SK08AS型數(shù)控雙位鎖體多排彈子孔機(jī)的設(shè)計(jì)與試制

浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGEPAGEivSK08A-S型數(shù)控雙位鎖體多排彈子孔機(jī)的設(shè)計(jì)與試制摘要制鎖機(jī)主要是加工制造鎖體中最重要的部分-鎖芯，加工工序通過(guò)數(shù)控技術(shù)來(lái)控制，是機(jī)械與電子結(jié)合的典型。該設(shè)備的主要組成系統(tǒng)分為控制系統(tǒng)、加工系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)?？刂撇糠钟沙绦騺?lái)實(shí)現(xiàn)。加工系統(tǒng)由夾具和動(dòng)力頭組成，夾具是用來(lái)固定待加工的半成品，夾緊完畢后對(duì)其進(jìn)行鉆孔，直至完成產(chǎn)品的加工制造。加工時(shí)使用的動(dòng)力源是電力，整個(gè)工作中由于加工工藝的要求，動(dòng)力頭部件必須是步進(jìn)電機(jī)。冷卻環(huán)節(jié)中，由于加工時(shí)，刀頭和待加工金屬頻繁和劇烈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生局部高溫，為了保證產(chǎn)品的性能，必須藥設(shè)有冷卻系統(tǒng)，以冷卻高溫地帶。由于加工的鎖芯是多排的，所以采用雙工位：X方向和Y方向。本設(shè)備加工對(duì)象主要是針對(duì)金屬鎖芯，一般是銅制鎖芯和鐵制鎖芯。目前鎖芯材料中最常用的也就是這兩種。關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī)雙工位鉆孔控制系統(tǒng)夾具NCSK08A-Sdouble-lockedmulti-bodydesignwithbilliardsTrialAbstractLockmachinelockthemainworkismanufacturingthemostimportantpart–CylinderProcesses,throughCNCtechnologytocontrol

.It’stheCombinationofmechanicalandelectricalmodels.Themaincomponentsoftheequipmentsystemisdividedintocontrolsystems,processingsystemsandcoolingsystems

,.It’sControlledbytheprocesstoachieve.Processingsystemsandpowerfromthefirstfixtureofthefixtureisfixedtobeusedforprocessingsemi-finishedproducts，Afterclamping,it’sdrillinguntilthecompletionofproductmanufacturing

.Theuseofprocessingpowersourceiselectric

.Asaresultoftheentireworkprocessrequirements,mustbethedrivingforceforthefirststeppermotorparts

.Coolingsession,asaresultofprocessing,metalprocessingsegmentandthequestionoftherelativefrequencyandintensityofexercise,willproducelocalhigh-temperature.Inordertoensuretheperformanceofproducts,itmustbeequippedwithcoolingsystemtodrugtothecoolingofhightemperaturezone.Cylinderasaresultofprocessingisamulti-row,soweusetheduplex-bit:XdirectionandYdirection.ThemaintargetoftheprocessingequipmentformetalCylinderisusuallycopperandironCylinderCylinder,themostcommonlyusedmaterialthatisbothcurrentlyforCylinder.Keywords：SteppingMotorDoubleBoredControlSystemFixture目錄TOC\o"1-4"\h\z\u摘要 iAbstract ii目錄 iii第一章緒論 11.1鎖的發(fā)展歷程及意義 11.2鎖的分類(lèi)及利弊比較 11.3鎖的工作原理 21.4制鎖機(jī)的發(fā)展歷史和前景 41.5論文內(nèi)容概述 5第二章結(jié)構(gòu)組成與工作原理 62.1工作原理 62.2動(dòng)力頭結(jié)構(gòu) 62.3夾具結(jié)構(gòu) 72.5冷卻系統(tǒng) 92.6控制面板 92.7技術(shù)說(shuō)明 12第三章總體設(shè)計(jì)方案 133.1動(dòng)力頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 133.2夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 15第四章尺寸計(jì)算與標(biāo)準(zhǔn)件的選擇 184.1步進(jìn)電機(jī)參數(shù)要求和型號(hào)確定 184.2電機(jī)軸承分析和類(lèi)型選擇 194.3夾具中梯形螺桿的導(dǎo)程的確定 204.4夾具定位頭的力學(xué)分析和直徑大小 204.5整機(jī)布置效果 22第五章畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié) 24參考文獻(xiàn) 25致謝 26附圖紙PAGE25第一章緒論1.1鎖的發(fā)展歷程及意義鎖幾乎與私有制同時(shí)誕生。