一种自动沉孔机的制作方法

本发明涉及机械加工技术领域，特别涉及一种自动沉孔机。

背景技术：

钣金在生产、生活中发挥的重要作用,其重量轻、导电性强、成本低的特点使其能够广泛的应用的生产生活的多个领域，比如电子电器、通信技术、汽车工业等。在钣金件上开设沉孔是钣金件的常规加工需求，然而，现有技术中，通常是将钣金件放置于台钻上进行钻孔，当沉孔精度要求不高时则直接使用便携式沉孔机进行加工，由此可见，现有技术沉孔加工的效率和精度不高。

可见，现有技术还有待改进和提高。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种自动沉孔机，旨在解决现有技术中加工沉孔的效率和精度低的技术问题。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种自动沉孔机,包括底架，钻孔电机，固定于钻孔电机输出轴上的钻夹头，与该钻夹头连接的沉孔钻头，以及控制柜，所述自动沉孔机还包括水平地设置于底架上的工作台，与底架滑动连接的龙门架，与龙门架滑动连接的且用于驱动钻孔电机沿竖直方向往复运动的z轴组件，设置于龙门架上且用于驱动z轴组件沿龙门架的横梁长度方向往复运动的x轴组件，与机架连接且用于驱动龙门架沿y轴方向往复运动的y轴组件，设置于控制柜内的控制器，以及设置于控制柜上的工控机；所述x轴组件、y轴组件、z轴组件和钻孔电机分别与控制器电性连接。

所述的自动沉孔机还包括机器视觉系统；所述机器视觉系统包括与z轴组件连接的工业相机，与工业相机连接且竖直朝下设置的相机镜头，套设于相机镜头下端的环形光源；所述工业相机与工控机电性连接；所述工控机安装有视频采集卡以及图像处理软件。

所述的自动沉孔机中，所述x轴组件包括彼此平行地设置于龙门架的横梁上的第一滚珠丝杠和两根第一直线导轨，设置与龙门架上且与第一滚珠丝杠一端连接的第一驱动电机，第一滚珠丝杠螺纹连接的第一丝杠螺母，以及分别与两根第一直线导轨滑动连接的两个第一滑块。

所述的自动沉孔机中，所述z轴组件包括与两个第一滑块和第一丝杠螺母固定连接的z轴组件安装板，竖直地设置于该z轴组件安装板上的第三滚珠丝杠、第三驱动电机和两根第三直线导轨，与第三滚珠丝杠螺纹连接的第三丝杠螺母，分别与两根第三直线导轨滑动连接的两个第三滑块；该第三驱动电机的输出轴与第三滚珠丝杠的上端连接。

所述的自动沉孔机中，所述两个第三滑块以及第三丝杠螺母固定连接有一个钻孔电机安装板；所述钻孔电机安设置于该钻孔电机安装板上。

所述的自动沉孔机中，所述y轴组件包括两根分别设置于机架上两端且与y轴方向平行地设置的两根第二直线导轨，分别与两根第二直线导轨滑动连接的两个第二滑块；在机架上两端分别与两根第二直线导轨平行设置的两根第二滚珠丝杠，分别与两根第二滚珠丝杠螺纹连接的两个第二丝杠螺母，以及用于驱动两根第二滚珠丝杠同步转动的y轴驱动装置；所述龙门架的两根立柱的底部分别与同一端的第二滑块和第二丝杠螺母连接。

所述的自动沉孔机中，所述机架上两端分别与两根第二直线导轨平行地设置有两个导槽，两根第二滚珠丝杠分别设置于两个导槽中，龙门架的两根立柱的底部通过竖直设置的导柱分别与两个第二丝杠螺母连接。

所述的自动沉孔机中，所述y轴驱动装置包括设置于机架内腔的第二驱动电机支架，设置于第二驱动电机支架上的第二驱动电机，以及沿x轴方向水平设置且与机架可转动连接的传动轴；该传动轴的两端分别通过一组圆锥齿轮与两根第二滚珠丝杠的端部连接，每一组圆锥齿轮的轴交角为90度；所述第二驱动电机通过同步轮与同步带驱动传动轴转动。

