螺絲機(jī)的工作原理和整體方案設(shè)計(jì)案例概述對擰螺絲的要求以及自動(dòng)打螺絲機(jī)設(shè)備對螺絲釘外形特征的要求都會(huì)影響自動(dòng)打螺絲機(jī)設(shè)備方案的確定.本章分析了打螺絲機(jī)的工作原理以及工藝流程,根據(jù)螺絲釘?shù)拈L徑比確定了吹氣式送釘方案,根據(jù)機(jī)械式定位和傳感器定位的對比確定了采用工裝夾具定位,最后確定了整體的方案設(shè)計(jì).2.1各部分分析2.1.1設(shè)計(jì)目標(biāo)(1)效率分析:工廠的工人每天工作8小時(shí)為例,每天組裝100臺斷路器,本課題設(shè)計(jì)的鎖螺絲設(shè)備只進(jìn)行對無錫某電器公司開關(guān)車間的斷路器螺絲的鎖付,所以每天8小時(shí)工作,最少要完成100臺斷路器的螺絲鎖付.(2)自動(dòng)化程度分析:可以同時(shí)鎖付多個(gè)螺絲,定位精準(zhǔn),上料迅速,方便工件替換,配有安全光柵.(3)擰螺絲運(yùn)動(dòng)精度分析:采用伺服電機(jī)傳動(dòng)與滾珠絲桿相配合,精度要求控制在5絲(0.05mm)以內(nèi),控制系統(tǒng)采用PLC和人機(jī)界面控制.2.1.2螺絲釘分析無錫某電器公司開關(guān)車間使用的螺絲釘是十字槽的非標(biāo)準(zhǔn)螺釘,尺寸規(guī)格如圖2-1所示.據(jù)工人師傅說一般小型斷路器就使用這種非標(biāo)準(zhǔn)螺釘,主要是因?yàn)檫@種螺釘用在小型斷路器上,鎖付時(shí)效果比一般的內(nèi)六角螺絲好.接下來針對該非標(biāo)準(zhǔn)螺釘?shù)念愋?進(jìn)行相關(guān)的研究比較,制定合適的送釘機(jī)構(gòu).圖2-1螺絲結(jié)構(gòu)圖根據(jù)上圖2-1可得知,螺紋長是這種非標(biāo)準(zhǔn)螺絲釘?shù)闹饕攸c(diǎn).一般螺釘?shù)闹饕夹g(shù)參數(shù)包含：螺紋公稱直徑d、螺帽厚度L1、螺紋長度L2、螺帽直徑Dn、螺釘總長Ls、長徑比Ks等REF_Ref25162\r\h[12].無錫某電器公司對斷路器的鎖付主要使用的螺絲釘包括幾種規(guī)格如表2-1所示.從上面的表格中可以看出,無錫某電器公司使用的該類螺絲釘長徑比Ks集中在1.3以上,當(dāng)中最小的也有1.36.表2-1自攻螺絲釘規(guī)格表公稱直徑d(mm)螺帽直徑Dn(mm)螺紋長度L2(mm)螺釘總長Ls(mm)長徑比Ks3566.81.3635.277.351.4135.288.351.63699.61.6361010.61.7636.51212.41.92.1.3上釘方式分析根據(jù)不同的螺釘上釘方式,本課題一共提出兩種設(shè)計(jì)方案:一、吸附式送釘設(shè)計(jì)方案.二、吹氣式送釘設(shè)計(jì)方案.第一種方案：采用抽取空氣,利用真空吸附,但是此種方式所使用的的槍頭結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜.與相吹氣式送釘方式相比較,吸附式送釘設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：在于滿足大部分螺釘,更適合那些長徑比不符合要求的螺釘,而該公司的螺絲釘?shù)拈L徑比都在1.3以上,所以這種設(shè)計(jì)并不是最符合的,因此不考慮這種方案.第二種方案：吹氣式送釘機(jī)構(gòu)的槍頭相比吸附式較為簡單,是采用三通結(jié)構(gòu),螺在吹氣管的作用下被輸送到槍頭三通處,往返取螺絲的時(shí)間被節(jié)省下來了,體現(xiàn)出用時(shí)短而效率高,而本課題的螺絲釘在滿足長徑比的要求下,采用這種設(shè)計(jì)方案.2.1.4各軸運(yùn)動(dòng)分析(1)X、Y軸的運(yùn)動(dòng)方式X和Y軸方向的運(yùn)動(dòng)是由電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)通過螺紋絲杠帶動(dòng)直線導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn).雖然該組合有一絲缺點(diǎn)：就是電機(jī)和絲杠之間空間略大,但是在進(jìn)行打螺絲的過程中可以完成高精度直線運(yùn)動(dòng).該組合的優(yōu)點(diǎn)是：具有精度高,工作運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)等.例如Y軸的電機(jī)通過螺紋絲杠相連,通過電機(jī)的旋轉(zhuǎn),帶動(dòng)連接工作臺的絲杠運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)安裝在導(dǎo)軌平臺上的部件進(jìn)行直線移動(dòng).(2)Z軸的運(yùn)動(dòng)方式考慮到Z軸是進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí),我們首先考慮方案有：液壓驅(qū)動(dòng)和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),但是這兩種方式缺點(diǎn)都很明顯：液壓驅(qū)動(dòng)需要系統(tǒng)建立單獨(dú)泵站,這樣空間大部分會(huì)被占用,維護(hù)成本高,對公司效益造成影響,對環(huán)境造成嚴(yán)重污染；伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)它的質(zhì)量比較重,體積大,這兩種方式都不適合本場合下的進(jìn)給運(yùn)動(dòng).所以綜合考慮下,我們選用氣缸,它的優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)量輕,價(jià)格優(yōu)惠,對環(huán)境無污染.還可以讓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡單.

