隨著現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的不斷發(fā)展,越來(lái)越多的人工操作工位被自動(dòng)化設(shè)備所取代。作為裝配工作中最為繁瑣但也最為關(guān)鍵的內(nèi)容,擰螺絲的工作效率與質(zhì)量直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量與工作效率,以前的裝配工人根據(jù)個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定螺絲的旋入力矩和角度,或者通過(guò)帶測(cè)力矩的扳手和螺絲刀進(jìn)行裝配,這樣不但降低了工作效率,還無(wú)法控制旋入力矩的有效范圍。所以,越來(lái)越多的廠家開始用自動(dòng)鎖螺絲設(shè)備代替人工裝配。

一、方案的確定

1.1采用震動(dòng)盤式的排料機(jī)構(gòu)

經(jīng)過(guò)綜合比較,虎雅自動(dòng)鎖螺絲機(jī)的排料機(jī)構(gòu)采用了市場(chǎng)上常見的振動(dòng)盤式的排料機(jī),以代替繁瑣的人工手動(dòng)排序,特別是人工不易進(jìn)行操作的小工件、超小工件的排列,使用振動(dòng)盤可以大大的減少人工數(shù)量,提高勞動(dòng)效率,減少操作失誤,對(duì)衛(wèi)生要求特別高的產(chǎn)品用振動(dòng)盤比人工制作造成污染的機(jī)率小,還能提高工廠的整體形象。配以相關(guān)自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備,振動(dòng)盤可以部分或完全取代人工,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程快速、準(zhǔn)確、平穩(wěn)的自動(dòng)上料加工和自動(dòng)裝配。

1.2自動(dòng)送鎖螺絲機(jī)分料機(jī)構(gòu)方案的確定

分料機(jī)構(gòu)是本裝置的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)之一,由于螺絲規(guī)格很小,分料是很容易卡死。此處分料機(jī)構(gòu)采用圓盤式分料材圓盤式式分料機(jī)構(gòu)如圖所示。

工作原理:螺絲經(jīng)排料機(jī)構(gòu)至分料口卡入環(huán)形導(dǎo)射電機(jī)帶動(dòng)導(dǎo)軌下方的圓盤轉(zhuǎn)動(dòng),圓盤帶動(dòng)單個(gè)螺絲沿環(huán)形導(dǎo),軌移動(dòng)一定角度至取料點(diǎn)。同時(shí)第二個(gè)螺絲以同樣方式進(jìn)入分料機(jī)構(gòu),實(shí)現(xiàn)間歇式自動(dòng)分料。

1.3自動(dòng)送鎖螺絲機(jī)取料機(jī)構(gòu)方案的確定

取料機(jī)構(gòu)是整個(gè)裝置中的一個(gè)重要樞紐,要實(shí)現(xiàn)取料的完全自動(dòng)對(duì)取料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求較高。

三維運(yùn)動(dòng)式取料機(jī)構(gòu)是將螺絲卡入預(yù)設(shè)的圓盤盤上的導(dǎo)軌中,此時(shí)螺絲沿著導(dǎo)軌準(zhǔn)確移動(dòng)到指定位置,單片機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)送信號(hào),鎖付機(jī)構(gòu)沿X方向移動(dòng),移動(dòng)至到螺絲上方,2方向下降一定高度使鎖付機(jī)構(gòu)螺絲機(jī)底部的電批部件剛好將螺絲吸住。完成這二動(dòng)作后,螺絲機(jī)沿X方向返回至螺絲鎖付點(diǎn),工件作Y方向運(yùn)動(dòng),調(diào)整工件位置至鎖付點(diǎn),鎖付機(jī)構(gòu)作2方向鎖付運(yùn)動(dòng)。

三維運(yùn)動(dòng)式取料機(jī)構(gòu)具有可調(diào)性。通過(guò)調(diào)節(jié)單片機(jī)程序,可使取料機(jī)構(gòu)從不同位置取料,也可以改變工件的鎖付位置,適應(yīng)范圍廣。