所述的自动沉孔机中，所述工作台包括沿x轴方向并列设置的第一工作台和第二工作台，所述第一工作台和第二工作台分别对应设置有若干个用于夹紧工件的凸轮夹具。

所述的自动沉孔机中，所述机架上位于工作台后侧设置有用于钻夹头进行换到的直线刀库。

有益效果：

本发明提供了一种自动沉孔机，通过设置机架、工作台、工控机、控制器、x轴组件、y轴组件以及z轴组件、钻孔电机、沉孔钻头等部件，实现了对沉孔钻头在x轴方向、y轴方向和z轴方向上的运行进行精确控制，沉孔钻头可对固定于工作台上的钣金件进行快速钻孔，提高了生产效率，由于x轴组件、y轴组件和z轴组件的控制方式均为数控，因此提高了沉孔加工的精度。此外，通过设置机器视觉系统，实现视觉跟踪，防止误加工，自动捕捉缺陷，无缺陷出品，实现生产的自动化。

附图说明

图1为本发明提供的自动沉孔机的主视图。

图2为图1中a区域的局部放大图。

图3为本发明提供的自动沉孔机的俯视图。

图4为本发明提供的自动沉孔机的左视图。

图5为图4中b区域的局部放大图。

具体实施方式

本发明提供一种自动沉孔机，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1-图5，本发明提供一种自动沉孔机。为了便于阐述，定义自动沉孔机的龙门架的横梁长度方向为x轴方向，与x轴方向水平垂直的方向为y轴方向，竖直方向为z轴方向。附图中所示，工作台和机架的长度方向与龙门架的长度方向平行。

所述的自动沉孔机,包括底架110，钻孔电机241，固定于钻孔电机输出轴上的钻夹头243（实际应用中，钻孔电机的输出轴也可以连接减速机242，减速机的输出轴再连接钻夹头），与该钻夹头连接的沉孔钻头244，以及控制柜50，所述自动沉孔机还包括水平地设置于底架上的工作台130，与底架滑动连接的龙门架120，与龙门架滑动连接的且用于驱动钻孔电机沿竖直方向往复运动的z轴组件，设置于龙门架上且用于驱动z轴组件沿龙门架的横梁长度方向往复运动的x轴组件，与机架连接且用于驱动龙门架沿y轴方向往复运动的y轴组件，设置于控制柜内的控制器（图中未示出），以及设置于控制柜上的工控机501；所述钻孔电机241与z轴组件滑动连接，所述工作台130位于龙门架120的横梁下方；所述x轴组件、y轴组件和z轴组件、钻孔电机分别与控制器电性连接。优选地，所述控制器为plc（可编程逻辑控制器）。所述控制柜还设置有启动按钮、停止按钮、急停开关、警示灯、侧门、电源线、数据线等常规部件，此处不作赘述。

工作时，首先将控制柜接通外部输入电源，启动工控机，此时自动沉孔机处于待机状态；将待加工沉孔的钣金件固定于工作台上，根据打孔要求在钻夹头上安装相应规格的沉孔钻头；然后从工控机中打开该待加工沉孔的钣金件对应的加工程序并启动该程序，控制器按程序分别控制x轴组件、y轴组件以及z轴组件的运动，使得沉孔钻头可以沿x轴方向、y轴方向和z轴方向运行，从而实现沉孔钻头按程序预设的路径快速地对固定于工作台上的钣金件的任意位置加工出竖直沉孔，提高了加工效率，由于采用数控加工，提高了沉孔的精度。

请参阅图2，进一步的，所述自动沉孔机还包括机器视觉系统；所述机器视觉系统包括与z轴组件连接的工业相,301，与工业相机连接且竖直朝下设置的相机镜头302，套设于相机镜头下端的环形光源303；所述工业相机与工控机电性连接；所述工控机安装有视频采集卡以及图像处理软件。工业相机和所述钻孔电机之间相对静止，即自动沉孔机加工过程中，工业相机能够实时采集钣金件上加工出的各个沉孔的图像信息；工业相机将获取的各个沉孔的图像发送至工控机，工控机将接收到图像信息进一步处理从而实现视觉跟踪，防止误加工，自动捕捉缺陷，无缺陷出品，实现生产的自动化。实际应用中，在使用机器视觉系统进行检验沉孔质量之前，首先将采用传统方式检测判定合格的各个尺寸规格的沉孔的表面图像作为标准模板发送至所述工控机中。所述工控机安装有相应的图像处理软件，所述工控机将接收到工业相机采集的图像进行处理和分析，再与上述标准模板进行对比，可实时判定沉孔质量合格与否以及具体的缺陷类型（裂纹、毛刺、卡钻、偏孔等)。