Z軸我們初步設(shè)計(jì)由氣缸帶動(dòng)直線導(dǎo)軌來進(jìn)行鎖付運(yùn)動(dòng),設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)方案:固定板上被固定一個(gè)氣缸,并經(jīng)過選用與自對中連接件相連的是導(dǎo)軌滑塊上的連接塊,當(dāng)氣缸開始運(yùn)動(dòng)時(shí)氣缸內(nèi)部的活塞桿通過通氣伸出,此時(shí)自對中連接件帶動(dòng)安裝在滑塊上的部件進(jìn)行運(yùn)動(dòng),從而完成鎖付螺釘?shù)墓ぷ?而氣缸的行程是靠磁性開關(guān)控制的.2.1.5鎖付機(jī)構(gòu)分析本課題提出兩種設(shè)計(jì)方案,來提供鎖付方式的選擇:一、機(jī)械式定位,通過設(shè)計(jì)工件對應(yīng)的工裝夾具定位.二、傳感器定位,通過光電開關(guān)的作用,定位螺絲孔的位置.

第一種設(shè)計(jì)方案是工業(yè)上最常用的對應(yīng)夾具定位,通過六點(diǎn)定位的原理將工件定位在工裝夾具上,然后再將螺絲孔的坐標(biāo)輸入到PLC程序中中,使螺槍能準(zhǔn)確定位到螺絲孔處.

第二種設(shè)計(jì)方案是通過光電開關(guān)定位,把光電開關(guān)安裝在螺絲孔處,當(dāng)電動(dòng)螺槍運(yùn)動(dòng)到螺絲孔處時(shí),控制器就會(huì)接收到光電開關(guān)發(fā)出的信號,這種光電開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)是重復(fù)定位精度高,但價(jià)格比較高.

在本課題設(shè)計(jì)中考慮到這兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn),綜合考慮下,決定將這兩種方案結(jié)合起來,采用傳感器+工裝夾具定位.2.2自動(dòng)打螺絲機(jī)總體工藝流程設(shè)計(jì)本課題對設(shè)計(jì)目標(biāo)自自動(dòng)打螺絲機(jī)的總體工藝流程進(jìn)行設(shè)計(jì).本課題將所設(shè)計(jì)的自動(dòng)打螺絲機(jī),螺絲機(jī)要想完成螺絲鎖付任務(wù),需要各個(gè)組成系統(tǒng)共同合作完成.螺絲機(jī)的組成包括工作平臺、鎖付工具、自動(dòng)供料器、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu),檢測部分,自動(dòng)下料機(jī)等個(gè)部分.工作平臺用于加工工件的擺放,有些工作臺還帶對應(yīng)的夾具,能夠把工件固定,避免工件移動(dòng);鎖付工具正常是電批,但由于刀頭會(huì)經(jīng)常損壞,一般都設(shè)計(jì)成可替換刀頭,而且可以調(diào)整扭矩和轉(zhuǎn)速;自動(dòng)供料器的作用是整理螺絲,然后順利的運(yùn)輸?shù)铰萁z孔中;運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是移動(dòng)工作臺,還可以帶動(dòng)電批的運(yùn)動(dòng),使其可以上臺和下壓,并讓電批對準(zhǔn)工件的螺絲孔,實(shí)現(xiàn)鎖付操作.檢測系統(tǒng)主要作用是檢測對螺絲的漏鎖,浮鎖,卡料等問題的,對發(fā)生這些情況進(jìn)行反饋,來提高打螺絲機(jī)的完成率.自動(dòng)下料器主要整理好打螺絲機(jī)對已完成的工件,為該工件的下一步加工提供好的前提.自動(dòng)打螺絲機(jī)工藝流程圖如圖2-2所示.放置工件放置工件復(fù)位自動(dòng)上料完成鎖付螺絲鎖付檢測裝置圖2-2自動(dòng)打螺絲機(jī)工藝流程圖2.3自動(dòng)打螺絲機(jī)的基本工作原理本課題對設(shè)計(jì)自動(dòng)打螺絲機(jī)的基本工作原理進(jìn)行介紹.本設(shè)計(jì)利用SolidWorks進(jìn)行對自動(dòng)打螺絲機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì).自動(dòng)打螺絲機(jī)的工作原理：螺絲機(jī)包括了螺絲自動(dòng)擺放系統(tǒng)、螺絲自動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)、螺絲的自動(dòng)鎖付系統(tǒng)、并且鎖付過程中螺絲自動(dòng)檢測系統(tǒng)REF_Ref25459\r\h[13].螺絲自動(dòng)擺放系統(tǒng)主要是將參差不齊,擺放雜亂的螺絲進(jìn)行整齊的擺列,然后擺列完畢以后逐個(gè)輸出個(gè)下一個(gè)系統(tǒng).整列系統(tǒng)能夠通過振動(dòng)盤分選機(jī)構(gòu)來完成,也能夠通過搖臂式螺絲擺放方式來完成REF_Ref25724\r\h[14].螺絲自動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)的主要作用,將已經(jīng)由上一系統(tǒng)整列好的螺絲,挨個(gè)通過系統(tǒng)運(yùn)輸傳送到下一個(gè)工位,為下面的鎖付過程做好準(zhǔn)備.螺絲從上工位的導(dǎo)入和旋轉(zhuǎn)動(dòng)力這兩個(gè)部分組成了螺絲自動(dòng)鎖付系統(tǒng).最常用到的兩種導(dǎo)入螺絲方式是：吹氣式和吸附式.從一般角度看,吹氣式的工作優(yōu)點(diǎn)是工作可以連續(xù)進(jìn)行,節(jié)省了頭部來回動(dòng)作過程的時(shí)間,所以,吹氣式導(dǎo)入的整體工作效率更高.但是吹氣式的缺點(diǎn)也很明顯：由于不同種類的螺絲外形和長徑比不同,所以不是每一種螺絲都適合用吹氣式導(dǎo)入.自動(dòng)檢測系統(tǒng)的主要功能,發(fā)現(xiàn)螺絲的漏鎖,浮鎖,卡料等工作問題進(jìn)行反饋.常用的自動(dòng)鎖螺絲機(jī)還應(yīng)包括工件對位,螺絲孔對正等功能.自動(dòng)打螺絲擰緊系統(tǒng)配合機(jī)械手或移載平臺可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)的螺絲擰緊,具有很高的工作效率REF_Ref25858\r\h[15].2.4自動(dòng)打螺絲機(jī)整體方案設(shè)計(jì)螺絲機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)主要部分是有機(jī)架、X軸軌道、Y軸軌道、Z軸軌道、螺絲機(jī)的加工平臺、模具、氣缸、自動(dòng)供料器等組成.螺絲機(jī)的控制系統(tǒng)通過驅(qū)動(dòng)器來控制X軸、Y軸、進(jìn)行二維平面運(yùn)動(dòng),而螺絲機(jī)的工作高度則是由Z軸來確定.依照不同的被加工工件來制定相對應(yīng)的模具,這時(shí)可以通過固定在Y軸上進(jìn)行螺絲的鎖付.工人可以通過人機(jī)交互操作界面手動(dòng)或者程序設(shè)置自動(dòng)校準(zhǔn)螺絲孔的坐標(biāo)位置,然后進(jìn)行儲(chǔ)存,方便以后可以直接讀取所需要的的坐標(biāo)文件,這樣很大程度上提高了加工的速率.自動(dòng)打螺絲機(jī)的子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案如下：送料裝置通過比較采用吹氣式送釘結(jié)構(gòu)更適合我們這個(gè)課題；螺紋孔定位是結(jié)合了我們考慮的兩種方案,設(shè)計(jì)對應(yīng)的夾具并配合傳感器定位；并采用軸式鎖付機(jī)構(gòu),而XY軸是靠電機(jī)驅(qū)動(dòng),Z軸靠氣缸驅(qū)動(dòng)的.螺絲機(jī)總體方案設(shè)計(jì)匯總表2-2所示.表2-2設(shè)計(jì)方案匯總表子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案送料裝置采用吹氣式送釘結(jié)構(gòu)螺紋孔定位設(shè)計(jì)對應(yīng)夾具配合傳感器定位鎖付機(jī)構(gòu)采用軸式XY軸驅(qū)