聶小春，譚杰良

（1.廣州工程技術(shù)職業(yè)學(xué)院機(jī)電工程系，廣東 廣州510925；2.南海意匠建筑機(jī)器人有限公司，廣東佛山528200）

0 引言

某公司一款門把手產(chǎn)品需多個(gè)方向鉆孔和攻絲，市場(chǎng)上現(xiàn)有的鉆孔攻絲機(jī)不能很好的滿足該產(chǎn)品的需求，為了提高加工效率，設(shè)計(jì)開發(fā)出了一高效和易操作的六工位鉆孔攻絲機(jī)。本設(shè)計(jì)通過(guò)設(shè)計(jì)的特定工裝夾具對(duì)這一款門把手產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)精確定位，通過(guò)控制模塊實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)加工。本文主要介紹該六工位鉆孔攻絲機(jī)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)。

1 六工位鉆孔攻絲機(jī)原理及整體結(jié)構(gòu)

1.1 原理

該系統(tǒng)由漫反射傳感器檢測(cè)到工件安裝到位后，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)至鉆孔模塊鉆孔，鉆削完成后轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)至攻絲模塊攻絲，攻絲完成后轉(zhuǎn)盤將工件轉(zhuǎn)動(dòng)至卸料機(jī)構(gòu)，由輸出模塊通過(guò)氣缸將工件輸出。整個(gè)過(guò)程由PLC控制，鉆孔和攻絲定位精確，響應(yīng)速度快，控制精度高。

1.2 整體結(jié)構(gòu)

該鉆孔攻絲機(jī)包括機(jī)架部分、工裝夾具部分、轉(zhuǎn)盤、人機(jī)界面、鉆孔模塊、攻絲模塊、卸料機(jī)構(gòu)、電控部分。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 六工位鉆孔攻絲機(jī)整體結(jié)構(gòu)示意圖

2 機(jī)械結(jié)構(gòu)

本設(shè)計(jì)的六工位鉆孔攻絲機(jī)所要求加工的工件為門把手，門把手有多種型號(hào)，但裝夾部位的尺寸相同，均為8 mm*8 mm的方孔，門把手的外殼材料為鋁，內(nèi)部材料為黃銅。本鉆孔攻絲機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以最長(zhǎng)L型把手（如圖2所示）和最短U型把手（如圖3所示）為依據(jù)。

圖2 L型把手

圖3 U型把手

圖4 所示為門把手的正面和兩側(cè)面的安裝位置，加工位置為圖中用箭頭標(biāo)示的圓孔。

圖4 門把手安裝定位示意圖

2.1 工裝夾具設(shè)計(jì)

工裝主板中間有一個(gè)8 mm*8 mm的方孔，配合一根8 mm*8 mm*60 mm的方棒（如圖5所示用箭頭標(biāo)示處）。安裝工件時(shí)把門把手的方孔對(duì)準(zhǔn)圖中方棒的位置插入即可，由方棒固定工件的徑向位置，方棒旁邊的擋板固定門把手的軸向位置。

圖5 六工位鉆孔攻絲機(jī)工裝夾具

如圖6所示，工裝上的主板和底板選擇了T型的結(jié)構(gòu)，主板上的方孔（圖中箭頭標(biāo)示處）是用來(lái)放方棒安裝工件的，方孔上的小圓孔用來(lái)壓緊方棒。而主板上的螺紋孔是用來(lái)安放調(diào)節(jié)螺絲頂緊工件。主板上方孔旁邊的兩個(gè)圓孔是用來(lái)設(shè)計(jì)卸料機(jī)構(gòu)的。底板兩邊設(shè)計(jì)成60°的夾角是因?yàn)榧庸さ墓の皇橇鶄€(gè)，所以設(shè)計(jì)成60°的夾角可以使6套工裝排列成一個(gè)六邊形。

圖6 工裝夾具主架

2.2 轉(zhuǎn)盤設(shè)計(jì)

如圖7所示轉(zhuǎn)盤設(shè)計(jì)成了六邊形，因六邊形的外切圓和內(nèi)切圓的差比起四邊形和五邊形的小，這個(gè)差距決定了鉆孔機(jī)支座和鉆頭之間的力臂長(zhǎng)度，如長(zhǎng)度越長(zhǎng)，工作時(shí)的抖動(dòng)就越大，加工的精度就越差。轉(zhuǎn)盤用來(lái)安裝6套工裝夾具，轉(zhuǎn)盤周邊的小螺紋孔用于夾緊工裝夾具，而中間的弧形長(zhǎng)孔起到一個(gè)調(diào)節(jié)工裝夾具位置的作用，中間的大圓孔是用來(lái)固定轉(zhuǎn)盤和分度器的。

圖7 轉(zhuǎn)盤

2.3 鉆孔模塊和攻絲模塊設(shè)計(jì)選型

根據(jù)該款門把手的加工技術(shù)要求，查詢參考文獻(xiàn)[3]后決定選用74系列4極N6鉆孔動(dòng)力頭和74型攻絲動(dòng)力頭配合底座支架，平衡支架，立柱等鉆孔動(dòng)力頭和攻絲動(dòng)力頭的專用配件進(jìn)行組合，市場(chǎng)現(xiàn)有能夠滿足要求的鉆孔和攻絲動(dòng)力頭相比于再由自身進(jìn)行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)更加實(shí)惠便捷，且也更省時(shí)省力。 圖8、圖9所示。

