sk109ck数控钥匙双排牙花沉孔机毕业设计.docx

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sk109ck数控钥匙双排牙花沉孔机毕业设计

sk109-ck数控钥匙双排牙花沉孔机__毕业设计

sk109-ck数控钥匙双排牙花沉孔机__毕业设计浙江科技学院毕业设计浙江科技学院本科毕业设计（2012届）题目SK109-CK型数控平面钥匙双排牙花沉孔机设计学院机械与汽车工程学院专业车辆工程班级082学号108015034学生姓名郑天棒指导教师陈冰完成日期2012年5月20日SK109-CK型数控平面钥匙双排牙花沉孔机设计学生姓名：

郑天棒指导老师：

陈冰浙江科技学院机械学院摘要沉孔机主要是加工钥匙的，加工工序通过数控技术来控制，是机械与电子结合的典型。

该设备的主要组成系统分为控制系统、加工系统和冷却系统。

控制部分由程序来实现。

加工系统由夹具和动力头组成，夹具是用来固定待加工的半成品，夹紧完毕后对其进行沉孔，直至完成产品的加工制造。

加工时使用的动力源是电力，整个工作中由于加工工艺的要求，动力头部件必须是步进电机。

冷却环节中，由于加工时，刀头和待加工金属频繁和剧烈的相对运动，会产生局部高温，为了保证产品的性能，必须药设有冷却系统，以冷却高温地带。

由于加工钥匙有时需对一钥匙进行复制，所以采用双排。

关键词：

步进电机双排沉孔夹具SK109-CKNCplanekeydoubleteethsinkholemachinedesignStudent:

TianbangZhengAdvisor:

Dr.BingChenSchoolofMechanicalandAutomotiveEngineeringZhejiangUniversityofScienceandTechnologyAbstractCountersunkmachineprocessingkey,theprocessingoperationiscontrolledbyCNCtechnologytothetypicalcombinationofmechanicalandelectronic.Themaincomponentsofthedevicesystemisdividedintocontrolsystems,processingsystemsandcoolingsystems.Controlinpartbytheprogram.Processingsystemfromthefixtureandthepowerheadfixtureisusedtobeprocessedsemi-finishedclampingafteritssinkhole,untilthecompletionoftheprocessingandmanufacturingoftheproduct.Thepowersourceisusedinprocessingpowerthroughouttheworkduetoprocessingrequirements,thepowerheadcomponentsmustbeasteppermotor.Thecoolingpart,duetoprocessing,therelativemotionoftheheadsandtobeprocessedmetalfrequentandintense,willproducelocaltemperature,inordertoensureproductperformance,thedrughasacoolingsystemtocoolthehightemperaturezone.Processingkeyssometimesneedtocopyakey,sousingdouble.Keywords:

steppermotordoublesinkholejig目录摘要2目录4第一章绪论51.1锁具的意义与历史51.2锁具的分类61.3锁的工作原理71.4论文概述10第二章结构组成与工作原理122.1工作原理122.2SK109-ck型数控平面钥匙双排牙花沉孔机的结构组成122.2.1动力头122.2.2夹具132.2.3控制电路系统142.2.4冷却系统152.2.5控制面板162.2.6技术说明19第三章总体设计方案203.1夹具设计203.2动力头的设计243.3冷却系统的设计24第四章尺寸计算与标准件的选择254.1步进电机参数要求和型号确定254.2夹具定位板的力学分析264.3铣刀轴的结构设计28第五章整机布置及效果图30第六章毕业设计小结32参考文献33致谢34第一章绪论1.1锁具的意义与历史锁是现代家居中的必要品，没有了锁大家都会觉得没有安全感，锁可以防盗，可以帮助人们保密隐私等等一系列的作用。

锁的基本史最早的锁，也就是最简单的锁，应该是门闩，是主人为防他人开启而设的简单的机关，只应用于门。

我国古代有石锁，并无钥匙，是以绳索或铁链束缚。

商周时期，生产资料私有制进一步发展，贫富差距进一步加剧，社会矛盾十分突出，与此同时，冶炼技术成熟并立即被应用于制锁行业，于是，出现了用钥匙才能开启的铜锁和铁锁，以钥匙的不同而匹配不同的锁。

