設計機械時，應先選定機械性能，規格與目標（葉朝蒼，1978），本研究以設計並製作一 腳踏動力鑽床為目的，運用於生活科技課程中，能對木料以及軟金屬鑽孔，目前市面上之鑽 床皆具備良好功能，而本研究重點在腳踏動力是否能作為機械動力來源以及其實用性，故本 研究改裝現成靈敏鑽床，使其能運用腳踏作為動力，圖 6 為鑽床成品及其各部位說明：
圖 6 腳踏動力鑽床及其構造說明
本鑽床初始設計是改裝攻牙機而非鑽床，由於攻牙機的皮帶輪為水平放置，故只要加裝 皮帶輪以及踏板即可使用雙腳驅動。
圖 7 攻牙機及其構造說明
圖 8 攻牙機改造概念及其構造說明
但攻牙機構造上有多處使用皮帶作為動力傳遞，這些皮帶在迫緊時會產生阻力，造成攻 牙機在踩踏時阻力過大，難以維持運轉，且攻牙機難以安裝飛輪來維持慣性，故在專家建議 下改使用立式鑽床。
改裝用的鑽床原為 1/2 馬力立式鑽床，鑽孔能力為 3mm 至 13mm，轉速由 660RPM 至 2450RPM，淨重 67 公斤，馬達直接接上後端皮帶輪，透過皮帶傳送動力至鑽頭，如圖 9 所示。
圖 9 鑽床原貌及其型號說明
圖 10 鑽床基本構造說明
將鑽床馬達拆卸後直接將齒輪組及傳動軸裝上，在實際測試後發覺使用雙腳踏板並不能 穩定的使用鑽床，故捨棄雙腳踏板，改以單腳站立單腳踩踏方式作為動力源。
圖 11 腳踏動力鑽床傳動機構說明
註：踏板推動直齒輪，透過直齒輪推動大齒輪，再由大齒輪推動單向齒輪，將動 力沿傳動軸傳遞至上方皮帶輪
鑽床運作時必須在鑽頭維持轉動的情形下才能進行作業，而鑽床本身透過皮帶及皮帶輪
傳遞動力至鑽頭，皮帶迫緊時會產生阻力，為維持鑽床的轉動，在傳動軸上頭附掛了兩顆飛 輪共約 57 公斤。
圖 12 腳踏動力鑽床飛輪
機器原先高度適合坐著作業，由於坐著不易進行單腳踩踏，故將機器墊高，而高度則以 國中學生平均身高、男性 167.9 公分作為基準（教育部，2013），以方便踩踏及作業為高度調 整標準。
圖 13 腳踏動力鑽床操作示意
在實際操作部分，以國中生活科技課程常見之材料，如木材及金屬進行加工，而本鑽床 設計最大鑽孔能力為 13mm，故安裝 13mm 之高速鋼鑽頭，並分別以柳桉木及鋁塊進行測試。
圖 14 柳桉木鑽孔示意
圖 15 鋁塊鑽孔示意
鑽床在測試過程中，維持穩定轉速來進行作業十分重要，鑽床由於使用皮帶傳遞動力至 鑽頭，阻力很大，故轉速下降很快，而為得到最高轉速，皮帶輪配置採最高額定轉速，每分 鐘 2450 轉之配置進行測試。
圖 16 鑽床傳動機制
本鑽床使用單腳踩踏作為動力，機器在反覆踩踏時，會造成轉速高低不固定，故在此說
明本次測量方式
一、用力踩踏機械十秒
二、放開踏板等待機械完全停止 三、全程錄影
本次測量使用光電式轉速計，能在不接觸物體的情形下測得轉速，本轉速計轉速測量範 圍為 2.5~99999RPM，使用方法為先在物體表面上黏貼一反光標籤，藉由測量反光點反射之頻 率換算出該物體轉速。
圖 17 轉速計及測量前準備
轉速計測量時將自動擷取轉速之最大值、最小值以及最終值，本鑽床轉速由最高到完全 停止，統計平均約為 41.4 秒鐘，轉速下降很快，在本次研究中，邀請 15 歲至 27 歲之年輕男 女性共五位進行測試，測試結果如表 1 及圖 18。
表 1 鑽床轉速數據，時間單位：秒；轉速單位：RPM；
時間(秒) A 轉速 B 轉速 C 轉速 D 轉速 E 轉速
5 201.7
31 228.7 193.8 160.1 280.6 158.1
32 204.3 132.3 258.4
33 193.3 142.1 232.6 130.9
34 156 103.7 208.2
35 120.4 71.1 186.1 99.3
