2727mm。
[0068] 结果：4个主轴同时钻孔时，相邻主轴间距调整到112.91mm，孔距调整修改为 6. 272mm(开孔率和开孔数量大于6. 5mm孔间距时），分2大步，每大步内分18小步钻孔。 在900mm宽的范围内，每行比用户要求多钻了 5个孔，超出用户的开孔数量要求，4个主轴同 时钻孔，大大提尚了钻孔效率。
[0069] 实施例2 :
[0070] 用户要求：钻孔宽度范围800mm，邻孔间距5mm。现有钻床8个主轴，主轴外径 80mm,主轴联接螺栓为内六角螺栓M10、螺栓头直径015mm.
[0071] 明确已只参数：钻孔宽度范围W = 800mm，一行内相邻孔间距Xm = 5mm ;筛板钻床 主轴数量M = 8个；主轴外径D = 80mm ;相邻主轴间隙不得小于Y = 15mm ;
[0072] 实施过程：
[0073] 由公式（1)，N~ 100.31/L，
[0074] 由不等式（2)，L > 95_
[0075] 为了取整数，结果应该是N = 1，L ~ 100. 31mm
[0076] 由公式（3)，η = 100. 31/X，
[0077] 由不等式（4)，X < 5_
[0078] 为了取整，结果应该是η = 21，X ~ 4. 777mm。
[0079] 结果：8个主轴同时钻孔时，相邻主轴间距调整到100. 31mm，孔距调整修改为 4. 777mm (开孔率和开孔数量大于5mm孔间距时），1大步，大步内分21小步钻孔。在800mm 宽的范围内，每行比用户要求多钻了 7个孔，超出用户的开孔数量要求，8个主轴同时钻孔， 极大地提高了钻孔效率。
[0080] 实施例3 :
[0081] 用户要求：钻孔宽度范围1300mm，邻孔间距7mm。现有钻床5个主轴，主轴外径 100_，主轴联接螺栓为内六角螺栓M10、螺栓头直径015mm.
[0082] 明确已只参数：钻孔宽度范围W = 1300mm，一行内相邻孔间距Xm = 7mm ;筛板钻床 主轴数量M = 5个；主轴外径D = IOOmm ;相邻主轴间隙不得小于Y = 15mm ;
[0083] 实施过程：
[0084] 由公式（I)，N = 260. 7/L，
[0085] 由不等式（2)，L > 115mm
[0086] 为了取整数，结果应该是N = 2, L = 130. 35mm
[0087] 由公式（3)，η = 130. 35/X，
[0088] 由不等式（4)，X < 7_
[0089] 为了取整，结果应该是n = 19，X~ 6.86mm〇
[0090] 结果：5个主轴同时钻孔时，相邻主轴间距调整到130. 35mm，孔距调整修改为 6. 86mm(开孔率和开孔数量大于7mm孔间距时），2大步，大步内分19小步钻孔。
[0091] 上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范 围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不 需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【权利要求】
1. 多主轴数控筛板钻孔设备主轴间距和钻孔方式的确定方法，其特征在于，包括以下 步骤： 步骤1 :明确已知参数：钻孔区域宽度范围W、相邻孔最大间距Xm、主轴外径D、相邻主 轴最小间隙Y ; 步骤2 :试算和确定大步钻孔次数N和相邻主轴间距L ; 公式：N = (2W+Xm)/2ML (1) L > D+Y (2) 根据等式（1)和不等式（2)试算，求出大步钻孔次数N和相邻主轴间距L ;其中N四 舍五入，取整数；L取满足不等式的最小值； 步骤3 :确定每大步内小步钻孔次数n和最终孔间距X ; 公式：L = nX (3) X 彡 Xm ; (4) 根据上面一个等式和一个不等式试算，求出每大步内小步钻孔次数n和最终确定的钻 孔间距X ;n小数入整数，取整数；X取满足不等式的最大值。
2. 如权利要求1所述的多主轴数控筛板钻孔设备主轴间距和钻孔方式的确定方法，其 特征在于，所述的Y大于固定主轴的螺栓头部外径。
3. 如权利要求1所述的多主轴数控筛板钻孔设备主轴间距和钻孔方式的确定方法，其 特征在于：步骤1中各个参数的确定方法如下： (I )、根据用户提供的筛板图纸来确定筛板钻孔区域宽度范围W、相邻孔最大间距Xm; (II )、由使用者确定采用的主轴数量M ;(III )、查找样本或实际测量安装的主轴，确定主轴 外径D ;(IV )、按照不小于固定主轴的螺栓头部外径初步确定相邻主轴间隙Y。
【文档编号】B23B39/16GK104475798SQ201410604364
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年10月30日 优先权日:2014年10月30日
【发明者】吕富强, 张文君, 吕富锤 申请人:济南法特数控机械有限责任公司