随着科学技术的迅猛发展,机械锁也有了长足的发展。

现代机械锁具已有了一百多年的历史，锁芯里加入了长短不一的弹子，要外线用相应齿形的钥匙来打开。

以后，又发展到了密码锁、磁性锁、电子锁、激光锁、声控锁等等。

在传统钥匙的基础上，加了一组或多组密码，不同声音，不同磁场，不同声波，不同光束光波，不同图像。

如指纹、眼底视网膜等）控制锁的开启。

关于现代欧标锁体如今的门锁不再仅仅简单满足开启门的功能，同时在使用上更加方便实用。

一些知名的内门品牌采用欧标锁体，这种锁体最大的特点就是改变了传统锁体只能配一个拉手的尴尬局面，传统锁体和拉手为一体，如果锁芯损坏，只能重新选配新的锁体和拉手，同时也会对内门产生一定的破坏，影响内门的使用。

另外欧标锁体可以根据主人的喜好随意跟换欧标拉手，充分满足了个性化选择。

与锁档良好的配合，有效提高门板关键部位的抗冲击性，让内门更具防护性。

比如博洛尼内门在出厂前预先装配好欧标锁体和所选配的欧标拉手，再经过多方的检验，再安装到客户的家中，从而进一步保证了内门的整体质量。

锁的故事锁，一个具有悠久的历史的名词。

《辞源》曰：

“锁，古谓之键，今谓之锁。

”《辞海》解释为：

“必须用钥匙能开脱方的封缄器”。

当然相对应的锁就必须要相对应的钥匙。

1.2锁具的分类随着社会的不断发展，人们对装饰的美观的要求也与日俱增，人们对锁的功能、款式、外观的要求也发生了质的变化。

从我们知道的早期的挂锁、弹子门锁（司别令锁），发展到现在高科技领域的插卡编码锁、磁卡锁、电子密码锁、IC卡锁、电脑联网锁，尖端领域的指纹锁等等。

在潮流派上，呈现欧、亚两大流派。

在亚洲，以日本产的门锁为主，例如“美和”、“昭和”、“川口”、“长尺”“大发”、“阿尔法”等等，价格一般在300元—500元左右，其主要特点是外表美观、性能良好、装饰精致，以轻巧、柔和为主。