圖8 74型鉆孔動(dòng)力頭圖

圖9 74型攻絲動(dòng)力頭

2.4 卸料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)夾具的組合位置另外設(shè)計(jì)了一個(gè)專門的卸料架，卸料架上安裝氣缸作為動(dòng)力頂出工件。為了節(jié)省空間，卸料架設(shè)計(jì)成了弓形，卸料版與卸料架之間利用螺絲連接，如圖10所示。工裝上連接了兩個(gè)直線軸承，利用氣缸推動(dòng)插在直線軸承里的圓柱，圓柱帶動(dòng)擋板頂出工件，氣缸回縮后，彈簧的彈力使擋板回復(fù)原位?？紤]到了工件掉落時(shí)會(huì)與卸料板進(jìn)行碰撞，所以在卸料板上墊上一層膠布，從而達(dá)到保護(hù)工件的目的。

圖10 卸料機(jī)構(gòu)

2.5 分度器、減速器和電機(jī)選型

分度器的選擇：查詢參考文獻(xiàn)[4]后選用了凸輪分割器DF80。

減速器和電機(jī)的選擇：查詢參考文獻(xiàn)[5]后選用了小法蘭盤連接型的NMRV050的蝸輪減速機(jī)配一款功率為370W的YS71三相異步電機(jī)。

2.6 機(jī)架設(shè)計(jì)

如圖11所示為六工位鉆孔攻絲機(jī)的機(jī)架，考慮到整套機(jī)器的剛性問題，圓板選用了20 mm厚的Q235鋼板，底架選用了型號(hào)為6.3的熱軋槽鋼，底架選擇燒焊加工，圓板跟槽鋼用螺絲連接。

圖11 六工位鉆孔攻絲機(jī)機(jī)架

2.7 電氣模塊設(shè)計(jì)

在機(jī)架上安裝了一個(gè)操作顯示屏，如圖12所示。利用配套的操作顯示屏安裝盒和安裝支架，固定在機(jī)架上，利用人機(jī)屆面操作顯示屏可以對(duì)整臺(tái)六工位鉆孔攻絲機(jī)進(jìn)行操作，例如使轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，鉆孔動(dòng)力頭和攻絲動(dòng)力頭的啟動(dòng)和工作，氣缸的伸出和縮回等。立柱中間設(shè)計(jì)了一個(gè)安裝傳感器的支架，傳感器（如圖12箭頭所示處）對(duì)工件進(jìn)行檢測(cè)，如果存在工件則轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)工件進(jìn)行鉆孔和攻絲，如果不存在工件則產(chǎn)生警報(bào)，六工位鉆孔攻絲機(jī)停止運(yùn)動(dòng)。

圖12 顯示器

在機(jī)架的支撐腳之間放入一個(gè)500*400*200的電箱（如圖13所示），電箱旁邊安裝了一個(gè)L型的支架，上面安裝了調(diào)壓器和一些電磁閥（如圖14所示），實(shí)現(xiàn)對(duì)六工位鉆孔攻絲機(jī)的氣壓控制。

圖13 電箱

圖14 氣閥

在分度器的一根輸出軸上安裝了一個(gè)圓套，圓套上安裝了一顆螺絲，在旁邊加裝了一個(gè)傳感器，通過(guò)對(duì)螺絲的檢測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行計(jì)算和控制。

3 六工位鉆孔攻絲機(jī)的性能特點(diǎn)

如圖15所示為六工位鉆孔攻絲機(jī)實(shí)物。加工時(shí)，操作員站在操作顯示屏的逆時(shí)針的第一個(gè)位置，將工件安裝于工裝上，安裝工件完畢后按下啟動(dòng)按鈕，工件通過(guò)操作顯示屏下面的檢測(cè)頭后，轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)60°，將工件移動(dòng)到鉆孔動(dòng)力頭的正下方，通過(guò)氣缸壓緊后，鉆孔動(dòng)力頭工作，對(duì)工件進(jìn)行鉆孔，鉆孔完畢后氣缸松開轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)60°，將工件移動(dòng)到鉆攻絲動(dòng)力頭的正下方，通過(guò)氣缸壓緊后，攻絲動(dòng)力頭工作，對(duì)工件進(jìn)行攻絲，攻絲完畢后氣缸松開，轉(zhuǎn)盤繼續(xù)旋轉(zhuǎn)60°，將工件移動(dòng)到卸料機(jī)構(gòu)，卸料架上的氣缸伸出，將工件推出，工件掉落，工件會(huì)通過(guò)卸料板掉落到專門工件收集箱里。由于安裝工件只需將把手插入方棒即可，操作很簡(jiǎn)單，安裝用時(shí)僅需2秒左右，遠(yuǎn)短于加工一次工件的時(shí)間，所以工件的加工和安裝可以同時(shí)進(jìn)行。由于加工時(shí)間和安裝工件的時(shí)間重疊了，所以六工位鉆孔攻絲機(jī)通過(guò)節(jié)省了安裝工件的時(shí)間使加工流程變得非常快，效率也得到了很大的提高。

圖15 六工位鉆孔攻絲機(jī)實(shí)物圖

4 結(jié)束語(yǔ)

此設(shè)計(jì)為一個(gè)系列門把手多個(gè)方向鉆孔和攻絲一體化的全自動(dòng)化專機(jī)。僅需將工件裝入夾具中即可自動(dòng)完成鉆孔和攻絲，單個(gè)工件加工時(shí)間約需4秒鐘，可實(shí)現(xiàn)批量流水線生產(chǎn)。該六工位鉆孔攻絲機(jī)已正式進(jìn)行了工件的生產(chǎn)，生產(chǎn)實(shí)踐證明，該六工位鉆孔攻絲機(jī)完全滿足工件的加工要求，在使用過(guò)程中機(jī)床運(yùn)行狀況良好，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，大大地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益。