早在公元前3000年的中國(guó)仰韶文化遺址中，就留存有裝在木結(jié)構(gòu)框架建筑上的木鎖。東漢時(shí)，中國(guó)鐵制三簧鎖的技術(shù)已具有相當(dāng)高的水平。三簧鎖前后沿用了1000多年。遠(yuǎn)古時(shí)候，人類(lèi)為了在惡劣的自然環(huán)境中生存，便開(kāi)始了群居生活。這個(gè)時(shí)候，勞動(dòng)所剩余的物品不多，對(duì)于個(gè)體而言，財(cái)物不屬于個(gè)人，屬于集體，財(cái)物的保管也有大家負(fù)責(zé)。隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，勞動(dòng)效率的提高，勞動(dòng)所得越來(lái)越多，于是出現(xiàn)了私有財(cái)物，但是私有財(cái)物得完全由自己保管。雖然經(jīng)過(guò)幾代人的努力，生活用品發(fā)展了，但是沒(méi)有保險(xiǎn)。于是鎖就再這樣的情況下應(yīng)運(yùn)而生。在中國(guó)五千年的歷史文化中，鎖基本上是銅鎖，由于冶煉技術(shù)的發(fā)展，銅的使用廣泛，而且銅的性能很好，用于防盜效果比其他成熟材料藥好。銅鎖基本上是一種單排鎖，工藝簡(jiǎn)單，工作原理也相對(duì)簡(jiǎn)單。在當(dāng)代社會(huì)，為了適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展和市場(chǎng)的要求，對(duì)于鎖的安全性，人們進(jìn)行了大幅度的改進(jìn)，使得鎖的使用和安全性能大大提高?，F(xiàn)代鎖具發(fā)展了一百多年，人們對(duì)它的結(jié)構(gòu)、機(jī)理也研究得很透徹，因此，不用鑰匙就能打開(kāi)的方法和工具也層出不窮?，F(xiàn)代人類(lèi)文明社會(huì)里，由于社會(huì)中各種矛盾沖突十分劇烈，人們的思想道德觀(guān)念，價(jià)值觀(guān)念，文化修養(yǎng)水平等差異，群眾中良莠不齊，善良的人們能夠自覺(jué)規(guī)范自已的行為，“非禮不為”，雖無(wú)鑰匙亦不會(huì)亂闖。然而，那些毫無(wú)道德觀(guān)念的盜賊卻想方設(shè)法利用高科技手段撬門(mén)開(kāi)鎖，使廣大居民防不勝防。傳統(tǒng)的鎖已經(jīng)不適應(yīng)這個(gè)社會(huì)的使用要求了。為了最大限度的保護(hù)公有和私有財(cái)物的安全，鎖也再不斷地發(fā)展著，無(wú)論是材料的選擇，還是工作原理。1.2鎖的分類(lèi)及利弊比較現(xiàn)代社會(huì)鎖的種類(lèi)很多，其工作原理不盡相同或相似。目前，一般常耳聞的鎖有密碼鎖、電子鎖、普通鎖等。其中，每一個(gè)分類(lèi)中又不一樣。比如密碼鎖，有純機(jī)械的密碼鎖和智能密碼鎖。純機(jī)械的密碼鎖工作原理和制造工藝及材料均是機(jī)械的，這種鎖一般都是靠機(jī)械式來(lái)加鎖解鎖的，其安全度取決于材料和工藝（相同原理下）；智能的則不一樣。智能的是通過(guò)其他的伺服控制系統(tǒng)來(lái)加鎖和解鎖的，比如，通過(guò)微機(jī)的控制鎖的運(yùn)動(dòng)部件的涌動(dòng)，進(jìn)而來(lái)控制鎖的工作。目前，先進(jìn)的智能型是指紋識(shí)別系統(tǒng)。電子鎖一般不是實(shí)體的，而是程序的，比如，電腦開(kāi)機(jī)畫(huà)面設(shè)置密碼的話(huà)，那登陸和使用電腦就要輸密碼。雖然這種“鎖”和傳統(tǒng)上的鎖有不同：傳統(tǒng)的鎖是用來(lái)保護(hù)實(shí)體財(cái)物的，而這種鎖則是用來(lái)保護(hù)數(shù)據(jù)的。當(dāng)然，用得最多的是普通鎖。普通鎖一般也是機(jī)械的，它在實(shí)際生活中應(yīng)用很廣泛。不同的型號(hào)用于不同的場(chǎng)合。普通鎖也分為單排鎖和多排鎖，他們的工作原理相似，差別是他們的安全可靠性有差異。從字面就可了解到，多排的鎖藥比單排的安全、可靠。當(dāng)然，鎖的分類(lèi)是基于標(biāo)準(zhǔn)的，例如，鎖根據(jù)鎖孔外觀(guān)分類(lèi)的話(huà)可以這樣分：一字型:(定義:廣義上說(shuō)鎖孔外觀(guān)為一條線(xiàn)的為一字鎖,包括普通的一字鎖,還有電腦鎖)我們通常所說(shuō)的一字鎖是不包含電腦鎖在內(nèi)的.兩面型:(定義:鑰匙孔里面有兩排彈子的鎖,這種鎖都是電腦鎖顧名思義,就是鑰匙是用電腦打孔作出的鑰匙,這種鑰匙表面有點(diǎn)的均為電腦鎖,包括卡巴鎖也是電腦鎖的一種.)三面型:(定義:鑰匙孔里面有兩排彈子的鎖,這種鎖都是電腦鎖顧名思義,就是鑰匙是用電腦打孔作出的鑰匙,這種鑰匙表面有點(diǎn)的均為電腦鎖,包括卡巴鎖也是電腦鎖的一種.)四面型:(定義:鎖孔四面有彈子,如十字鎖,圓柱鎖等,包含部分電腦鎖)圓柱型:(定義;鎖孔為圓柱型,周?chē)植妓呐艔椬?有的沒(méi)有彈子,如圓柱磁性鎖)半圓型:(鎖外觀(guān)為半圓型,如月牙型的保德安鎖等)多面型:(鎖孔周?chē)植妓呐乓陨系膹椬?