另一潮流以意大利、美国、德国为主，如意大利产的“哥伦布”、“玛端尼”大门锁。

德国产的“好博”执手锁，美国产的“希勒奇”门锁等等，价格在700元以上，其主要特点是质地结实、线条流畅、粗犷。

锁的种类1、挂锁：

分成铜挂锁、铁挂锁和密码挂锁，其主要规格有15、20、25、30、40、50、60和75mm。

2、抽斗锁：

分成全铜抽斗锁、套铜抽斗锁，铝芯抽斗锁及左右橱门锁，其主要规格有φ22.5mm和16mm。

3、弹子门锁：

分为单保险门锁、双保险门锁、三保险门锁和多保险门锁，其主要品牌有上海产的“牛头”和“双狗”、“马牌”、“丰收”。

4、插芯门锁：

也称防盗门锁，分成钢门插芯门锁和木门插芯门锁，其中钢门插芯门锁主要有：

“申士”、“马牌”二大品牌。

5、球型门锁：

分成铜式球型门锁和三管式球型门锁，还有包房锁。

球型门锁以广东耶鲁——固力制锁有限公司生产的“固力”和“耶鲁”品牌在国内为领先地位。

6、花色锁：

分为玻璃门锁、连插锁、按钮锁、电器箱开关锁和链条锁，转舌锁等。

7、电控锁：

磁卡锁、IC卡锁、密码锁。

8、执手锁。

9、船用锁、汽车锁、以前以“马牌”为主。

1.3锁的工作原理锁的开锁原理其实是在这一圆形物体的锁心上作文章的。

首先，锁心都是采用较硬的金属来制作。

那么，日常生活中人们所使用的锁为何都是采用铜来制作的呢？

采用铜制的铜心，这是有一定理由的。

铜不易生锈，铜与铁等金属不会沾结粘连。

铜比较坚硬，并具有很好的韧性，不易断裂。

也有少数厂家是用不锈钢制作锁心。

不锈钢成本较高，为一般厂家所不采。

但是有的厂家为了节省材料、降低成本，采用铝合金镀铜来制作锁心。

造成锁易坏，锁心易断裂，这是不可取的。

此外，采用铜墙制锁心还有一个优点是不易氧化。

铜锁心的锁即便是挂在露天下被日晒雨淋久了，虽不好开启，但只要滴几滴润滑油（如煤油、机油，最好是衣车油）活动开启几下就能使用锁的功能恢复如初。

其次，在圆形的锁心上钻有几个小洞孔，再在与锁心小洞孔相应处的锁身位置也钻上相同数目且口径大小一样的小洞孔。

小洞孔的作用是用来装弹子和弹簧。

（锁身上的小洞孔是用来装弹子和弹簧的，而锁心上的洞孔称之为弹子）。

通常，我们把锁身和锁心上的小洞孔称之为弹子孔。

那么，弹子的作用是用来卡住锁心，使锁心不能随便转动的。

因此，无论锁身的外型及锁身内的机关如何的不相同，但对于开锁原理发挥着主要作用的是锁心，弹子和弹簧。

当锁身的弹子孔与锁心的弹子孔完全重合时，锁身弹子孔内的弹簧发挥弹力作用，把锁身弹子孔内的弹子向上顶出。

锁身弹子孔内的弹子被顶进了锁心弹子孔内。

锁心弹子孔内原有的弹子在同一时间被向上顶。

由于锁心钥匙孔内有一条长凸条卡住，阻挡锁心弹子孔内的弹子，使弹子不被顶出弹子孔口外，脱掉出来。

厂家生产锁时，都计算过弹子的长度和锁心弹子孔的深度。

一般都必须是锁身弹子孔内和锁心弹子孔内的两粒弹子长度之和大于锁心弹子孔深度加锁心弹子孔口到长凸条的长度。

且锁心弹子孔内的弹子长度必须大于锁心弹子孔口到长凸条的长度的1/3以上。

这样，锁心弹子孔内的弹子孔口有长凸条卡住而不被顶脱出弹子孔，那锁身弹子孔的弹子在弹簧作用下就有部份长度顶进了锁心弹子孔内。

锁身弹子孔内的弹子卡进了锁心弹子孔内的同时，也就是把锁心卡住，等于是卡住了圆形的物体，使圆形物体无法随意转动。

此时，锁是处于锁着状态，就是平常说的“上锁了”。

然而，在伸钥匙进入锁心钥匙孔后，钥匙上的齿槽把锁心弹子也内的弹子向下压缩，刚好把锁心弹子孔内的弹子全压倒，压平锁心弹子孔的另一面孔口处，（锁心弹子孔口与锁身弹子孔口的接触面），这时锁身弹子孔内的所有弹子由于被锁心弹子孔内弹子向下压的作用，也全部被压平锁身弹子孔口，回到锁身弹子孔内。

这时，锁身弹子孔内的弹子不能卡进锁心弹子孔内，锁心弹子孔内被下压的弹子也不能压下进入锁身的弹子孔内，就是说没有了东西卡住圆形锁心。

然后可用钥匙扭转锁心进行转动，锁心转动后则带动锁身内的机关，把锁打开。

这便是开锁原理。

所以，只要是圆形锁心的锁其开锁原理完全相同。

锁的开启是用钥匙进行的。

为何相同的钥匙才能打开同一把锁呢？

在前一节已阐述了开锁时的状态，也就是钥匙把锁身弹子孔内所有的弹子全压回到锁心与锁身弹子孔口的接触面时，才能扭动锁心将锁开启。

这样就决定了钥匙必须是在能把锁身弹子孔内所有的弹子全压回到接触面（锁身与锁心）时，才能起到开锁功能。

因为厂家生产出的锁，其锁身弹子孔内的弹子都是同等大小，长度一样的，而锁心弹子孔内的弹子同等到大小却不一定长短相等。

这就决定了相应钥匙的凹齿槽的凹度有深浅差别。

比方说，按照一般一把五齿槽的钥匙，与钥匙相应的锁头必须是锁心与锁身上都有五个弹子孔（卡珠孔除外）在锁身的弹子孔与锁心的弹子孔重合连通成五个弹子孔时，每一个弹子孔内都有一根弹簧，两粒弹子。

