集装箱木地板简易排钻机构设计初探

李中波

【摘要】随着经济的飞速发展，我国生产力日益发展，物流业作为经济体重要的一部分，也得到了很好的发展。集装箱运输因其独特的优势，在物流行业中应用广泛。本文就集装箱木地板简易排钻机构设计进行了简单的分析。

【关键词】集装箱木地板；简易排钻；机构设计

一.集装箱加工分析

排钻加工是现代机械加工的一种重要加工方式，在加工行业中有着广泛的应用。排加工克服了手工加工的缺点，加工机械化，集成化，效率更高。

图1集装箱木地板加工示意图

1.排钻加工特点及组成

1.1排钻加工特点

（1）加工量大，一次可以同时加工多个孔；

（2）加工效率高，可以连续、批量加工；

（3）排钻系统工作稳定，操作简单，维修方便；

1.2排钻组成

本简易排钻机构主要由机架、电钻和控制开关组成。

图2排钻架总装配图

图3排钻结构简图

1.2.1 机架

机架由钢结构组成。机构主体为普通热轧工字钢。钢条并行排列，钢材通过钢板连接块，使用螺栓固定连接，其上端有扁钢连接，下端固定分钻。分钻可独立工作，并行用螺母和固定板安装在固定架下端。

图4固定架简图（横截面）

1.2.2电钻

电钻是排钻机构的工作部分，负责对集装箱木地板进行钻孔加工。钻孔时，电钻受到自身重力和机架重力的双重压力，向下钻削完成钻孔。

1.2.3 控制开关

控制开关由分开关和总控制开关组成，采用普通按钮式开关。

2.2 钻削要素

1.钻削速度

钻削速度指主切削刃外缘处的线速度，以Vc表示

Vc=nπd/1000 m/s（1.1）

式中n-钻头（或工件）的转数（r/s）；

d—钻头外缘处直径（mm）。

2.进给量

每钻进给量：是钻床进给标牌上给出的最常用表達形式，是指钻头转一转相对于工作的轴向移动量，以Fn表示，单位为（mm/r）。

每齿进给量：钻头有两个刀齿，钻头转过一个刀齿相对于工件的轴向移动量，称每齿进给量，以Fz表示（mm/Z）。

每分进给量：也称进给速度，是指钻头在单位时间内（每分钟）相对于工件的轴向移动量，以Vf表示

Vf=n fz z mm/min（1.2）

n为刀具或工件转速.单位为r/min，fz为每齿进给量，z为刀齿数

3.切削深度

在基面内垂直与钻头轴线测量的切削层尺寸（或者指待加工表面与已知加工表面间的距离）。

2.3 钻削力学计算

根据实验结果资料显示，标准麻花钻头钻削负载在各切削刃上之分配比例如下表一所示。由表中可得知，钻削一般材料时，轴向负载主要来自横刃，约佔总轴向力的57﹪；而扭矩主要主切削刃产生，约佔总扭矩的80﹪。

Ff（N）、钻削扭矩和切削功率可利用以下实验公式计算得知：

表3.1钻削负荷分配表

钻削负载主切削刃横刃刃带

进给负载Ff40﹪57﹪3﹪

扭矩Me78﹪10﹪12﹪标准麻花钻头钻削时的进给负载

本排钻装置采用高速钢材料标准麻花钻，钻头直径d0=8mm，进给f=0.2mm/r，由钻削力公式和扭矩公式可算得钻孔所需进给力和电钻工作时克服钻削运动所需的扭矩。电钻转速400 r/min .。经计算Ff=2958N，M =14.06N·m，钻削功率 P=589 W

加工木质材料部分受力情况

排钻在钻削木地板表面3mm钢材（Q235）时的钻削参数如上。当钻头钻穿钢板后，由于木质材料力学性能比普通钢材差很多，其钻削力和钻削扭矩都小很多，在电钻工作状态不变，进给力不变的情况下，钻削工作完全可以正常进行，在此我们不另行计算。

二.设计结果与展望

1.设计结果

集装箱地板有两部分组成，地板上层覆盖有一层厚度为3mm的普通A3（既现在的Q235钢）钢钢板，地板下层是厚度为30mm的木质部分。地板加工要求是在总加工长度为3米横截面上钻孔，孔距200mm，需要加工16个孔。加工普通钢材，如果钢材硬度不是很高，我们可以选用市场上销售刀具。本设计需要加工的A3钢，我们可以选用标准麻花钻对其加工，刀具材料为高速钢。选用考虑因素主要是性能和价格两个。高速钢标准麻花钻既能满足对钢材的加工要求，而且由于其已经标准化，生产规模化，不同厂家生产的刀具可以通用，来源丰富，价格便宜，节约成本。另一加工部分是对30mm木质钻孔。在集装箱木地板加工中，木质材料上覆盖有一层钢板，因此对其加工要求是能把木质部分钻穿。考虑到加工的连续性，我们应尽可能一次完成对地板的加工，所以我们加工钢板与加工木板采用同样的刀具，刀具选用的标准采用加工钢板的标准。

本设计排钻机构由16个分钻组成，排距200mm，钻头统一采用直径为8mm的标准麻花钻。分钻排列在总长为3.1米的固定架上。固定架由两根普通热轧工字钢构成，工字钢平行排列，最外端宽度260mm，采用扁钢连接，使用螺栓连接。

2.设计分析及结构优化建议

针对加工对象及加工要求，本设计采取了简约化设计的原则，设计使用材料均在市场上可以买到，而且材料选取都是通用的、常见的，材料价格便宜，来源广泛，加工使用简单通用性强。排钻机构能满足对集装箱木地板的加工要求。

本设计最大的是结构简单、机构造价便宜、维护方便，而且使用标准化材料，方便生产加工。整个架构安装上电机后，立刻可以投入生产。由于各部件多采用螺栓连接固定，长期使用会出现连接松动等缺点，所以使用一段时间后，要对机架进行安全检查。

综合本排钻机构特点，考虑实际生产加工情况，对于特定的加工要求和加工量，可以采用本设计机构。如果要求加工高、加工范围大，加工量巨大，机构使用寿命超长等，此机构只能作为参照，机构的个部件都必须进行升级，更换使用材料，使用高强度的钢材或改用铸造结构；还要给机构安装精确的测量系统以及数控系统，使用非接触式检测等智能化手段。

参考文献

[1]徐州﹑姚寿山 材料加工原理 科学出版社.2008.1

[2]陈宏钧 实用金属切削手册 机械工业出版社.2009.1