如梅花鎖等)密碼鎖:(定義:通過(guò)數(shù)字組合達(dá)到開(kāi)啟的鎖為密碼鎖)異型鎖:(定義:鎖孔外觀(guān)為不常見(jiàn)的鎖)俗話(huà)說(shuō)“殺雞焉用宰牛刀”，雖然當(dāng)今社會(huì)鎖有這么多，但是人們的活動(dòng)都是經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，正常人不可能黃金當(dāng)鐵使。鎖的使用也是如此，根據(jù)不同的要求，決定配上什么類(lèi)型的鎖，有點(diǎn)類(lèi)似前人的觀(guān)念“門(mén)當(dāng)戶(hù)對(duì)”。鎖放有貴重物品的地點(diǎn)使用高級(jí)地、可靠度高地鎖，次要的使用次等鎖，以實(shí)現(xiàn)利益的最大化和成本的最低化。1.3鎖的工作原理這里主要是以單排彈子孔鎖來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。關(guān)鍵是鎖芯中的彈子,它有長(zhǎng)有短,鎖芯上有一排小孔,每個(gè)小孔中裝一顆彈子,鑰匙放入鎖芯后,每孔中的彈子露出量剛好跟鎖芯外表一樣,不高不低,這時(shí),將鎖芯裝入鎖中,再由對(duì)應(yīng)的孔分別裝入一顆彈子和小彈簧,封住孔,鎖就成了.如果換一把鑰匙,鑰匙上的口深淺不一樣,剛才鎖芯上的彈子高矮就不一樣了,所以,鎖芯就被彈子卡住了而轉(zhuǎn)不動(dòng),起到了保險(xiǎn)的作用。具體如下：圖1.1鎖未開(kāi)狀態(tài)未放入鑰匙的時(shí)候，鎖內(nèi)的藍(lán)色的平頭彈子(driverpins，亦稱(chēng)上鎖簧或上珠)往下推，令鎖芯(plug)不能轉(zhuǎn)動(dòng)。圖1.2插入鑰匙放入正確的鑰匙，藍(lán)色的平頭彈子、紅色的下彈子(keypins,亦稱(chēng)下鎖簧或下珠)之間空位成一直線(xiàn)，與黃色的鎖芯對(duì)齊。圖1.3打開(kāi)鎖當(dāng)彈子之間的空位與轉(zhuǎn)線(xiàn)對(duì)齊，黃色的鎖芯便可轉(zhuǎn)動(dòng)。1.4制鎖機(jī)的發(fā)展歷史和前景了解了鎖的工作原理，相信對(duì)于制鎖就有一定的想法了。從鎖的結(jié)構(gòu)組成可以看出，鎖芯主要是由內(nèi)外彈子、預(yù)緊彈簧、鎖芯體組成。制鎖機(jī)最主要的工作就是鎖芯體的制造、加工。歷史上最早的制鎖設(shè)備是人的那雙靈巧的手。人們將個(gè)人物品放在獸皮里，用繩子系上。隨著歷史車(chē)輪的前進(jìn)生產(chǎn)力的進(jìn)步，制鎖設(shè)備逐步有了統(tǒng)一的工藝，相似的設(shè)備，制鎖機(jī)的工作也逐漸被人們改變著、改進(jìn)著。近代以來(lái)，鎖的原理飛速革新著，制鎖機(jī)也在這個(gè)時(shí)候迎來(lái)了他的春天，各種鎖的制鎖機(jī)不斷出現(xiàn)，多排制鎖機(jī)也在這個(gè)“季節(jié)”出現(xiàn)了，下面簡(jiǎn)單介紹下SK08A-S多排彈子孔機(jī)的部分系統(tǒng)。程序控制系統(tǒng)有兩種：一種是采用單片機(jī)來(lái)控制。這種控制成本低，能實(shí)現(xiàn)要求的功能；另外則是采用數(shù)控技術(shù)來(lái)，和CNC一樣，采用G代碼編程來(lái)控制運(yùn)動(dòng)。夾緊裝置中，由于運(yùn)動(dòng)的是工作臺(tái)：兩個(gè)方向，X方向和Y方向。因此，可以設(shè)置夾具，是待加工鎖體自由度為零。以上的方式是結(jié)合了之前的工藝和現(xiàn)代的控制方法。歷史的發(fā)展、社會(huì)的進(jìn)步會(huì)解放更多的生產(chǎn)力，人們的手上的財(cái)物也就越多，對(duì)于鎖的需求也越大，求的市場(chǎng)的展望是越來(lái)越大的，其所蘊(yùn)藏的財(cái)富和市場(chǎng)也是很大的。相信制鎖行業(yè)的明天會(huì)更加光明，也許會(huì)迎來(lái)下一次“春天”。論文內(nèi)容概述SK08A-S型數(shù)控雙位鎖體多排彈子孔機(jī)主要解決的是多排打孔以實(shí)現(xiàn)鎖芯的多排設(shè)計(jì)，在多排制鎖機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，加入和融合了雙工位設(shè)計(jì)和控制思想。相對(duì)于單排制鎖機(jī)而言，其更加能適應(yīng)市場(chǎng)需求。YL40-WG數(shù)控液壓雙動(dòng)拉伸機(jī)是在傳統(tǒng)的底傳動(dòng)式機(jī)械拉伸機(jī)和普通油壓機(jī)改進(jìn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)的，在同類(lèi)產(chǎn)品中處于領(lǐng)先地位。SK08A-S型數(shù)控雙位鎖體多排彈子孔機(jī)的工作內(nèi)容是首先調(diào)試設(shè)備，為加工準(zhǔn)備，之后加緊待加工鎖體。然后鉆孔，直至完成。設(shè)備在整個(gè)環(huán)節(jié)中最重要的是控制部分，以及如何保證加工精度。在設(shè)計(jì)內(nèi)容上，我們結(jié)合SK08A-S型數(shù)控雙位鎖體多排彈子孔機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，在原來(lái)的控制和夾具結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)，使得在鉆孔過(guò)程中，待加工鎖體更加穩(wěn)定，提高加工精度。