全自動保管箱設(shè)計及其分析

冼澎鑄

摘 要 本文介紹了應(yīng)用在金庫中一種保管箱的設(shè)計過程，因應(yīng)用環(huán)境所限，決定了此保管箱制作精度和外觀要求。因庫體運作過程中，有機械手操作，所以需要一個固定尺寸的底蓋?？紤]到生產(chǎn)的實現(xiàn)和使用強度要求，所以底蓋材料選用了ABS作為設(shè)計材料，并依據(jù)材料特性來設(shè)計所需的產(chǎn)品。金屬內(nèi)盒為裝載客戶物品的箱子，因此，對它要求有美觀、耐用的特性。在設(shè)計此盒過程中，我們采用低成本原則，盡量利用現(xiàn)有數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)，少開模具的要求。因此，借鑒機床的技術(shù)參數(shù)和材料成形來設(shè)計所需要的制品。

關(guān)鍵詞 保管箱；設(shè)計；分析

中圖分類號 TB21 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）14-0039-02

1 使用環(huán)境

此全自動保管箱是使用在銀行全自動金庫里，它作為儲物盒而存在，是保管用戶貴重物品、證書、單據(jù)、合同等。配合金庫的機械手，依據(jù)不同用戶的ID，準(zhǔn)確把用戶存放的物品快速地呈現(xiàn)給用戶?？紤]到銀行存儲物品空間限制，希望達(dá)到存儲的最大化。因此，我們設(shè)計全自動的立體金庫。

2 塑料底蓋的設(shè)計

2.1 設(shè)計塑料底蓋的依據(jù)

為保證保管箱在自動金庫中準(zhǔn)確存取，我們配合庫體儲存格和機械手運作，需要有一個固定的接口——底蓋。依據(jù)儲存格和托盤的寬深尺寸，底蓋寬深尺寸分別為250mm和500mm，比它們相應(yīng)尺寸各少2mm。這樣的配合使用，目的就是使它們有一個單邊1mm的間隙。我們在設(shè)計這個盒子之前，首先明確這個箱子載重量不少于20kg。依據(jù)此使用條件，我們查閱相關(guān)資料可知：生產(chǎn)尺寸穩(wěn)定、具有一定的強度、又能夠采用塑料反復(fù)成型的，就只有工程材料。考慮到生產(chǎn)成本和使用要求，我們選用了ABS工程材料。它的特點是易于模具成型、尺寸收縮率小，尺寸比較穩(wěn)定，在常溫下不易變形，適合做各種殼體類的零件。

2.2 底蓋設(shè)計要點

1）此底蓋型腔內(nèi)尤如一個盤子一樣，在生產(chǎn)成型時，易于抱緊型芯，難于脫模，因此要設(shè)計一個脫模斜度。在此，型腔高度為22mm，查它材料收縮率和成型條件，此內(nèi)側(cè)壁須有0.5°以上脫模斜度，才能順利脫模，又不會拖花內(nèi)側(cè)表面。因機械手傳送物品時，必須有一個扣手位，此扣手位的型腔與扣手之間配合間隙需有一個單邊間隙小于1mm，不然導(dǎo)致機械手要反復(fù)校對尺寸，才能存取保管箱。

2）底蓋是承載物品的最底部，機械手在推送過程中，它有一部分會懸空。因此，需在底部增加加強筋，但不能過厚。因為材料在成型過程后有一個應(yīng)力收縮，會把底蓋造成彎曲變形，就不能滿足機械手對底蓋的精度要求。為此，我們依據(jù)過往類似產(chǎn)品的變形特性，在底部增加四條半圓形的加強筋。

3）考慮到底蓋與金屬盒子連接的需要，我們在底蓋處增加4個自攻的螺釘孔，便于它們連接成為一體，在一側(cè)增加兩個后工序加工孔，便于上鉚釘，使其強度增強。

4）這個箱子是存放在庫中，讓不同的用戶通過他們各自ID卡，讓機械手通過RFID讀取不同用戶的信息，從而把該用戶存放物品的箱子迅速送到眼前。為此，需在箱體適當(dāng)位置有存放ID卡的槽，考慮到信號會受金屬介質(zhì)影響，我們把ID卡藏于底蓋兩側(cè)邊上。

3 金屬盒的設(shè)計

3.1 設(shè)計金屬盒的依據(jù)

在此金庫中使用金屬盒子，目的是滿足用戶要求，使盒子保護的物品不易被盜、不易被破壞，有一個堅固、耐用的性質(zhì)。

此盒子制作要求盡量少開模，利用現(xiàn)有生產(chǎn)的數(shù)控機臺實現(xiàn)。配合使用環(huán)境，盒子在室溫環(huán)境下存放，濕度不是很大，且有相應(yīng)設(shè)備提供合適環(huán)境。因此，我們采用了0.8mm厚的冷扎板加噴涂方式。生產(chǎn)時，最大限度用數(shù)控沖床、數(shù)控折彎和激光切割方式實現(xiàn)。