下文详述x轴组件、y轴组件和z轴组件的结构及运动原理。

所述x轴组件包括彼此平行地设置于龙门架的横梁上的第一滚珠丝212杠和两根第一直线导轨213，设置与龙门架上且与第一滚珠丝杠一端连接的第一驱动电机211，第一滚珠丝杠螺纹连接的第一丝杠螺母（图中未示出），以及分别与两根第一直线导轨滑动连接的两个第一滑块214；其中，第一驱动电机与控制器电性连接。

所述z轴组件包括与两个第一滑块和第一丝杠螺母固定连接的z轴组件安装板230，竖直地设置于该z轴组件安装板上的第三滚珠丝杠232、第三驱动电机231和两根第三直线导轨234（图5的视角仅观察到一根第三直线导轨），与第三滚珠丝杠螺纹连接的第三丝杠螺母233，分别与两根第三直线导轨滑动连接的两个第三滑块235；该第三驱动电机的输出轴与第三滚珠丝杠的上端连接。其中，第三驱动电机与控制器电性连接。

所述两个第三滑块235以及第三丝杠螺母233固定连接有一个钻孔电机安装板240；所述钻孔电机241安设置于该钻孔电机安装板上。由附图2可知，前述工业相机安装于该钻孔电机安装板上并且与钻孔电机在平行于x轴方向上并列设置。

所述y轴组件包括两根分别设置于机架上两端且与y轴方向平行地设置的两根第二直线导轨227，分别与两根第二直线导轨滑动连接的两个第二滑块228；在机架上两端分别与两根第二直线导轨平行设置的两根第二滚珠丝杠225，分别与两根第二滚珠丝杠螺纹连接的两个第二丝杠螺母226，以及用于驱动两根第二滚珠丝杠同步转动的y轴驱动装置；所述龙门架的两根立柱的底部分别与同一端的第二滑块和第二丝杠螺母连接。

所述的自动沉孔机中，所述机架上两端分别与两根第二直线导轨平行地设置有两个导槽111，两根第二滚珠丝杠分别设置于两个导槽中，每个导槽两端分别设置有一个辅助支架（图中未画出），每根第二滚珠丝杠的两端分别与辅助之间可转动连接；龙门架的两根立柱的底部通过竖直设置的导柱分别与两个第二丝杠螺母连接。

所述的自动沉孔机中，所述y轴驱动装置包括设置于机架内腔的第二驱动电机支架220，设置于第二驱动电机支架上的第二驱动电机221，以及沿x轴方向水平设置且与机架可转动连接的传动轴223；该传动轴的两端分别通过一组圆锥齿轮224（图5视角仅观察到一组圆锥齿轮）与两根第二滚珠丝杠的端部连接，每一组圆锥齿轮的轴交角为90度；所述第二驱动电机通过同步轮与同步带（图1中仅画出同步带222）驱动传动轴转动。其中，第二驱动电机与控制器电性连接。其中，每组圆锥齿轮中的主动齿轮分别套设于传动轴的两端，每组圆锥齿轮中的从动齿轮分别套设于两根第二滚珠丝杠同一端；两个主动齿轮规格相同，两个从动齿轮规格相同，每一组的主动齿轮和从动齿轮相互啮合。附图所述，传动轴位于机架内腔后侧，其两端分别与一个竖直支架可转动连接，两个竖直支架分别与机架内腔顶板连接，相应地从动齿轮则套设于两根第二滚珠丝杠的后端；也可以将传动轴设置与机架内腔前侧，相应地从动齿轮则套设于两根第二滚珠丝杠的前端。

运动过程中，控制器控制第一驱动电机转动使得z轴组件安装板以及设置z轴安装板上的各个部件沿x轴方向运动，即实现了沉孔钻头沿x轴方向运动；控制器控制第二驱动电机转动，带动传动轴转动，传动轴分别通过上述两组锥形齿轮带动两根第二滚珠丝杠转动，从而带动龙门架沿y轴方向运动，即实现了沉孔钻头沿y轴方向运动；控制器控制第三驱动电机转动使得钻孔电机安装板以及设置于钻孔电机安装板上的部件沿z轴方向（即竖直方向）运动，从而实现了沉孔钻头沿z轴方向运动。由此可见，控制器通过控制第一驱动电机、第二驱动电机和第三驱动电机的运动，实现了沉孔钻头实现三轴运动，可以精确地移动到工作台上钣金件任意待加工的位置进行加工以及精确控制沉孔深度。所述工业相机安装在钻孔电机安装板上，同理，工业相机及相机镜头也可以实现三轴运动，精确地获取各个加工后的沉孔的图像信息。