SK08A-S型數(shù)控雙位鎖體多排彈子孔機(jī)相對(duì)其他同類(lèi)產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)如下：1.X、Y、Z軸采用消隙、高鋼性和高精度滑動(dòng)導(dǎo)軌組合，傳動(dòng)精度高。2.控制儀采用智能系統(tǒng)和高集成控制驅(qū)動(dòng)電路，出力大、功耗小、穩(wěn)定性好，噪音小、模塊化、維護(hù)方便。具有參數(shù)設(shè)置、邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)顯示、檢測(cè)控制等功能。3.大屏幕漢字液晶顯示，人機(jī)界面特好。4.采用氣動(dòng)夾緊裝置，機(jī)械手夾持鎖體，裝夾靈活、方便、安全可靠。5.實(shí)時(shí)變速，實(shí)時(shí)坐標(biāo)調(diào)整，運(yùn)行平穩(wěn)可靠。6.自檢和連續(xù)自檢功能。論文結(jié)構(gòu)如下表：表1：論文框架第一章緒論第二章結(jié)構(gòu)組成與工作原理第三章總體設(shè)計(jì)方案第四章尺寸計(jì)算與標(biāo)準(zhǔn)件的選擇整機(jī)布置的效果圖第五章設(shè)計(jì)小結(jié)本課題理論結(jié)合實(shí)際，將學(xué)校的畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)靈活地結(jié)合到實(shí)際企業(yè)上，為以后走上社會(huì)提前作好準(zhǔn)備。第二章結(jié)構(gòu)組成與工作原理2.1工作原理制鎖行業(yè)發(fā)展了這么多年，其工藝和加工原理基本被大眾所認(rèn)同。一般地，制鎖機(jī)通常的加工路線(xiàn)：首先夾緊待加工鎖體，調(diào)整好鉆頭和鉆頭與鎖體的相對(duì)位置，其次是試加工，也稱(chēng)調(diào)試階段。確保在批量生產(chǎn)時(shí)設(shè)備的正常運(yùn)作。最后，調(diào)試完成后，批量進(jìn)行投產(chǎn)，并定時(shí)檢查設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)。SK08A-S型數(shù)控雙位鎖體多排彈子孔機(jī)的工作原理也沿襲了這樣的工作路線(xiàn)，并且引入了新的系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)：通過(guò)程序控制動(dòng)力頭和工作臺(tái)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使設(shè)備按程序設(shè)定的方式加工鎖體，通過(guò)傳感器的感應(yīng)，將即時(shí)數(shù)據(jù)傳回控制中心，并對(duì)加工過(guò)程中進(jìn)行反饋式調(diào)節(jié)，當(dāng)然，刀具在工作時(shí)，冷卻系統(tǒng)是同步開(kāi)始工作的。2.2動(dòng)力頭結(jié)構(gòu)動(dòng)力頭是這個(gè)設(shè)備的重要結(jié)構(gòu)他在很大程度上影響著加工的精度和準(zhǔn)確度其制造成本相對(duì)其他部件來(lái)說(shuō)，是比較高的。其結(jié)構(gòu)如圖2.1：圖2.1動(dòng)力頭結(jié)構(gòu)正裝動(dòng)力頭部件的組成比較復(fù)雜，其零件包含如下：固定柱、帶輪、電機(jī)板、電機(jī)、電機(jī)軸、主軸箱、導(dǎo)桿、絲桿、導(dǎo)桿座、連接板、滑塊、絲桿螺母、軸承座、電機(jī)法蘭、步進(jìn)電機(jī)、主軸套、前防屑蓋、花鍵主軸、鉆夾螺母、鉆頭。裝配過(guò)程中，導(dǎo)桿座、導(dǎo)桿、步進(jìn)電機(jī)裝配在主軸箱上，連接板通過(guò)兩根導(dǎo)桿架在主軸箱上，連接板用絲桿螺母連接了步進(jìn)電機(jī)上的大絲桿和主軸套，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，就帶動(dòng)了大絲桿的旋轉(zhuǎn)，通過(guò)連接板的連接，把步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度轉(zhuǎn)化為花鍵主軸前進(jìn)或后退的距離。這樣，在電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)皮帶的拖動(dòng)下，就使得磚頭旋轉(zhuǎn)，如此就實(shí)現(xiàn)了打孔。每種不同的鎖體都在控制面板上設(shè)置，加工不同種的鎖體就相應(yīng)采用不同的程序來(lái)控制。整機(jī)安裝在墊高座上，在主軸套前加前防塵蓋，防止鐵諧等的進(jìn)入，電機(jī)與主軸箱都固定安裝在電機(jī)板上，皮帶連接兩個(gè)帶輪，保持一定的預(yù)緊力。在個(gè)零件安裝配合是注意配合方式。當(dāng)整個(gè)動(dòng)力頭裝配好之后，安裝固定在墊高座，用螺母固定好后，在外面加動(dòng)力頭防護(hù)罩即可。工作時(shí)，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)通過(guò)帶輪的傳動(dòng)，帶動(dòng)主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，是鉆頭旋轉(zhuǎn)起來(lái)，為鉆孔做準(zhǔn)備。再鉆孔時(shí)，為了保護(hù)鉆頭和提高鉆孔的質(zhì)量，工藝要求鉆刀的工作必須是步進(jìn)的，即鉆t部就后退些，再鉆再退。