1.4自動(dòng)送鎖螺絲機(jī)的夾具方案的確定

對(duì)于不同的工件通常需要不同的工裝來(lái)進(jìn)行定位和夾緊。或者對(duì)于相類似的產(chǎn)品通過(guò)快換夾具和插銷進(jìn)行不同的工裝快換,而且工裝夾具的定位精度通常會(huì)影響整個(gè)加工裝配過(guò)程的精度,所以是設(shè)計(jì)中必不可少的一步。

該產(chǎn)品的工裝精度要求不是很高所以工裝的設(shè)計(jì)就相對(duì)簡(jiǎn)單。采用兩角定位,L型定位加一個(gè)活動(dòng)氣缸。由定位汽缸夾緊工件,進(jìn)而定位,如圖2所示。

1.5自動(dòng)送鎖螺絲機(jī)的機(jī)架方案的確定

機(jī)架是用來(lái)支撐和連接各個(gè)零部件的,因此他需要具有較高的強(qiáng)度和較大的承載能力。機(jī)架可以采用鑄造、焊接和型材等形式來(lái)制造。鑄造機(jī)架可以得到很高的承載能力,制造出很復(fù)雜的形狀,而且可以吸收震動(dòng)等優(yōu)點(diǎn),但是鑄造也有本身質(zhì)量大,不可修改等缺點(diǎn),鋁合金型材機(jī)架具有自身質(zhì)量小,成本低,修改簡(jiǎn)單,承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),但其吸震能力較差。考慮到自動(dòng)送鎖螺絲機(jī)的工作狀況平穩(wěn),不需要機(jī)架有很強(qiáng)的吸震能力,且本身的質(zhì)量不大,又考慮到易于修改和制作成本等因素,本設(shè)計(jì)采用鋁合金型材機(jī)架。

二、X、Y、Z三維定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1、X、Y方向

本系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)加滾珠絲桿進(jìn)行控制的方案。滾珠絲杠有以下優(yōu)點(diǎn):

1. 傳動(dòng)效率高:滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率高達(dá)

2. 90%～98%,為傳統(tǒng)的滑動(dòng)絲杠系統(tǒng)的2～4倍,所以能以較小的扭矩得到較大的推力,亦可由直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(運(yùn)動(dòng)可逆)。

3. 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn):滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)為點(diǎn)接觸滾動(dòng)運(yùn)動(dòng),工作中摩擦阻力小、靈敏度高、啟動(dòng)時(shí)無(wú)顫動(dòng)、低速時(shí)無(wú)爬行現(xiàn)象,因此可精密地控制微量進(jìn)給。

4. 高精度:滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)中溫升較小,并可預(yù)緊消除軸向間隙和對(duì)絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸以補(bǔ)償熱伸長(zhǎng),因此可以獲得較高的定位精度和重復(fù)定位精度。

5. 高耐用性:鋼球滾動(dòng)接觸處均經(jīng)硬化(郵C58～63)處理,并經(jīng)精密磨削,循環(huán)體系過(guò)程純屬滾動(dòng),相對(duì)對(duì)磨損甚微,故具有較高的使用壽命和精度保持性。

6. 同步性好:由于運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、反應(yīng)靈敏、無(wú)阻滯,無(wú)滑移,用幾套相同的滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)同時(shí)傳動(dòng)幾個(gè)相同的部件或裝置,可以獲得很好的同步效果。

7. 高可靠性:與其它傳動(dòng)機(jī)械,液壓傳動(dòng)相比,滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)故障率很低,維修保養(yǎng)也較簡(jiǎn)單,只需進(jìn)行一般的潤(rùn)滑和防塵。在特殊場(chǎng)合可在無(wú)潤(rùn)滑狀態(tài)下工作。

