日新月异的高新技术，带动新材料、新设计、新工艺不断推陈出新，作为现代化机械中的冲孔机，也以不断创新的先进技术和全新的面貌出现在用户面前。目前两大品类（有孔、无孔）的冲孔机中，都采用了现代电子技术，如票据自动冲孔机采用的票据打孔设备是采用PLC控制伺服系统进行票据自动定位，具有定位精度高、生产效率高的特点[15]。全自动打孔机冲孔机中的自动调整、打孔、成型、灯光指示、自动报警、自动排屑等，构成了手动、半自动、自动化产品系统；为了服务于不同用户的需要，小到个人用的经济型订书机，大至机关、企事业单位用的全自动专业冲孔机，都配套完备；面对不同用途，金属、铁圈、胶圈、螺旋圈（金属、塑料），或圆钮、打孔、无孔热熔等各种冲孔机应有尽有；对不同行业、不同业务、不同场合乃至不同零件及其厚度的需要，有专门设计的轻巧型的、办公室用的、专业用的、票据用的、工厂用的产品等，各种冲孔机种类齐全；对于刻意追求形象美观、色泽鲜艳、设计独具个性的用户，现代冲孔机也一改过去的老面孔，出现了各种颜色、多种造型、创意新颖、功能“二合一”、材料多样的装饰型冲孔机。总之，适应时代潮流，适应市场需要，适应用户“上帝”的意愿，冲孔机正向着产品多样化、系列化、功能化、操作简单化、自动化、价位多元化方向发展。
目前，我国冲孔机市场也在向国际市场接轨，世界知名的办公及工厂设备厂商如法国宝、彪马、亚大力、美连、意必高、利宝等公司产品相继进入我国市场，欧美的、日本的及我国大陆、香港特别行政区、澳门特别行政区、台湾省产的冲孔机，各式各样品种不断推陈出新并展示于中国市场，使广大用户大开眼界，领略各种新潮风格的产品。
在日常生产和生活中，冲孔工作随处可见，这样的设备也多种多样，但集送料和冲孔功能于一身的联合冲孔，迄今为止在相关文献发表还不多见。基于此种情况，我这次设计的全自动冲孔机将送料和冲孔功能集于一身，很好的解决了以前的人工送料问题，使结构流程得到很好的简化及缩短，提高了生产效率及工作环境的安全性能，力求做到环保及节省资源的效果，使得冲孔的效率大大的提高。
1.2 课题的来源、研究的目的及意义
随着市场经济的繁荣，商业活动的效率越来越高，机械日趋成为重要的行业，而机械行业中的零部件如保险管帽孔的冲孔又变得非常重要，但由于传统的保险管帽孔的冲制是：由工人将工件一件一件放置在冲孔模具上，然后冲压机动作完成冲孔，工人再取出工件。该法结构简单，但效率低，成本高，易发生事故[12]。正是基于上序情况，本课题根据社会的需求将设计出新型的全自动冲孔机。此设计的目的和意义主要是解决传统的的人工上料、取料问题，采用传输装置全自动送料，减少人工压紧工件、劳动强度大、安全可靠性差及模具容易损坏等问题，避免工伤事故；其次是在满足冲孔精度的条件下节省原材料及成本。
1.3 本设计的主要工作
在一台现代化的机器中,常会包含着机械、电气、液压、润滑、冷却、信号、控制、检测等系统的部分或全部,但是机器的主体,仍然是它的机械系统。无论分解哪一台机器，它的机械系统总是由一些机构组成；每个机构又是由许多零件组成。所以，机器的基本组成要素是机械零件。
本次设计的主要工作是在认真分析目前已经得到广泛运用的几种冲孔机的优缺点之后，结合我国目前的保险管帽孔的生产状况，设计出了一台比较先进的全自动冲孔机。要求设计的为保险管帽上冲孔的全自动冲孔机，结构简单，该机要求能在外径为3.59mm，壁厚为0.2mm 的保险管帽（如图1-1）上自动冲出直径为0.8mm的小孔，孔对零件中心的偏差不能超过±0.01mm，且每秒冲3件。
图1-1 保险管帽
针对设计的要求，决定该冲孔机的设计思路为：采用振动料斗自动送料的机构，从料斗出来的加工零件进入分度盘，而分度盘由不完全齿轮带动，分度盘的的旋转使加工零件准确的进入凹模部位等待加工；送料的同时由电动机带动偏心轮轴旋转，偏心轮带动滚动轴承及上模座运动，而上模座的运动使使凸模的冲头完成冲孔任务，偏心轮轴的另外一端装锥齿轮，锥齿轮之间的传动带动不完全齿轮轴运动，不完全齿轮带动分度盘运动，如此循环。
根据设计思路，本次设计主要要完成的工作为：
1、系统总体方案的设计；
2、电动机的选择；
3、偏心轮机构的设计；
4、不完全齿轮机构的设计；
5、锥齿轮的设计；
6、轴与零部件的设计；
7、模具的设计；
第二章 系统总体方案的设计
2.1 总体方案的确定
由于保险管帽的冲的孔径较小，要求精度高。又由于传统的冲孔是工人将工件一件一件的放置在冲孔模具上，然后冲压机动作完成冲孔，工人再取出工件，该法结构简单，但效率低，成本高，易发生事故。所以本次设计的任务是设计出一台全新的全自动冲孔机，要求自动送料、冲孔与一体。
近些年来，国内一些工厂和研究单位在开发冲孔机械上做了许多工作，也取得了一定的进展。从控制方式上来分大体可总结为PLC（可编程控制器）+伺服系统+步进电机或不完全齿轮系统+弹性阻尼装置+异步电动机。
PLC（可编程控制器）+伺服系统+步进电机控制具有定位精度高、生产效率高的特点。此控制设计出来的全自动冲孔机能实现全自动操作的功能，生产效率同普通人工送料机相比增加了90%，节约人力资源50%。但是此机设计出来占用较大的空间，且要求操作严格及维修费用制造费用较高，不太适合小型企业的使用及制造，耗电较。