這樣做不僅滿(mǎn)足上述要求，而且，容易即時(shí)清理加工廢料和避免持續(xù)鉆孔造成的局部冷卻不即時(shí)。加工時(shí)，主軸箱是固定的，通過(guò)絲桿和導(dǎo)桿的作用，使刀頭能繼續(xù)前進(jìn)，達(dá)到鉆孔的深度。2.3夾具結(jié)構(gòu)夾具的由許多部件組成，包括夾具座、中心定位塊、定位頭、導(dǎo)桿、壓腳固定座、活動(dòng)板、汽缸連接塊、汽缸固定板。設(shè)備再加工鎖芯時(shí)，通過(guò)中心定位塊和定位頭，將鎖芯定位，為了限制其在加工時(shí)可能的旋轉(zhuǎn)，故設(shè)置了限制它轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)-壓腳固定板和壓腳。在整機(jī)裝配時(shí)，要注意各轉(zhuǎn)軸的水平度（即高度）、行程控制、主軸的正反轉(zhuǎn)、導(dǎo)軌及導(dǎo)桿的平行度，確保加工和裝配精度。整機(jī)裝配和調(diào)試好之后即可進(jìn)行加工。夾具是產(chǎn)品精度的核心保證，因此夾具在制作過(guò)程就要保證自身的精度和各零件的裝配精度，所以各零件的加工工藝也相應(yīng)的提出了要求。如：夾具座工藝：毛坯材料牌號(hào)為HT300毛坯為長(zhǎng)方體鑄鐵工序1刨四面成135*150；工序2磨厚度，磨厚度到19；工序3鉆孔，劃鉆各孔4-?13成?16深14，注意孔的公差要求；工序4銑床，把夾具座放到銑床上，壓板裝夾，銑鏜4個(gè)孔到?16，注意：保持4孔的深度一致。中心定位塊工藝：毛坯材料為45鋼圓柱體；工序1下料，工序2車(chē)床，車(chē)全件，上下面的表面粗糙讀；工序3鉗工加工3個(gè)?6.6及沉孔。導(dǎo)桿工藝：材料為45圓柱體毛坯工序1割長(zhǎng)度，保證同批零件長(zhǎng)度一致，工序2車(chē)，鉆床攻絲2-M8；工序3端面倒角0.5*45°。打孔時(shí)，需要使鎖芯和刀頭有上下的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，由于動(dòng)力頭結(jié)構(gòu)是固定在機(jī)座上的，刀頭智能在Y軸方向運(yùn)動(dòng)，故，智能是鎖芯進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)。鎖芯通過(guò)導(dǎo)桿、汽缸連接塊、汽缸固定板實(shí)現(xiàn)了鎖芯的上下運(yùn)動(dòng)。在鎖芯運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)傳感器來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控鎖芯的位置，當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定位置時(shí)，鎖芯停止運(yùn)動(dòng)，刀頭進(jìn)行鉆孔。夾具圖如圖2.2：圖2.2夾具實(shí)物上圖中鎖芯是通過(guò)定位頭來(lái)限制其X、Y兩方向自由度，Z向則由活動(dòng)板來(lái)限制，并且，鎖芯的轉(zhuǎn)動(dòng)也被壓腳固定座限制，所以，這樣以來(lái)鎖芯就被“完全”固定住了，方便之后的加工。2.4控制電路系統(tǒng)該制鎖機(jī)的電路控制，主要是用來(lái)控制設(shè)備的加工環(huán)節(jié)，比如，步進(jìn)電機(jī)的供給，走刀的速度和路徑。電力是該設(shè)備的主要?jiǎng)恿υ?。所有的傳感器信?hào)也要通過(guò)電路傳送至主控制芯，主控制芯再分別識(shí)別判斷，重新發(fā)送新的或校正命令信號(hào)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是設(shè)備工作能達(dá)到所需求的精度和工藝要求?？刂齐娐返暮?jiǎn)圖如圖2.3：圖2.3控制電路技術(shù)員只要將要加工的具體的程序輸入便可，主控制芯通過(guò)讀取和調(diào)用程序，通過(guò)電信號(hào)來(lái)是設(shè)備正常工作，加工所要求的鎖芯：打彈子孔。2.5冷卻系統(tǒng)一般地，刀具在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)與周?chē)奈镔|(zhì)產(chǎn)生高頻率的摩擦，摩擦?xí)a(chǎn)生大量的熱。但是這種熱是我們不希望有的。刀具是高精密的工具，刀具的刀刃的鋒利程度決定著一把刀的好壞與是否還可以繼續(xù)使用。倘若在加工時(shí)使用磨損嚴(yán)重的刀具，那么加工就達(dá)不到所要求或所希望的精度等要求，簡(jiǎn)而言之，就是加工好了也是廢品。所以加工時(shí)對(duì)刀具進(jìn)行即時(shí)的冷卻是一項(xiàng)很重要的工作。冷卻分空冷、水冷、油冷。三種冷卻方法，其冷卻效率和程度各不相同。空冷效率自不用說(shuō)，就是自然冷卻，冷卻速度慢，冷卻的效果也差；水冷和空冷都是借助媒介物，水冷借助水來(lái)冷卻，油冷則是借助機(jī)油來(lái)冷卻，他們兩者在冷卻速度和效果上比空冷好，兩者相比，由于油冷的媒介種類(lèi)不一。因此不好說(shuō)他們的冷卻的效果和速度的優(yōu)劣?？紤]這兩種冷卻方法和選擇，主要是看鎖加工的材質(zhì)和冷卻劑之間的關(guān)系，假如他們相互有侵蝕作用，那么很明顯不能用來(lái)冷卻。鑒于本設(shè)備的工作，采用空冷比較合適。設(shè)備在加工時(shí)，采用了步進(jìn)電機(jī)，即，加工一段時(shí)間，后退一段時(shí)間，在這個(gè)時(shí)間差控制好加工進(jìn)給可以用空冷來(lái)冷卻。