平常人们从钥匙孔口外向里面看进去，用眼睛可以看得见的那一排弹子统称为第一粒弹子。

被第一粒弹子压在下面弹子孔内的则称为第二粒弹子。

每一粒弹子都有各自的用途。

锁心弹子孔内的第一粒弹子长度的不同，决定了钥匙的不同，也就决定了相同钥匙开启同一把锁这一道理。

将钥匙伸入钥匙孔后，钥匙上的每一个凹槽都对准着一粒每一粒弹子。

第一粒弹子长的话，在钥匙上与之相应的凹齿槽的深度就深；反之，钥匙上凹齿槽的深度则浅。

不妨拆开一把锁来观察分析就弄明白了。

第一粒弹子与第二粒弹子是紧密联系，相互制约的。

第一粒弹子的长短与否决定着第二粒弹子能被弹簧顶进锁心弹子孔的深度。

也就是说第一粒弹子长的话，它所占锁心弹子孔内的位置就多。

这样锁心弹子孔内剩余的空间就少，那么第二粒弹子能进入锁心弹子孔内的深度就浅。

相反，第一粒弹子短的话，第二粒弹子能进入锁心弹子孔内的浓度就深。

了解上述知识后，就充分弄懂了相同钥匙有开启同一把锁的道理。

按照锁厂出厂产品的规格标准计算，比如一把五齿型钥匙的普通门锁，其锁的相同机率定为2‰，也就是每500把同一类型的锁中允许有两把锁相同，钥匙也就相同。

学过排列的人都会知道，两个数字（不相同数字）有两种不同的排列，三个数有6种不同的排列，4个数有24种不同的排列，5个数有120种不同的排列，6个数有720种不同的排列，……。

排列公式为：

n.（n-1）.（n-1）,n＞1（n为自数数）。

上述排列公式运用在锁的弹子排列上，只是针对锁的第一粒弹子在第一粒都是长度固定时进行的。

那么，若是第一粒弹子长度发生变化后，其排列结果就不同了，排列的数目会增大。

打个比方吧：

把四粒弹子作一个排列，这四粒弹子的长充规定为第一粒长2毫米。

第二粒长3毫米，第三粒长4毫米，第四粒长5毫米。

其排列结果有24种。

如果再更换四粒弹子来作另外一个排列，第一粒长2.5毫米，第二粒长3.5毫米，第三粒长4.5毫米，第四粒长5.5毫米，结果又有24种排列。

通过上面的举例可知，一把锁的弹子孔越多，加上弹子长度变化的不同，其钥匙和锁的相同机率就越小。

但是许多厂家在生产锁时，都习惯把弹子的长度规定在一定范围内的模型中生产，不能以充分发挥第一粒弹子长度变化的作用，在一定程度上增大了钥匙的相同机率。

一般，按厂家出产的锁，最少的齿有两齿型的钥匙，最多的有16齿型的钥匙。

锁内的弹子孔越多，钥匙上的齿槽数跟随着也就越多，其保险性能就越强。

反之，钥匙上的齿槽数越少，锁的保险性能就越弱。

第一粒弹子的不同，决定着钥匙的没同。

若是拿错了钥匙，就不可能打开锁。

厂家在生产制锁时，一般都规定第二粒弹子是同等到长度的，第一粒弹子是基本上不同长的。

其弹子的排列决定着钥匙上齿槽的排列。

若用同一把锁来调动锁身与锁心弹子孔内的弹子，可以把一把锁调成几十、几百，甚至上千把不同的锁。

其调成锁的数目与弹子孔数的排列结果是数目相同的。

1.4论文概述SK109-CK型数控平面钥匙双排牙花沉孔机设计新颖合理，功能齐全先进。

该机采用大屏幕液晶显示，中文界面操作，人机对话十分方便；在编码输入方式上采用计算机、手工和条形扫描间自由切换，输入方式更加灵活、机动；该机人性化的设计，其桌面双套独立式主轴、工作台机构，控制平稳快速，原点定位准确，调整直观简便，抗干扰能力强。

