微小型螺釘自動(dòng)夾持系統(tǒng)技術(shù)研究

張少峰

摘要： 微型螺釘在精密電子儀器領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛，目前微型螺釘?shù)纳a(chǎn)技術(shù)已較為成熟，然而將這些微型螺釘應(yīng)用于產(chǎn)品中還須要做進(jìn)一步的機(jī)械加工與在線(xiàn)檢測(cè)，那么就需要對(duì)微型螺釘進(jìn)行二次裝夾，目前無(wú)法實(shí)現(xiàn)微型螺釘自動(dòng)化單顆的高精度定位與加緊。有鑒于此，本裝置的目的在于提供一種微型螺釘自動(dòng)裝夾的功能，以解決現(xiàn)有微型螺釘不能夠?qū)崿F(xiàn)單顆高精度自動(dòng)定位與夾緊的問(wèn)題。通過(guò)多批次的生產(chǎn)應(yīng)用，效果良好，將目前的手動(dòng)裝夾完全轉(zhuǎn)換為全自動(dòng)裝夾，極大的減輕了勞動(dòng)力，不僅滿(mǎn)足產(chǎn)品的質(zhì)量要求，還大幅度的提高生產(chǎn)效率，具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 微小型零件;自動(dòng)化;獨(dú)立高精度定位與夾緊

引言

以螺釘為代表的微小型零件是鐘表等微型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中重要的連接零件，但是由于其結(jié)構(gòu)微小，需要使用手動(dòng)裝夾的方法安裝或檢測(cè)，將會(huì)使輔助時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)增加，并且勞動(dòng)強(qiáng)度也比較大。

微、薄、輕、雜是微小型零件的常見(jiàn)特征，導(dǎo)致了零件難以抓取、易被損傷，成為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的障礙。

自動(dòng)夾持裝置工作原理

典型的微小螺釘，外圓和高度均只有幾毫米，進(jìn)行大批量生產(chǎn)時(shí)，之前的裝夾方式主要是手動(dòng)作業(yè)，將每一個(gè)顆個(gè)零件預(yù)先擰在一個(gè)基板上或安裝在三爪卡盤(pán)上，然后再進(jìn)行加工，所以手動(dòng)擰緊每一顆零件浪費(fèi)了大量的裝夾時(shí)間，加工效率極底。

基于此，自動(dòng)夾持裝置的設(shè)計(jì)遵循以下的思路：

首先要解決零件自動(dòng)排序的問(wèn)題，而且是在零件處于雜亂狀態(tài)下通過(guò)裝置對(duì)零件進(jìn)行分類(lèi)、排序和自動(dòng)送料;

其次要解決自動(dòng)裝夾的問(wèn)題，這個(gè)必須依靠機(jī)械裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，它的主要功能是對(duì)零件的抓取、運(yùn)動(dòng)和定位，這個(gè)三個(gè)動(dòng)作必須一氣呵成，且定位的同時(shí)實(shí)現(xiàn)夾緊;

最后，在實(shí)現(xiàn)上述兩個(gè)主要功能的基礎(chǔ)上，要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行精準(zhǔn)的邏輯控制，使得各個(gè)動(dòng)作發(fā)生的時(shí)序要按照預(yù)設(shè)的程序進(jìn)行，整合成一個(gè)系統(tǒng)。

整個(gè)裝置由以下幾部分組成：系統(tǒng)控制器、基于振動(dòng)盤(pán)的零件排序裝置、直線(xiàn)送料裝置、柔性?shī)A持機(jī)械手、多功能定位夾緊模塊，具體實(shí)施的主要流程如下：

把待加工的零件倒入振動(dòng)盤(pán)料斗，通過(guò)振動(dòng)盤(pán)的振動(dòng)作用對(duì)零件位置進(jìn)行篩選排序，將零件自動(dòng)送入直線(xiàn)送料器;然后在通過(guò)直線(xiàn)送料器將零件送入機(jī)械手卡槽內(nèi)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手對(duì)零件的有效抓取;最后直線(xiàn)氣缸推動(dòng)機(jī)械手將零件送入工作臺(tái)的氣動(dòng)三爪中心內(nèi)，將零件夾緊，從而完成整個(gè)裝夾過(guò)程。

關(guān)鍵單元研制

振動(dòng)盤(pán)

振動(dòng)盤(pán)是一種能自動(dòng)定向、排序的送料結(jié)構(gòu)，它能實(shí)現(xiàn)各種產(chǎn)品有序排列，是自動(dòng)夾持裝置中重要的輔助裝置。

振動(dòng)盤(pán)料斗的設(shè)計(jì)和制造是振動(dòng)盤(pán)實(shí)現(xiàn)功能的關(guān)鍵。為了滿(mǎn)足這種微型零件的精密排序送料，料斗設(shè)計(jì)為漸開(kāi)螺旋線(xiàn)結(jié)構(gòu)，也便于數(shù)控機(jī)床的加工。同時(shí)，為了解決零件排序時(shí)在軌道內(nèi)上升容易出現(xiàn)多排上升的情況，將軌道的寬度設(shè)計(jì)為小于零件外圓直徑，這樣可以保證單列零件上升、多余的則會(huì)重新掉入振動(dòng)盤(pán)內(nèi)。