另外，空冷相對(duì)于另外兩種冷卻方法，即經(jīng)濟(jì)又環(huán)保。2.6控制面板設(shè)備工作時(shí)完全由程序控制，人機(jī)的交流界面，稱(chēng)為控制面?？刂泼娌捎糜|屏技術(shù)。控制儀面板示意圖如圖2.4：液晶顯示屏按鍵盤(pán)Ⅰ按鍵盤(pán)Ⅱ圖2.4控制面板這個(gè)控制面板很容易看，簡(jiǎn)單，以下就簡(jiǎn)單介紹下：按鍵Ⅰ如圖2.5：圖2.5按鍵Ⅰ復(fù)位鍵：用于系統(tǒng)復(fù)位；設(shè)置鍵：用于參數(shù)設(shè)置；在參數(shù)設(shè)置狀態(tài)下直接進(jìn)行翻頁(yè)；確認(rèn)鍵：對(duì)已設(shè)定的參數(shù)予以確定及查看參數(shù)；光標(biāo)位置的下移；←：刪除鍵，用于參數(shù)設(shè)置中錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的剔除；↑：用于設(shè)置時(shí)光標(biāo)位置的上移；夾緊鍵：用手動(dòng)于切換工件的夾緊或松開(kāi)兩種狀態(tài)；清零鍵：用于當(dāng)前計(jì)數(shù)清零；模擬鍵：用于模擬加工，不需要放鎖體，可直接觀(guān)看機(jī)器的加工動(dòng)作；●：小數(shù)點(diǎn)；執(zhí)行鍵：按鍵系統(tǒng)自動(dòng)校正工作原點(diǎn)并進(jìn)入鎖體機(jī)器工作狀態(tài)；數(shù)字鍵：0-9：用于輸入相應(yīng)數(shù)值。按鍵Ⅱ如圖2.6：圖2.6按鍵Ⅱ主軸：用于控制主軸開(kāi)、關(guān)。調(diào)整：用于工作原點(diǎn)的調(diào)整。X：按鍵選擇X向工作原點(diǎn)的調(diào)整；Y：按鍵選擇Y向工作原點(diǎn)的調(diào)整；Z：按鍵選擇Z向工作原點(diǎn)的調(diào)整；U/W：按鍵選擇U/W向工作原點(diǎn)的調(diào)整；↑：按鍵(點(diǎn)動(dòng))拖板沿對(duì)應(yīng)坐標(biāo)軸方向位移0.02mm。↑↑：按鍵(點(diǎn)動(dòng))拖板沿對(duì)應(yīng)坐標(biāo)軸方向位移0.10mm?！喊存I(點(diǎn)動(dòng))拖板沿對(duì)應(yīng)坐標(biāo)軸方向位移0.50mm?！喊存I(點(diǎn)動(dòng))拖板沿對(duì)應(yīng)坐標(biāo)軸反方向位移0.02mm。↓↓：按鍵(點(diǎn)動(dòng))拖板沿對(duì)應(yīng)坐標(biāo)軸反方向位移0.10mm。↓↓↓：按鍵(點(diǎn)動(dòng))拖板沿對(duì)應(yīng)坐標(biāo)軸反方向位移0.50mm。2.7技術(shù)說(shuō)明位置選擇鎖體彈子孔機(jī)的系統(tǒng)屬于單片機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，對(duì)電網(wǎng)環(huán)境有一定要求，因此機(jī)器所擺放的位置和系統(tǒng)所聯(lián)結(jié)的電網(wǎng)應(yīng)盡量避免電焊機(jī)，頻繁啟動(dòng)的機(jī)床，電動(dòng)工具。強(qiáng)烈的電網(wǎng)干擾會(huì)導(dǎo)致鎖體彈子孔機(jī)系統(tǒng)工作異常。固定與安裝鎖體彈子孔機(jī)宜固定在結(jié)實(shí)穩(wěn)固的基礎(chǔ)之上，調(diào)整底座下四個(gè)可調(diào)機(jī)腳，使工作臺(tái)面保持水平。前后左右應(yīng)留出空間以便操作和清除切屑。第三章總體設(shè)計(jì)方案本章介紹主要結(jié)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)和比較選擇，分析方案的利弊以及對(duì)設(shè)備的貢獻(xiàn)或帶來(lái)的不足。3.1動(dòng)力頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案動(dòng)力頭的結(jié)構(gòu)和銑床一樣，主要考慮是立式還是臥式。立式和臥式各有千秋，沒(méi)有絕對(duì)的誰(shuí)好誰(shuí)不好。因此決定是哪種必須藥考慮其他的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。設(shè)備需要加工的鎖芯實(shí)物圖為圖3.1：圖3.1鎖芯如果采用立式的話(huà)，那么在設(shè)計(jì)夾具時(shí)不怎么好處理，換句話(huà)說(shuō)就是復(fù)雜了。觀(guān)察鎖芯結(jié)構(gòu)，我們可以充分利用鎖芯的孔這個(gè)結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)和定位。這樣以來(lái)選擇臥式就比較好處理點(diǎn)。確立了采用臥式動(dòng)力頭結(jié)構(gòu)，在選擇步進(jìn)電機(jī)后還有個(gè)問(wèn)題。刀具如何安裝比較科學(xué)和合理。一下給出兩種方案：方案一：將刀具直接安裝到步進(jìn)電機(jī)的電機(jī)軸上，采用1級(jí)傳動(dòng)。圖3.2動(dòng)力傳遞方案一方案二：設(shè)計(jì)一個(gè)主軸箱，將步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)力通過(guò)帶傳動(dòng)傳遞到主軸箱。將刀具安裝到主軸箱的主軸上，用主軸來(lái)帶動(dòng)刀具的轉(zhuǎn)動(dòng)。