自動化鉆孔攻絲倒角機的設計與研究

馮美龍 邵海軍 曹炳鑫

摘? 要：針對小尺寸零件鉆孔、攻絲、倒角工序多，人工作業強度大、加工產品精度低等問題，依據某公司電器插腳零件，設計自動化鉆孔攻絲倒角機，其結構包括送料機構、夾緊機構、加工機構、控制系統等。該機械能夠實現自動化加工，產品過程檢測，極大提高了生產效率和產品質量，促進了鉆孔攻絲倒角組合設備的智能化進程。

關鍵詞：電器插腳? 鉆孔? 攻絲? 倒角? 機構

中圖分類號：TH122? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）02（a）-0076-04

Design and Research of Automatic Drilling Tapping and Chamfering Machine

FENG Meilong? SHAO Haijun? CAO Bingxin

（Jiujiang Vocational and Technical College，Jiujiang，Jiangxi Province， 332005 China）

Abstract： Aiming at the problems of multiple drilling， tapping and chamfering procedures for small-sized parts， high manual work intensity， low precision of processed products， etc.According to a company's electrical pin parts，Design automated drilling， tapping and chamfering machine，Its structure includes feeding mechanism， clamping mechanism， processing mechanism， control system， etc.The machine can realize automatic processing and product process inspection，Greatly improve production efficiency and product quality，Promote the intelligent process of drilling， tapping and chamfering combined equipment.

Key Words： Electrical pin; Drilling; Tapping; Chamfering; Mechanism

產品設備制造中，普遍采用螺紋緊固方式[1]。傳統螺紋加工過程往往先用麻花鉆頭鉆削小于螺紋小徑的底孔，再使用絲錐攻螺紋，最后對螺紋孔進行倒角，這種方式生產需要多次裝夾，導致誤差疊加，產品的加工質量難以保證，若產品尺寸細小時，加工誤差更大，螺紋加工采用手工操作，作業的勞動強度大，生產效率低，這樣迫切需要開發自動化的鉆孔攻絲倒角機械優化傳統加工過程[2]。

現針對某電器公司批量化生產的插腳零件進行分析，該零件如圖1所示，該電器插腳材料為銅合金，插腳端面尺寸分別為5mm×5mm和3mm×5mm，零件長度有多個規格為23～36mm，待加工部位為頭尾兩個螺紋孔，小端面一側螺紋孔為通孔，大斷面一側螺紋孔為盲孔，兩個螺紋孔軸線方向垂直，螺紋要求M2.5×0.45的螺紋孔，該插腳尺寸較小，普通裝夾加工，需要翻轉分別對兩個方向的螺紋孔加工，手動裝夾不方便。

1? 基本設計思路

針對現有的電器插腳加工過程中生產效率低、勞動強度大、自動化程度低等問題。采用PLC控制系統、伺服電機、氣動系統，提高了整機的電氣化、自動化運動。設計自動送料機構，裝夾定位機構、加工機構等實現全自動多工位同步加工，克服設備生產率低、產品加工質量低的問題[3]。

分析待加工插腳特點，擬定加工路線：第一，電器插腳未非對稱端面零件，將插腳進行角度調整，規則排布后傳送至加工生產線;第二，分工位對插腳兩個待加工部位鉆孔和倒角;第三，對插腳兩個待加工部位攻絲;第四，插腳完成檢測;第五，插腳零件計數收集入庫，加工具體流程圖如圖2所示。

2? 整體結構設計

基于設計思路開發自動化的多工位鉆孔攻絲倒角機，其結構包括送料機構、夾緊機構、加工機構、控制系統等。工件經角度調整設備后規則排布于送料機構，再依序經過上料工位、裝夾工位進行原位鉆孔倒角加工，鉆孔完成后零件輸送至攻絲工位進行螺紋加工，完成加工的零件輸送至檢測工位和零件計數工位，最后零件輸送到收集箱。

鉆孔倒角攻絲機構結構圖如圖3所示，插腳需要在零件前部和后部兩處互為垂直的兩個面加工螺紋孔，整機布置三個加工工位，后續以第一、第二、第三區分各工位。第一加工工位設有水平和豎直的鉆孔步進電機，運動行程由PLC控制伺服電機獲得，插腳零件水平方向為通孔，固在第二加工工位設有水平鉆孔步進電機，第三加工工位設有水平和豎直的攻絲伺服電機，絲錐轉數與攻絲步進行程需要嚴格遵循螺距關系。整機三個工位可同時加工零件，各工位加工完成的零件通過送料抓手同步向后輸送。

2.1 送料機構

依據插腳尺寸較小，設計角度調整振動盤進行方向篩選，如圖4所示。在振動盤上部的料盤到送料線之間的設計零件角度調整通道，角度調整通道成螺旋上升，上升通道逐漸分成兩路，一路與送料機構輸送線相連，只有符合角度的插腳零件才能進入通過送入直震器部分的輸送線，不滿足角度的插腳零件則由另一路落回振動盤底部重新經過螺旋上升通道進行角度調整。直震器部分的送料輸送線端口部分設有進料開關氣缸，當后工序全部加工完成后，氣缸打開直震器部分的插腳才能進入輸送線，待送料卡爪夾持送入后工序。