不完全齿轮系统+弹性阻尼装置+异步电动机控制的全自动冲孔机具有结构较简单，外形美观大方，结构合理，占地面积少，能精确的完成自动冲孔任务，要求人员操作的技术水平较低且操作便捷，整台机器耗电量少，价格相对比较便宜，劳动生产率相对普通的人工送料机提高2倍左右。但是此机器加工的产品效率较低，使用年限较短，适合小型企业制造及使。
综上所述，结合所需公司的特点和借鉴其他全自动冲孔机的优缺点，通过对二种冲孔机控制方案的反复论证，确定本冲孔机的控制采用不完全齿轮系统+弹性阻尼装置控制，以三相电动机为动力，模具冲头为工作执行部件，振动料斗为送料部件。利用电动机带动主轴及偏心轮而实现冲孔的总体设计方案。
比较2种传动方案，方案(a)采用无级变速电动机带动主轴旋转进行冲孔，方案（b）采用Y型电动机带动，采用齿轮减速器减速来达到冲孔的额定转速。
比较方案（a）跟（b），显然方案（a）简单方便，占地面积少，结构紧凑、传动效率高、使用维护方便、工艺及经济合理，使用于轴受力较小的传动。方案（b）采用Y型电动机，因为Y型电动机的转速都比较高，而要求的电动机转速比较小，且采用齿轮减速，增加了成本以及使机构不紧凑，不方便安装加工，占地面积较方案（a）大，适合轴传动受力较大的机构。
因为此次冲的孔为小孔，轴受力不大，所以经过比较确定方案（a）为最终方案。
第三章 电动机的选择
3.1电动机的类型
经查阅相关资料，得到无极变速电动机的类型主要有冶金及起重用变频调速三相异步电动机、电磁调速三相异步电动机、变频调速三相异步电动机等。其主要特点和应用场合如下（表3-1）：
表
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名称 |
特点和应用场合 |
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YTSZ冶金及起重用变频调速三相异步电动机 |
冶金及起重用变频调速三相异步电动机，是在YTSP系列变频调速三相异步电动机的基础上，根据冶金及起重用三相异步电动机的使用特点而开发的系列产品。开发中综合了生产冶金及起重用直流电动机和交流电梯电机的丰富经验，以及对交流变频调速的研究成果，电机的电磁设计、结构设计和绝缘系统设计既考虑了对变频电源供电和宽范围变频调速的适应能力，又体现了冶金及起重用三相异步电动机过载能力大、机械强度高的特点。与变频调速良好的起、制动功能相结合，特别适用于采用变频调速、短时或断续周期运行、频繁起动和制动的场合。电机基本技术条件符合IEC60034－1和GB755国际和国家标准的规定，安装尺寸符合IEC72国际标准 |
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YCT电磁调速三相异步电动机 |
YCT电磁调速电动机是机械工业部组织设计的Y系列异步电动机的主要派生系列。电磁调速电动机由拖动电机(Y系列电动机)。电磁转差离合器和控制器三部份组成，可用于恒转距负载场合，特别适宜在递减转矩负载中使用(例如离心式水泵和风机)、有较明显的节能效果。YCT系列电磁调速电机能在规定的调速范围内均匀地、连续地无级调速、并能输出额定转矩，电机在运行中当负载转矩变动时可通过控制器的速度负反馈系统自动调节离合器的励磁电流，使输出转速基本上保持不变。本系列电机有全国统一的技术条件，并且外形安装尺寸，拖动电机及其它易损件全国生产厂均匀统一，可以互换。YCT系列电机的特点： 1、无失控区 2、调速范围广，速度调节平 3、具有速度负反馈自动调节系统，转速变化率小 4、起动力矩大，起动平衡 5、结构简单、可靠、使用维护方便 6、控制功率小，并能实现多种方式控制应用范围 YCT系列电磁调速电机，可用于油漆流水线，装配流水线的传输带，注塑机、印染机、印刷机、水泵、鼓风机、回转炉、拉线机、卷纸机、卷纸机、卷板机、压延机、空调设备、输送设备等 |
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YVP变频调速三相异步电动机 |
YVP系列变频电机是一种交流、高效、节能型调速电动机，专为匹配变频调速设计制造，是机电一体化的调速节能新产品。与其他调速方式相比，变频调速系统特点有： 1、效率高、节能显著； 2、调速平滑，能在5-100HZ范围内无极调速 3、低频起动时对负载冲击小； 4、体积小、重量轻、安装尺寸和Y系列基本相同； 5、起加起动设备； 6、应用范围广，在50HZ以下可作动电流小不用附恒转矩运行，在50HZ以上可作恒功率运行； 7、比电磁调速电机结构简单，使用可靠，维修方便。 YVP变频调速三相异步电动机能够保证电机长时间低速或高速运行，是目前交流调速方案中最先进的系统之一。广泛应用于数控机床的主轴传动、纺织、化工、冶金、塑胶、轻工、造纸等行业的恒转矩、恒功率调速以及风机水泵等场合的节能调速。 |