36 66.9
37 88.4 160.6
38 134
39 49.6
40 19 105.7
41 57.4 85.2
42 57 57.3
43
44
註：黃色部分為停止踩踏之時間；紅字部分為測得最大轉速
圖 18 鑽床轉速圖例 註：斷點為儀器未在該時間點顯示轉速，故無數據
由圖 18 可得知鑽床在停止踩踏後轉速快速下降，約在停止踩踏 20 秒之後鑽床會完全停 止，而不同年齡、體格的使用者在使用上也會造成轉速的不同。而本次測得最大轉速為每分 鐘 613.5 轉，遠遜於原機器所額定的 2450 轉、略低於機器最低轉速配置之 660 轉。
圖 19 鑽床皮帶輪轉速配置示意
0 100 200 300 400 500 600 700
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
A轉速 B轉速 C轉速 D轉速 E轉速 轉速單位：RPM
時間單位：秒
而欲鑽孔之工件需要多大的轉速才能順利鑽孔？若欲加工之物件硬度相當大，可降低轉 速及進刀速度，慢慢加工亦能順利鑽孔，這裡使用鑽削速度做為參考，鑽削速度是鑽頭表面 速度以每分鐘進刀多少公尺(m/min)表示，實際上鑽削速度之選擇還需考慮：鑽頭材料、工件 材質、進刀大小、鑽頭直徑大小、機械性能、加工性質之不同，其鑽削速度亦不同。因此必 須依不同條件選用最適當之鑽削速度（張順源、邱廣泉，2001）。我們以下列公式計算鑽削 速度及迴轉數：
V = 1000 𝜋𝐷𝑁 N = 𝑉×1000 𝜋𝐷
V：鑽削速度 m/min ； D：鑽頭直徑 mm ； N：鑽削每分鐘迴轉數 RPM
故若以本鑽床最大鑽孔能力 13mm、最大轉速約 600RPM 計算，本鑽床最大鑽削速度為：
V = 𝜋 × 13 × 600
1000 ≒ 24.5
對照高速鋼鑽頭鑽削速度可得知，本鑽床在最大轉速下適合鑽削軟鋼以及硬度低於軟鋼 的的材質，當然更硬的材質亦能加工，由於鑽床轉速太快時鑽頭會因過熱而使切邊鈍化，太 慢可能引起鑽頭折斷或切邊崩裂（張順源、邱廣泉，2001），故更硬的金屬則建議選用更硬 的鑽頭，如碳化物鑽頭等，較不易對鑽頭造成損害。
表2 高速鋼鑽頭鑽削速度
工件材料 鑽削速度 m/min 切削劑
軟剛(0.2~0.3% C) 24~33 礦油、水溶性油
中碳鋼(0.4~0.5% C) 21~24 礦油、水溶性油
高碳鋼(1.2% C) 15~18 礦油、硫化油
不鏽鋼 9~13 礦油、硫化油
錳鋼 4.5 礦油、硫化油
鑄鐵 21~30 乾
展性鑄鐵 24~27 礦油、水溶性油
黃、青銅 60~90 煤油、水溶性油
鋁、鋁合金 60~90 煤油、水溶性油
木材 90~100 乾
資料來源：張順源、邱廣泉（2001）。銑床能力本位訓練教材-鑽孔。中華民國職業訓練研究 發展中心（編號：PMT-MIL0513）。台北市：行政院勞工委員會職業訓練局。
在使用者訪談部分，本文將針對本鑽床之穩定性、便利性、實用性及外觀上作出以下整 理：
表3 鑽床使用意見整理 穩定性：
‧由於以腳踏作為動力，轉速會上下起伏 ‧踩踏太快或太大力時鑽床會發生晃動 便利性：
‧改裝自立地鑽床，又加裝飛輪，鑽床本身超過百公斤，無攜行性
‧使用方法與一般鑽床無異，唯須一邊踩踏維持動力 ‧由於飛輪有一定重量，起動時感覺稍重
‧不須電力 實用性：
‧性能遜於一般鑽床，能對木材及金屬加工，優於手搖鑽 ‧進刀及鑽削順暢，鑽孔外觀與一般鑽床相同、優於手搖鑽 ‧長時間加工會造成疲累
‧能由他人踩踏，不影響加工
‧踏板無將直齒輪抽回的機構，難以突破實測最大轉速約 600RPM 外觀：
‧與一般鑽床相似
‧建議將外露機構包覆，以免造成機械損壞及加工者受傷