圖3.3動(dòng)力傳遞方案二兩種方案相比較，各有優(yōu)劣。方案一的設(shè)計(jì)可以有很高的能源利用率，而且傳遞的效率很高；方案二的設(shè)計(jì)相對(duì)來(lái)說(shuō)再能源利用率和傳遞效率上均比補(bǔ)上方案一，但是，方案二的設(shè)計(jì)傳遞的動(dòng)力平穩(wěn)‘尤其是它對(duì)電機(jī)能起到很好的保護(hù)。倘若刀具在工作時(shí)由于不可知的原因卡死，那么如果采用方案一的話(huà)，電機(jī)也將停止轉(zhuǎn)動(dòng)。由能量守恒定律可知，電能將全部消耗在電機(jī)線(xiàn)圈電阻上，并產(chǎn)生大量的熱，最終會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的燒毀。一般地，步進(jìn)電機(jī)的價(jià)格不菲。相對(duì)而言，如果是采用方案二的設(shè)計(jì)，當(dāng)?shù)毒呖ㄋ罆r(shí)，電機(jī)仍然是在轉(zhuǎn)動(dòng)，不會(huì)停止，起到有效保護(hù)電機(jī)的作用。3.2夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案夾具是設(shè)備中十分重要的環(huán)節(jié)，夾具的好壞與設(shè)計(jì)的合理很大程度上影響了設(shè)備的加工精度和準(zhǔn)確性。就本設(shè)備而言，夾具是夾緊待加工鎖體的，從這個(gè)方面來(lái)說(shuō)，列舉了一下幾種方案。方案一：將鎖體直立夾緊，壓緊鎖體的左右兩側(cè)面，后部加個(gè)定位塊。如圖3.4：圖3.4夾具設(shè)計(jì)方案一方案二：鎖體直立夾緊，但是不是通過(guò)夾緊鎖體兩側(cè)面來(lái)實(shí)現(xiàn)，而是，從分利用鎖體的結(jié)構(gòu)，構(gòu)造“定位柱”來(lái)實(shí)現(xiàn)定位。如圖3.5：圖3.5家具方案設(shè)計(jì)二方案三：鎖體平躺，將鎖體緊壓在底板上，后面加上定位塊。如圖3.6：圖3.6夾具設(shè)計(jì)方案三對(duì)于這3鐘方案，方案二的設(shè)計(jì)比較科學(xué)合理，也最適合本設(shè)備。設(shè)備加工時(shí)采用的是橫向供給，此時(shí)，方案三由于鎖體與底板有個(gè)小角度的傾斜，不利于鉆孔，或者說(shuō)鉆出的空難以保障垂直度或平行度。方案二和方案一相比較，差別不是很大，可以說(shuō)兩者均可以。方案二則充分利用了鎖體本身的結(jié)構(gòu)資源，鎖體在夾緊時(shí)受力部位力的均分比較好，但是方案一則是力有集中點(diǎn)，這樣容易損壞鎖體，不利于加工。我們加工鎖體的前提是藥保證其原有的表面質(zhì)量和其內(nèi)部的分子組織結(jié)構(gòu)，故方案一也不合適。第四章尺寸計(jì)算與標(biāo)準(zhǔn)件的選擇本章主要介紹重要部件的設(shè)計(jì)計(jì)算，包括尺寸的數(shù)值和標(biāo)準(zhǔn)件的強(qiáng)度驗(yàn)證等。設(shè)計(jì)計(jì)算中的部分，均以三排制鎖機(jī)來(lái)說(shuō)明，其他排依此類(lèi)推。4.1步進(jìn)電機(jī)參數(shù)要求和型號(hào)確定要選擇所需要或合適的電機(jī)，必須得先了解下電機(jī)的一些基本知識(shí)。電機(jī)再工作時(shí)涉及到的物理參數(shù)有轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)差率（交流電機(jī)）。電機(jī)工作時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩記為T(mén)M，生產(chǎn)機(jī)械所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為T(mén)L，轉(zhuǎn)速為n0，則TM-TL=Td。其中，Td=（4.1）示意圖如圖4.1：圖4.1電機(jī)輸出動(dòng)力設(shè)備在加工時(shí)，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)處于工進(jìn)狀態(tài)時(shí)，TM>TL，電機(jī)轉(zhuǎn)子不斷加速，它所產(chǎn)生的切削力也就越大，自然切削的效率就高了，同時(shí)，加工成本也提高了。根據(jù)能量守恒定律，我們給予電機(jī)的電信號(hào)脈沖，當(dāng)脈沖電最強(qiáng)時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速就最大。下面來(lái)計(jì)算下刀具再旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的切削力有多大。假設(shè)道具的直徑為D，刀具工作時(shí)的即時(shí)速度為n，根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)可知，切削點(diǎn)在這個(gè)時(shí)刻所產(chǎn)生的力為F=m*a，這里，m為選取的參考點(diǎn)的質(zhì)量。于是，F(xiàn)=m*=m*（4.2）只要電機(jī)在工作時(shí)能保證刀具能獲得足夠的切削力和轉(zhuǎn)矩時(shí)，刀具就能正常進(jìn)行作業(yè)。綜合考慮刀具的工作環(huán)境要求和加工的成本，我們Y132S-6電機(jī)，功率為3KW，額定轉(zhuǎn)速為960r/min。