使用该设备能明显地提高密钥量，降低劳动强度，减少辅助操作时间，提高了生产效率和产品质量。

是目前国内性价比最理想的数控平面钥匙牙花沉孔设备。

为方便原点调整，提高精度和运行效率，该机设计为双套独立式主轴、工作台机构。

由控制器，两套单主轴、工作台机构，装夹机构，桌面式床身和机床附件等组成。

主轴和钻夹头成一体，且主轴钻夹头Z向（上下）不运动，避免了钻头上下运动方式引起的间隙和晃动误差；工作台机构采用了高精度的滚珠丝杆螺母和滑动导轨传动，传动精度高，调整灵活方便，运行平稳可靠；装夹机构采用了气动夹紧装置，钥匙装夹方便、安全可靠。

本控制器采用国际先进的单片机为主机，大屏幕液晶显示，中文界面操作。

具有参数设置、编码输入、存储显示、检测控制等功能，能方便地存储、修改、查看牙花编码，且编码输入方式能在计算机、人工和条形扫描器之间自由切换，该控制器与步进电机驱动器、步进电机组合成一个完善的步进电机控制系统。

按照牙花编码，驱动并控制步进电机运动，使工作台实现钥匙牙花级差和中心距的位移，完成钥匙牙花的沉孔，即钥匙牙花生产的过程。

论文框架第一章绪论第二章工作原理与结构组成第三章总体方案设计第四章设计计算与标准件的选择第五章整机布置及效果图第六章毕业设计小结第二章结构组成与工作原理2.1工作原理制锁行业发展了这么多年，其工艺和加工原理基本被大众所认同。

一般地，钥匙机通常的加工路线：

首先夹紧待加工锁体，调整好钻头和钻头与锁体的相对位置，其次是试加工，也称调试阶段。

确保在批量生产时设备的正常运作。

最后，调试完成后，批量进行投产，并定时检查设备的运转。

SK109-ck型数控平面钥匙双排牙花沉孔机的工作原理也沿袭了这样的工作路线，并且引入了新的系统来进行控制和调节：

通过程序控制动力头和工作台的相对运动，使设备按程序设定的方式加工锁体，通过传感器的感应，将即时数据传回控制中心，并对加工过程中进行反馈式调节，当然，刀具在工作时，冷却系统是同步开始工作的。