在零件自動(dòng)排序時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)大端向下，小端向上這種情況，由于在上升過(guò)程中位置基本不會(huì)發(fā)變化，這種情況下零件是不會(huì)掉入出料口槽內(nèi)的，解決方法是在料斗的側(cè)壁上加裝一個(gè)斜線(xiàn)撥片，因?yàn)榇蠖讼蛳?，小端向上的零件的高度尺寸大于正常上升的零件尺寸，所以?huì)被斜線(xiàn)撥片重新?lián)苋肓隙穬?nèi)，重新調(diào)整位置然后再繼續(xù)上升。

直線(xiàn)送料裝置

微型零件在振動(dòng)盤(pán)里面排好序出來(lái)將進(jìn)入直線(xiàn)送料器，等待機(jī)械手抓取上料。同時(shí)，在該機(jī)構(gòu)中安裝了光電傳感器，感應(yīng)直線(xiàn)送料器為滿(mǎn)載狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停止振動(dòng)盤(pán)，對(duì)振動(dòng)盤(pán)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟停功能，提高振動(dòng)盤(pán)的使用壽命。

柔性?shī)A持機(jī)械手

上料機(jī)構(gòu)主要由機(jī)械手、底座、直線(xiàn)氣缸、動(dòng)滑軌、靜滑軌、彈簧等組成。

機(jī)械手上料裝置默認(rèn)為縮回狀態(tài)，此時(shí)活動(dòng)卡手與固定卡手的位置正好處于動(dòng)滑軌的開(kāi)口處。壓緊裝置與氣缸之間產(chǎn)生斜面配合，壓緊裝置繞旋轉(zhuǎn)中心向右旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)打開(kāi)狀態(tài)，此時(shí)零件由直線(xiàn)上料裝置滑入活動(dòng)卡手與固定卡手的動(dòng)滑軌內(nèi)。

當(dāng)氣缸通氣時(shí)，氣缸推動(dòng)機(jī)械手伸出，壓緊裝置失去與氣缸的斜面配合，壓緊裝置在內(nèi)部彈簧作用力下向左旋轉(zhuǎn)壓緊零件，限制了零件的Z向自由度。零件在固定卡手的推動(dòng)下在滑軌內(nèi)向前滑動(dòng)，直到將零件送入三爪氣缸中心準(zhǔn)確停止。三爪卡盤(pán)在壓縮空氣的作用力下，自動(dòng)夾緊零件。

多功能定位夾緊模塊

工作臺(tái)由旋轉(zhuǎn)氣缸、三爪氣缸、活動(dòng)三爪、固定三爪、工作臺(tái)本體、和支撐座等零件組成。

打破傳統(tǒng)三爪夾緊的結(jié)構(gòu)，將三爪設(shè)計(jì)為定爪和動(dòng)爪相結(jié)合的定位方式，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)料槽和夾持孔的動(dòng)態(tài)調(diào)整，解決了微型螺釘軸向與徑向易掉落的難題。通過(guò)調(diào)節(jié)氣壓控制動(dòng)爪夾緊力，實(shí)現(xiàn)螺紋不被損傷。通過(guò)對(duì)旋轉(zhuǎn)氣缸加裝緩沖型限位模塊提高立臥式自動(dòng)轉(zhuǎn)換重復(fù)定位精度。

控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)主要作用分為電路控制和氣路控制兩大部分。

主電路采用低壓電源，首先是將220V電降壓輸出為人體安全電壓DC24V，將電壓輸送給PLC、振動(dòng)盤(pán)變頻器、電磁閥、等其它檢測(cè)報(bào)警傳感器提供主電源，確保設(shè)備的用電安全，系統(tǒng)控制器是采用SIEMENS S7—200的PLC控制整個(gè)電路的邏輯關(guān)系，設(shè)備中加裝計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)加工數(shù)量的自動(dòng)計(jì)數(shù)。

氣路控制是利用壓縮空氣，把空氣進(jìn)行過(guò)濾、調(diào)壓、潤(rùn)滑處理后、使得壓縮空氣大于0.7Mpa，將壓縮空氣輸送到4組電磁閥，通過(guò)電路控制完成各個(gè)氣動(dòng)零件的動(dòng)作。

系統(tǒng)集成與應(yīng)用效果

使用自動(dòng)夾持裝置可以對(duì)微小型螺釘進(jìn)行多種類(lèi)型的加工提供裝夾，可實(shí)現(xiàn)的功能包括;自動(dòng)測(cè)量裝夾，自動(dòng)銑削裝夾，自動(dòng)鉆削裝夾，自動(dòng)鋸削裝夾。工作臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)立臥自動(dòng)轉(zhuǎn)換，更方便的滿(mǎn)足了零件的多樣性加工。

結(jié)論

經(jīng)過(guò)生產(chǎn)驗(yàn)證，全自動(dòng)裝夾系統(tǒng)總體方案可行有效，不僅保證了產(chǎn)品的合格率、質(zhì)量的穩(wěn)定性，減輕了勞動(dòng)力，而且還極大的提高了生產(chǎn)效率，為類(lèi)似產(chǎn)品的全自動(dòng)定位裝夾提供了良好的借鑒。通過(guò)本套裝置成功的解決裝夾瓶頸難題，本套裝置在突破各關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)小型化、模塊化和機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，在國(guó)內(nèi)有較高的先進(jìn)性。

參考文獻(xiàn)

羅伯特·諾頓.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].第5版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016.

SMC（中國(guó)有限公司）.現(xiàn)代實(shí)用氣動(dòng)技術(shù)[M].第3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

郭天祥.新概念51單片機(jī)C語(yǔ)言教程[M].第1版.北京：電子工業(yè)出版社，2009.

黃學(xué)良.電路基礎(chǔ)[M].第1版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.