六工位鉆孔攻絲機設計

聶小春，譚杰良

（1.廣州工程技術職業學院機電工程系，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品需多個方向鉆孔和攻絲，市場上現有的鉆孔攻絲機不能很好的滿足該產品的需求，為了提高加工效率，設計開發出了一高效和易操作的六工位鉆孔攻絲機。本設計通過設計的特定工裝夾具對這一款門把手產品實現精確定位，通過控制模塊實現全自動加工。本文主要介紹該六工位鉆孔攻絲機機械部分的設計。

1 六工位鉆孔攻絲機原理及整體結構

1.1 原理

該系統由漫反射傳感器檢測到工件安裝到位后，轉盤轉動至鉆孔模塊鉆孔，鉆削完成后轉盤轉動至攻絲模塊攻絲，攻絲完成后轉盤將工件轉動至卸料機構，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，響應速度快，控制精度高。

1.2 整體結構

該鉆孔攻絲機包括機架部分、工裝夾具部分、轉盤、人機界面、鉆孔模塊、攻絲模塊、卸料機構、電控部分。具體結構如圖1所示。

圖1 六工位鉆孔攻絲機整體結構示意圖

2 機械結構

本設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，內部材料為黃銅。本鉆孔攻絲機機械結構的設計以最長L型把手（如圖2所示）和最短U型把手（如圖3所示）為依據。

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面的安裝位置，加工位置為圖中用箭頭標示的圓孔。

圖4 門把手安裝定位示意圖

2.1 工裝夾具設計

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所示用箭頭標示處）。安裝工件時把門把手的方孔對準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型的結構，主板上的方孔（圖中箭頭標示處）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節螺絲頂緊工件。主板上方孔旁邊的兩個圓孔是用來設計卸料機構的。底板兩邊設計成60°的夾角是因為加工的工位是六個，所以設計成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 轉盤設計

如圖7所示轉盤設計成了六邊形，因六邊形的外切圓和內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。轉盤用來安裝6套工裝夾具，轉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節工裝夾具位置的作用，中間的大圓孔是用來固定轉盤和分度器的。

圖7 轉盤

2.3 鉆孔模塊和攻絲模塊設計選型

根據該款門把手的加工技術要求，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計和生產更加實惠便捷，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 卸料機構設計

根據夾具的組合位置另外設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。為了節省空間，卸料架設計成了弓形，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

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，例如使轉盤旋轉，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，如果存在工件則轉盤轉動，對工件進行鉆孔和攻絲，如果不存在工件則產生警報，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，上面安裝了調壓器和一些電磁閥（如圖14所示），實現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對轉盤的轉動進行計算和控制。

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，轉盤旋轉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盤旋轉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，轉盤繼續旋轉60°，將工件移動到卸料機構，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省了安裝工件的時間使加工流程變得非常快，效率也得到了很大的提高。

圖15 六工位鉆孔攻絲機實物圖

4 結束語

此設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，可實現批量流水線生產。該六工位鉆孔攻絲機已正式進行了工件的生產，生產實踐證明，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，產品質量穩定，大大地提高了勞動生產率和經濟效益。