动力头是由电主轴动力输出，到铣刀。

通过拖板的运动来调整铣刀的Z向运动。

夹具是由气泵作动力输出，驱动正槽斜推块滑动，来驱动斜压块对待加工件的夹紧。

2.2SK109-ck型数控平面钥匙双排牙花沉孔机的结构组成SK109-ck型数控平面钥匙双排牙花沉孔机的结构组成分为：

动力头、夹具、冷却系统、控制系统。

2.2.1动力头动力头是这个设备的重要结构他在很大程度上影响着加工的精度和准确度其制造成本相对其他部件来说，是比较高的。

SK109-CK数控平面双排钥匙牙花沉孔机使用的是江苏华雕的风冷电主轴HDK45-24ZF/1.5。

如图2.1图2.1风冷电主轴动力头部件的组成比较复杂，其零件包含如下：

固定柱、电机板、电机、电机轴、主轴箱、导杆、丝杆、导杆座、连接板、滑块、丝杆螺母、轴承座、电机法兰、步进电机、主轴套、前防屑盖、花键主轴、钻夹螺母、钻头。

当步进电机转动时，就带动了大丝杆的旋转，通过连接板的连接，把步进电机旋转的角度转化为花键主轴前进或后退的距离。

这样电机就能在Z向运动沉孔。

由于此点击功率较小，所以采用风冷。

2.2.2夹具夹具由许多部件组成，包括斜度夹具定位板、汽缸垫块、正槽斜推块、双排舌头片、正槽过度块、压板分体、斜压块等。

设备在加工钥匙时，通过正槽斜推块和斜压块还有双排钥匙舌头片将钥匙固定，夹具是产品精度的核心保证，因此夹具在制作过程就要保证自身的精度和各零件的装配精度。

如图2.2。

图2.2夹具装配图2.2.3控制电路系统该钥匙机的电路控制，主要是用来控制设备的加工环节，比如，步进电机的供给，走刀的速度和路径。

电力是该设备的主要动力源。

所有的传感器信号也要通过电路传送至主控制芯，主控制芯再分别识别判断，重新发送新的或校正命令信号给执行机构，是设备工作能达到所需求的精度和工艺要求。

控制电路的简图如图2.3：

图2.3控制电路技术员只要将要加工的具体的程序输入便可，主控制芯通过读取和调用程序，通过电信号来是设备正常工作，加工所要求的钥匙：

打钥匙孔。

2.2.4冷却系统一般地，刀具在高速运转时，会与周围的物质产生高频率的摩擦，摩擦会产生大量的热。

但是这种热是我们不希望有的。

刀具是高精密的工具，刀具的刀刃的锋利程度决定着一把刀的好坏与是否还可以继续使用。

倘若在加工时使用磨损严重的刀具，那么加工就达不到所要求或所希望的精度等要求，简而言之，就是加工好了也是废品。

所以加工时对刀具进行即时的冷却是一项很重要的工作。

冷却分空冷、水冷、油冷。

三种冷却方法，其冷却效率和程度各不相同。

空冷效率自不用说，就是自然冷却，冷却速度慢，冷却的效果也差；水冷和空冷都是借助媒介物，水冷借助水来冷却，油冷则是借助机油来冷却，他们两者在冷却速度和效果上比空冷好，两者相比，由于油冷的媒介种类不一。

因此不好说他们的冷却的效果和速度的优劣。

考虑这两种冷却方法和选择，主要是看加工的材质和冷却剂之间的关系，假如他们相互有侵蚀作用，那么很明显不能用来冷却。

鉴于本设备的工作，采用空冷比较合适。

设备在加工时，采用了步进电机，即，加工一段时间，后退一段时间，在这个时间差控制好加工进给可以用空冷来冷却。

另外，空冷相对于另外两种冷却方法，即经济又环保。

2.2.5控制面板设备工作时完全由程序控制，人机的交流界面，称为控制面。

控制面采用触屏技术。

控制仪面板示意图如图2.4：

SK109-CK型数控平面钥匙双排牙花沉孔机液晶显示屏按键盘Ⅰ按键盘Ⅱ图2.4控制面板这个控制面板很容易看，简单，以下就简单介绍下：

按键Ⅰ如图2.5：

复位RESET←↑设置SETF1F2789确认ENTERF3F44560F5F6123●F7执行RUN图2.5按键Ⅰ复位键：

用于系统复位；设置键：

用于参数设置；在参数设置状态下直接进行翻页；确认键：

对已设定的参数予以确定及查看参数；光标位置的下移；←：

删除键，用于参数设置中错误数据的剔除；↑：

用于设置时光标位置的上移；夹紧键：

用手动于切换工件的夹紧或松开两种状态；清零键：

用于当前计数清零；模拟键：

用于模拟加工，不需要放锁体，可直接观看机器的加工动作；●：

小数点；执行键：

按键系统自动校正工作原点并进入锁体机器工作状态；数字键：

0-9：

用于输入相应数值。

按键盘Ⅱ各按键分布如图2.6所示：

主轴XZ+0.02+0.10+0.50调整YZ2-0.02-0.10-0.50图2.6主轴：

用于控制主轴开、关。

调整：

用于工作原点的调整。

X：

按键选择对左右工作原点的调整；Y：

按键选择对前后工作原点的调整；Z1：

按键选择对左边钻头相应工作原点的调整；Z2：

按键选择对右边钻头相应工作原点的调整；↑：

按键（点动）拖板沿对应坐标轴方向位移0.02mm。

↑↑：

按键（点动）拖板沿对应坐标轴方向位移0.10mm。

↑↑↑：

按键（点动）拖板沿对应坐标轴方向位移0.50mm。

↓：

按键（点动）拖板沿对应坐标轴反方向位移0.02mm。