其中，送料卡爪似雙T字型連接，如圖5所示為送料卡爪結構圖，在卡爪前后端設有與插腳相適配的凹槽，可保證插腳被固定牢靠，送料卡爪有前后兩端可同時夾持零件，這樣設計不但能夠簡化送料機構，而且提高送料效率，同時卡爪頂部與動力氣缸連接處采用彈性結構，便于送料卡爪自適應調整夾持插腳的力度，避免剛性沖擊損壞送料機構。

2.2 夾緊機構

夾緊機構結構如圖6所示，包括調整電機、第一豎直夾緊單元、第二豎直夾緊單元、水平夾緊單元等，由于插腳在前后兩處水平和豎直方向進行加工，待加工零件需要在水平和縱向方向進行夾緊固定。第一豎直夾緊單元主要由豎直卡爪和夾緊氣缸組成，第二豎直夾緊單元與第一豎直夾緊單元結構類似，水平夾緊單元則由水平卡爪和水平夾緊氣缸組成，第一豎直夾緊單元和第一豎直夾緊單元分別將工件在三個工位豎直方向進行固定，水平方向由三個水平布置的夾緊單元進行固定。針對于不同長度尺寸的電器插腳，可通過調整電機進行相應距離的調整，因為第一豎直夾緊單元和第二豎直夾緊單元都安裝在調整電機的滑塊調整板上，同樣水平夾緊單元通過立柱固定在同一塊調整板上，所以只要變更調整板的位置就能實現不同長度尺寸的電器插腳裝夾固定[4]。

2.3 加工機構

待電器插腳裝夾固定牢靠后，第一加工工位布置有水平和豎直兩個方向驅動電機，電機端頭裝夾一款復合鉆孔倒角刀具，復合鉆孔倒角刀具前端為鉆孔切削刃，后端具有倒角刃口，這樣在同一工位完成鉆孔和倒角加工。由于插腳零件在水平方向是通孔，在第一個工位加工完成后的零件，送入第二加工工位進行水平反方向的鉆孔倒角加工，豎直方向為盲孔則不再布置加工單元，第二工位完成加工后零件送入第三工位進行水平和豎直兩個方向螺紋加工[5]。螺紋加工由伺服電機進行精確控制，確保轉數與螺距的比例關系，螺紋絲錐的回退同樣精確控制。

在加工過程中，單個零件需經過上述三道工位完成鉆孔、倒角、攻絲內容的加工，整個設備在三道工位可同時加工三個插腳零件，每道次工位加工時間近似，完成各道次加工內容后，送料機構在控制系統下自動向后傳輸零件，實現自動化多工位高效加工。

2.4 控制系統

本機采用三菱FX3U-64MT/ES-A型號的PLC控制整機中電機運轉和氣路閥門的開啟，同時設備采用液晶觸屏形式實現人機數據交互[6]，設備采用自主開發的控制系統，如圖7所示，菜單顯示生產過程控制等相關數據，通過界面可實現設備的啟停、設備的傳輸速度、刀具及備件的更換控制，以及產品規格變更對應的送料卡爪距離的調整都可通過觸控屏實現控制，同時各工位布置零件檢測感應器，實時監控零件的加工情況，在送出位置裝有計數器，從開機到停機的整個過程中統計電器插腳的加工總量，控制單元設有斷電數據保存功能，復位能夠快速恢復零件的加工。配備安全急停按鈕，周圈設有感應光柵、警示燈，防止誤入、緊急停機起到安全保護作用[7]。

3? 結語

本文針對當前電器插腳零件加工過程中，鉆孔攻絲倒角裝夾次數多、作業勞動強度大、尺寸精度低等問題，研發了自動化的多工位鉆孔攻絲倒角機，解決了當前電器插腳生產所存在的問題，實現了多規格尺寸電器插腳的自動化加工，實現生產過程高效率，產品加工精度高質量，多種規格零件調整高柔性，便捷化的人機交互系統，促進了鉆孔攻組合設備的智能化進程。

參考文獻

[1] 陳君.鉆孔、攻絲一次成形設備的控制系統研究[D].武漢：武漢科技大學，2008.

[2] 陳經文.PLC在電氣設備自動控制系統中的設計與應用[J].科學技術創新，2020（23）：151-152.

[3] 孟金偉.基于PLC數控車床上下料機器人軟件設計[J]. 電力與能源，2020（3）：339-344.

[4] 崔瀟彬.PLC技術在電氣工程自動化控制中的應用探究[J].科技資訊，2020（24）：81-83.

[5] Kun Ren. Sharp corner transitional trajectory planning based on arc splines in glass edge grinding[J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2017（93）：4089-4098.

[6] 蔡廣飛.基于PLC的全數字交流伺服位置控制[J].科技創新導報，2019（12）：11-12.

[7] 徐平凡.電機端蓋旋轉式自動焊接設備的設計與應用[J].組合機床與自動化加工技術，2020（6）：159-161.