這里的額定轉(zhuǎn)速不能直接作用于刀具。為什么因?yàn)樵趧?dòng)力頭的設(shè)計(jì)中，刀具不是直接安裝在電機(jī)軸上的，而是通過(guò)一帶傳動(dòng)來(lái)進(jìn)行傳遞動(dòng)力的。一般地，帶傳動(dòng)是有能量損耗，正常地，它的傳遞效率為0.94～0.98.雖然傳遞動(dòng)力有損失，但是刀具所得到的力和轉(zhuǎn)矩仍然足夠保證其正常的作業(yè)。4.2電機(jī)軸承分析和類(lèi)型選擇在主軸箱的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)里，旋轉(zhuǎn)主軸有一個(gè)很重要的配合部件—軸承。刀具在作業(yè)時(shí)，根據(jù)它的受力分析可知，主軸會(huì)受到軸向的力的作用，因此，必須要平衡這個(gè)力，故采用角接觸球軸承來(lái)平衡這個(gè)軸向力。選擇軸的型號(hào)為7010C.其中內(nèi)徑d為50mm.角接觸球軸承結(jié)構(gòu)圖如圖4.2。圖4.2角接觸球軸承選擇了軸承型號(hào)后，要對(duì)其進(jìn)行使用壽命的校驗(yàn)，看是否符合使用要求。查設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，這個(gè)設(shè)備對(duì)軸承壽命的要求LA為20000～30000h，校驗(yàn)的結(jié)果必須是計(jì)算的使用壽命要不低于這個(gè)預(yù)期壽命，否則軸承不合格。軸承的使用壽命，L10h=（）（4.3）式中：C軸承的基本額定動(dòng)載荷值，查表知，這里C取26.5KN；P軸承所受的當(dāng)量動(dòng)載荷；w軸承的壽命指數(shù)，這里w取3（球軸承）；L10可靠度為90%時(shí)軸承的基本額定壽命（r）。軸承所受的當(dāng)量載荷P=XFr+YFa,查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知，取X=1,Y=0。故P=Fr，即徑向載荷量。由于主軸箱采用帶傳動(dòng)，非齒輪的嚙合傳動(dòng)，故，它的徑向力（不多于100N）很小，因而軸承的使用壽命很大，完全比它的預(yù)期壽命大很多，故軸承的使用壽命合格的。L10h=106*26.53*103/(60*980*1003)=31650h>30000h，故，使用壽命是有保障的。4.3夾具中梯形螺桿的導(dǎo)程的確定從設(shè)備的工作原理來(lái)看，絲桿螺母主要是為了被加工鎖體有Z向的位移。所以絲桿的導(dǎo)程必須為鎖體所要打的孔間距離的因數(shù)。即導(dǎo)程的n倍為鎖芯空間距離，這里n為整數(shù)。查得鎖芯孔間距為4mm，這里取其導(dǎo)程為4mm。螺桿的螺紋長(zhǎng)度必須要滿(mǎn)足一定的條件，才能保證鉆孔的正常進(jìn)行，保證產(chǎn)品的合格。顯然的，螺桿有效螺紋的總長(zhǎng)度一定不小于鎖體的長(zhǎng)度，否則會(huì)出現(xiàn)空打。當(dāng)然，取螺桿螺紋的長(zhǎng)度應(yīng)綜合螺桿成本、工作要求來(lái)選取，在滿(mǎn)足的前提線(xiàn)，盡量選大的，以提高其可靠性和適應(yīng)性。4.4夾具定位頭的力學(xué)分析和直徑大小在夾具系統(tǒng)中，定位頭限制了待加工鎖體的鉆孔方向的位移，所以它會(huì)受到一個(gè)擠壓力。倘若這個(gè)力很大，而定位頭又沒(méi)有足夠的強(qiáng)，那么就會(huì)發(fā)生事故，要么鉆頭壞，要么定位頭斷或者彎曲，所以有必要對(duì)其進(jìn)行受力的研究，找到其安全工作的充分必要條件或必要條件。假設(shè)，鎖體作用給定位頭的作用力大小為F，方向垂直于鎖的孔排。設(shè)定位頭的截面直徑為D，單位體積所產(chǎn)生的剛性力為，高為L(zhǎng)，如圖4.3。圖4.3鎖芯力矩分析設(shè)圖中陰影部分的面積為，其高為，則陰影部分的由于外力而產(chǎn)生的彈力。==（4.4）定位頭受到力時(shí)，外力作用于它有兩個(gè)效果：沿力的方向移動(dòng)，繞端點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。若要使定位頭保持原狀，則其必須要克服這兩個(gè)效果。根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律和轉(zhuǎn)矩平衡知識(shí)列出下列方程組,①F==（4.5）②F*L==（4.6）當(dāng)滿(mǎn)足了這兩個(gè)條件，那么就基本上是可行的。由于鎖體的材料不一樣，加工所用的轉(zhuǎn)速和擠壓力就不一樣。所以對(duì)于不同的材料加工要事先分別進(jìn)行驗(yàn)算，以確保定位頭的可靠。本次設(shè)計(jì)的定位頭加工的是銅制材料的，，定位頭的具體數(shù)據(jù)見(jiàn)圖紙。當(dāng)進(jìn)行鉆孔加工時(shí)，每個(gè)鉆頭作用于接觸點(diǎn)處的力F大小約為250N。現(xiàn)對(duì)被加工的三排鎖芯進(jìn)行受力分析。鎖芯受力如圖4.4示。圖4.4鎖芯受力分析通過(guò)力學(xué)分?jǐn)?shù)，結(jié)合數(shù)學(xué)方法可以知道，鎖芯受到的合力F合=2F=500N，方向?yàn)閅軸負(fù)向（三力相互間的夾角為）。由牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律可知，鎖芯作用于定位頭的力f大小為500N，方向?yàn)閅軸正向。定位頭的受力點(diǎn)距離“零點(diǎn)”L為74.5mm。計(jì)算得，定力頭所