聶小春，譚杰良

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

0 引言

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

1 六工位鉆孔攻絲機原理及整體結(jié)構(gòu)

1.1 原理

該系統(tǒng)由漫反射傳感器檢測到工件安裝到位后，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動至鉆孔模塊鉆孔，鉆削完成后轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動至攻絲模塊攻絲，攻絲完成后轉(zhuǎn)盤將工件轉(zhuǎn)動至卸料機構(gòu)，由輸出模塊通過氣缸將工件輸出。整個過程由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)

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

圖1 六工位鉆孔攻絲機整體結(jié)構(gòu)示意圖

2 機械結(jié)構(gòu)

本設(shè)計的六工位鉆孔攻絲機所要求加工的工件為門把手，門把手有多種型號，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。本鉆孔攻絲機機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計以最長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

工裝主板中間有一個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）。安裝工件時把門把手的方孔對準(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）是用來放方棒安裝工件的，方孔上的小圓孔用來壓緊方棒。而主板上的螺紋孔是用來安放調(diào)節(jié)螺絲頂緊工件。主板上方孔旁邊的兩個圓孔是用來設(shè)計卸料機構(gòu)的。底板兩邊設(shè)計成60°的夾角是因為加工的工位是六個，所以設(shè)計成60°的夾角可以使6套工裝排列成一個六邊形。

圖6 工裝夾具主架

2.2 轉(zhuǎn)盤設(shè)計

如圖7所示轉(zhuǎn)盤設(shè)計成了六邊形，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，這個差距決定了鉆孔機支座和鉆頭之間的力臂長度，如長度越長，工作時的抖動就越大，加工的精度就越差。轉(zhuǎn)盤用來安裝6套工裝夾具，轉(zhuǎn)盤周邊的小螺紋孔用于夾緊工裝夾具，而中間的弧形長孔起到一個調(diào)節(jié)工裝夾具位置的作用，中間的大圓孔是用來固定轉(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)計選型

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

圖8 74型鉆孔動力頭圖

圖9 74型攻絲動力頭

2.4 卸料機構(gòu)設(shè)計

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

圖10 卸料機構(gòu)

2.5 分度器、減速器和電機選型

分度器的選擇：查詢參考文獻[4]后選用了凸輪分割器DF80。

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

2.6 機架設(shè)計

如圖11所示為六工位鉆孔攻絲機的機架，考慮到整套機器的剛性問題，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 六工位鉆孔攻絲機機架

2.7 電氣模塊設(shè)計

在機架上安裝了一個操作顯示屏，如圖12所示。利用配套的操作顯示屏安裝盒和安裝支架，固定在機架上，利用人機屆面操作顯示屏可以對整臺六工位鉆孔攻絲機進行操作，例如使轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，鉆孔動力頭和攻絲動力頭的啟動和工作，氣缸的伸出和縮回等。立柱中間設(shè)計了一個安裝傳感器的支架，傳感器（如圖12箭頭所示處）對工件進行檢測，如果存在工件則轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，對工件進行鉆孔和攻絲，如果不存在工件則產(chǎn)生警報，六工位鉆孔攻絲機停止運動。

圖12 顯示器

在機架的支撐腳之間放入一個500*400*200的電箱（如圖13所示），電箱旁邊安裝了一個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），實現(xiàn)對六工位鉆孔攻絲機的氣壓控制。

圖13 電箱

圖14 氣閥

在分度器的一根輸出軸上安裝了一個圓套，圓套上安裝了一顆螺絲，在旁邊加裝了一個傳感器，通過對螺絲的檢測實現(xiàn)對轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動進行計算和控制。

3 六工位鉆孔攻絲機的性能特點

如圖15所示為六工位鉆孔攻絲機實物。加工時，操作員站在操作顯示屏的逆時針的第一個位置，將工件安裝于工裝上，安裝工件完畢后按下啟動按鈕，工件通過操作顯示屏下面的檢測頭后，轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)60°，將工件移動到鉆孔動力頭的正下方，通過氣缸壓緊后，鉆孔動力頭工作，對工件進行鉆孔，鉆孔完畢后氣缸松開轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)60°，將工件移動到鉆攻絲動力頭的正下方，通過氣缸壓緊后，攻絲動力頭工作，對工件進行攻絲，攻絲完畢后氣缸松開，轉(zhuǎn)盤繼續(xù)旋轉(zhuǎn)60°，將工件移動到卸料機構(gòu)，卸料架上的氣缸伸出，將工件推出，工件掉落，工件會通過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，操作很簡單，安裝用時僅需2秒左右，遠(yuǎn)短于加工一次工件的時間，所以工件的加工和安裝可以同時進行。由于加工時間和安裝工件的時間重疊了，所以六工位鉆孔攻絲機通過節(jié)省了安裝工件的時間使加工流程變得非?？?，效率也得到了很大的提高。

圖15 六工位鉆孔攻絲機實物圖

4 結(jié)束語

此設(shè)計為一個系列門把手多個方向鉆孔和攻絲一體化的全自動化專機。僅需將工件裝入夾具中即可自動完成鉆孔和攻絲，單個工件加工時間約需4秒鐘，可實現(xiàn)批量流水線生產(chǎn)。該六工位鉆孔攻絲機已正式進行了工件的生產(chǎn)，生產(chǎn)實踐證明，該六工位鉆孔攻絲機完全滿足工件的加工要求，在使用過程中機床運行狀況良好，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，大大地提高了勞動生產(chǎn)率和經(jīng)濟效益。