上述x轴组件、y轴组价以及z轴组件中均采用滚珠丝杠进行传动，由于滚珠丝杠传动具有零间隙、低摩擦、平稳等优点，使得沉孔钻头和工业相机能够进行精确定位，从而提高了沉孔加工质量，以及提高了获取的沉孔图像质量，进一步提高了沉孔检验的准确性。

优选地，上述第一驱动电机、第二驱动电机和第三驱动电机均为伺服电机，进一步提高了电机控制的精确性，即进一步提高了沉孔钻头和工业相机定位的精确性。

此外，上述y轴组件的设置中，由一个第二驱动电机驱动一根传动轴转动，并通过两组锥形齿轮带动两根第二滚珠丝杠转动。相比使用两个第二驱动电机分别驱动两根第二滚珠丝杠，即节省了电机的成本，又保证了两根第二滚珠丝杠转动的同步性，即保证了龙门架沿y轴方向运动的平稳性，提高了沉孔加工精度。

进一步地，所述工作台包括沿x轴方向并列设置的第一工作台131和第二工作台132，所述第一工作台和第二工作台分别对应设置有若干个用于夹紧工件的凸轮夹具133。所述第一工作台和第二工作台可进行交替工作，即：第一工作台处于加工时，第二工作台则完成卸料和上料工作；当第一工作台完成加工后则对第二工作台上的钣金件进行加工，而对第一工作台上加工完的钣金件进行卸料，以及将下一块待加工的钣金件固定与第一工作台上，如此循环交替工作，实现了该自动沉孔机的生产效率。由于采用凸轮夹具无需压缩气源，电动夹紧可靠，实现快速更换工件。

优选地，所述第一工作台和第二工作台的尺寸相同，因此进一步方便了相同尺寸的钣金件的连续加工。

进一步地，所述机架上位于工作台后侧设置有用于钻夹头进行换到的直线刀库140。优选地，所述直线刀库设置于机架后侧中间位置，距离第一工作台和第二工作台的位置大致相等。附图3所示直线刀库的换刀位为3个，但根据实际生产情况设置更多的换刀位。通过设置直线刀库，可实现了自动沉孔机自动换刀（即更换钻头或其他相关刀具），相比手动换刀，上述自动换刀即安全又便捷，减少了换刀时间，即进一步提高了生产效率。

作为上述方案的一种变形，可以机架和工作台的长度方向设置为与龙门架的长度方向水平垂直（即龙门架沿机架长度方向往复运动），工作台在沿机架长度方向上设置为第一工作台和第二工作台，从而保证了一个工作台在加工时，龙门架的移动范围不会始终在处于加工状态的工作台上方，不会干涉另一个工作台同时进行卸料和上料的操作。

综上所述，本发明提供了一种自动沉孔机，通过设置机架、工作台、工控机、控制器、x轴组件、y轴组件以及z轴组件、钻孔电机、沉孔钻头等部件，实现了对沉孔钻头在x轴方向、y轴方向和z轴方向上的运行进行精确控制，沉孔钻头可对固定于工作台上的钣金件进行快速钻孔，提高了生产效率，由于x轴组件、y轴组件和z轴组件的控制方式均为数控，因此提高了沉孔加工的精度。此外，通过设置机器视觉系统，实现视觉跟踪，防止误加工，自动捕捉缺陷，无缺陷出品，实现生产的自动化。通过设置第二驱动电机驱动传动轴转动，并通过两组锥形齿轮带动两根第二滚珠丝杠转动，实现了两根第二滚珠丝杠的运动同步性，进一步提高了加工质量。通过设置第一工作台和第二工作台，实现了自动沉孔机连续生产，提高了生产效率。通过设置直线刀库，实现了自动沉孔机自动换刀，减少了换刀时间。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。例如，将工控机改为触摸屏，或者将滚珠丝杠传动改为齿轮齿条传动，或者将直线刀库改为盘式刀库，或者将凸轮夹具改为气动夹具等，这些变形的方案均落入本发明的保护范围。