3.2 盒體設(shè)計要點

1）依據(jù)現(xiàn)在數(shù)控折彎機床的參數(shù)，查閱鈑金設(shè)計工藝手冊知：下?？赩=Kt，式中，t為材料厚度，設(shè)計最小模口寬度時K=6。

數(shù)控最短折彎邊的計算公式：Lmin=1/2（Bmin+△）+0.5。式中，Lmin為最短折彎邊，Bmin為最小?？趯挾龋鳛榘宀恼蹚澫禂?shù)。

Z形折彎的最小折彎高度Lmin=1/2（Bmin+△）+D+0.5+T。式中，Lmin為最短折彎邊，Bmin為最小?？趯挾龋鳛榘宀恼蹚澫禂?shù)，T為料厚，D為下模?？诘竭叺慕Y(jié)構(gòu)尺寸，一般大于5mm。

折彎邊的長短與折彎模頭、刀具有關(guān)。因此，我們選用最小折彎邊距為7.2mm作為標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。但在實際折彎中，不同廠家折彎刀具厚度是不同的，再加上刀口部也有一個小圓角，如R0.5、R1等。因此，我們在設(shè)計時考慮廠家在折彎線處作一個刨V形槽處理，和在實際折彎過程中，折彎邊不能碰刀的原則。這里也是多道折彎。因此，我們選用最小折彎邊距為9mm。刨V形槽的深度要求不小于0.2mm。這樣處理后，折彎處尺寸可以保證，折彎線處可獲得最小外圓角。

2）我們在金屬盒子的口部和盒蓋邊處采用了拍平邊的做法。這也是為增強盒子的強度，同時讓用戶使用時保證安全性。（但這個拍平邊距依據(jù)鈑金設(shè)計手冊的拍平邊計算參見上面折彎計算公式），可知我們可設(shè)計成5mm，這樣拍平出來的效果比較平直，而又不會凹凸不平。

3）我們在設(shè)計盒體類拼角時，可以有很多種實現(xiàn)方式。但在這里，我們采用邊角45°對接形式。盡量讓彎角處達(dá)到90°直角狀態(tài)。當(dāng)然，在開料和焊接時也要細(xì)心配合，才可以達(dá)到理想狀態(tài)。如在盒體焊接時，我們對拼角處采用底部點焊，不然在面上焊接，焊后需要打磨，且磨頭難于磨到位，留下焊接痕，造成凹凸不平。達(dá)不到外觀效果要求。

4）為配合箱體在自動庫中使用，我們對盒蓋鎖孔處采用拉伸后沖孔的工藝，拉伸的深度（因在這里拉伸的深度不是很深，且這個冷扎板為優(yōu)質(zhì)碳素鋼類，故不會把材料拉破）和直徑大小由鎖頭決定，讓其裝配起來后，不高出盒蓋面。不然，會影響機械手送箱子出口時，箱子會與其他零件干涉，達(dá)不到使用效果。公司LOGO字體的擺放以美觀、大方為原則，讓人一看就知道為哪個廠家生產(chǎn)。

5）盒蓋開門的角度要求不小于90°。因此，我們在設(shè)計時摸擬盒蓋運動軌跡（中心線部分），選取可能造成干涉的邊計算角度。圖中藍(lán)色的中心線圓為此蓋打開時最大兩點的運行軌跡，此兩圓與盒體的邊緣沒有相交點，證明在開蓋時不會有干涉。當(dāng)蓋打開到最大角度時，與盒體的頂部邊相碰，所得的角度為99.7°。這角度符合設(shè)計預(yù)期。因此，盒蓋轉(zhuǎn)軸中心選取是正確的。

6）在盒體上開好與底蓋裝配的孔，不要造成錯位，安裝不起來的情況。

7）我們在上面的設(shè)計、制作，皆為噴涂有一個好的素材。因此，考慮到不同用戶的需求，依據(jù)盒子的材料，我們選擇對盒子采用噴粉的方式，顏色可由客戶選定，以便達(dá)到美觀、耐用的要求。在這里，我們需要考慮到此盒體底部四周為密封的盒子，但噴粉時，噴槍噴出的為液體，如沒有及時的排水孔，那角部是無法噴上滿意涂料的。因此，在盒體四個角處需開工藝孔，這樣就可以噴好整個盒體。

通過以上幾個設(shè)計注意點，我們可以初步完成了設(shè)計工作和工藝注意點。但在生產(chǎn)過程中還是要注意生產(chǎn)細(xì)節(jié)的。

4 結(jié)論

通過上面保管箱的設(shè)計案例，我們在設(shè)計產(chǎn)品時，可以充分利用各種材料的特性及其成型規(guī)律，為我們設(shè)計出所需要的產(chǎn)品。通過挖掘材料的特性，我們利用它的成形臨界點，利用目前生產(chǎn)設(shè)備的水平，生產(chǎn)出我們心目中的價格產(chǎn)品。從而達(dá)到我們的產(chǎn)品是物美價廉的目的。

參考文獻

[1]成大先，王德夫.機械設(shè)計手冊（常用設(shè)計資料）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[2]鈑金件結(jié)構(gòu)設(shè)計工藝手冊.https：//wenku.baidu.com/view/fee47ea4284ac850ad02422d.html.