2.2、Z方向

Z向?yàn)槁萁z釘鎖緊方向,相對(duì)要求精度低,可采用氣壓傳動(dòng)。

氣壓傳動(dòng)以空氣壓縮機(jī)為動(dòng)力源,以壓縮空氣為工作介質(zhì),進(jìn)行能量和信號(hào)傳遞,是實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)與控制的重要手段之一。選用氣壓傳動(dòng)進(jìn)行螺栓分離并用氣壓把螺栓壓到指定位置,氣壓傳動(dòng)工作介質(zhì)是取之不盡的空氣流動(dòng)損失小可集中供氣,且氣動(dòng)裝置簡(jiǎn)單輕便,安裝維護(hù)簡(jiǎn)單,壓力等級(jí)低使用安全;氣動(dòng)元件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單制造容易,適合標(biāo)準(zhǔn)化,系列化,通用化。

氣動(dòng)元件可靠性高,使用壽命長(zhǎng)有效動(dòng)作最大可達(dá)到一億次可以很好的滿足螺絲機(jī)上下移動(dòng)的使用要求;氣動(dòng)執(zhí)行元件響應(yīng)速度高、動(dòng)作較快,對(duì)沖擊負(fù)載和過(guò)負(fù),載有較強(qiáng)的適應(yīng)能力;同時(shí)氣動(dòng)裝置具有防火防爆,耐潮的能力,能適應(yīng)高溫,強(qiáng)電磁干擾,粉塵的等惡劣工作環(huán)境,且電動(dòng)螺絲刀上下移動(dòng)所需力不是很大,氣動(dòng)執(zhí)行元件的輸出力能滿足工作要求。

三、動(dòng)力與傳動(dòng)設(shè)計(jì)分析計(jì)

3.1電動(dòng)機(jī)的選擇

本設(shè)計(jì)采用步進(jìn)電機(jī)為動(dòng)力源,傳動(dòng)方式為滾珠絲和傳動(dòng),絲杠導(dǎo)程為4m,直徑為12mm。

步進(jìn)電機(jī)的選型計(jì)算方法:

1. 步距角的選擇。電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求,將負(fù)載的最小分辨率(當(dāng)量)換算到電機(jī)軸上,每個(gè)當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度(包括減速)

2. 靜扭矩的選擇。靜扭矩是選擇步進(jìn)電機(jī)的主要參數(shù)之一。負(fù)載大時(shí),需采用大力矩電機(jī)力矩指標(biāo)大時(shí),電機(jī)外形也大。

3. 電流的選擇。靜力矩一樣的電機(jī),由于電流參數(shù)不同,其運(yùn)行特性差別很大,通過(guò)以上對(duì)步進(jìn)電機(jī)的了解,初步選用電機(jī)步距角1.8度,電流3A,最大扭矩1.5N.M。

3.2、絲杠的選型

絲杠通過(guò)止推軸承擋圈、座圈等,穿過(guò)安裝座聯(lián)軸器器相連,達(dá)到傳動(dòng)要求。絲杠上的絲杠螺母是為了與移動(dòng)橫梁相連,用六個(gè)螺栓連接,使旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)由絲杠的選擇運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換到中橫梁的直線運(yùn)動(dòng),橫梁套在絲杠螺母上,用六個(gè)螺栓擰緊。

四、總結(jié)

隨著社會(huì)的發(fā)展,自動(dòng)化程度的日益提高,全自動(dòng)送鎖螺絲機(jī)必將得到越來(lái)越大的應(yīng)用,該系統(tǒng)的研發(fā)符合制造業(yè)的發(fā)展方向,將對(duì)國(guó)內(nèi)的自動(dòng)化裝配水平的提升產(chǎn)生一定的推動(dòng)作用。

介紹了面向IT行業(yè)的工藝標(biāo)準(zhǔn),用于典型IT產(chǎn)品主板裝配流水線的全自動(dòng)送鎖螺絲機(jī)系統(tǒng)的研制方法,以精密導(dǎo)軌和滾珠絲桿構(gòu)架一個(gè)三維定位系統(tǒng),以步進(jìn)電機(jī)快速精準(zhǔn)控制螺絲位置,結(jié)合自動(dòng)螺絲供給機(jī)和電動(dòng)螺絲批,基于單片機(jī)控制技術(shù)、數(shù)控操作界面技術(shù),組成一個(gè)全自動(dòng)送料和鎖付螺絲的機(jī)電一體化、智能化機(jī)器系統(tǒng)。