螺絲自供給設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

王浩楠+徐大明+陳偉木

摘 要：本文通過對(duì)一種新型螺絲自動(dòng)供給設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并提出了對(duì)其螺絲篩選機(jī)構(gòu)、螺絲傳送機(jī)構(gòu)和螺絲輸出機(jī)構(gòu)等各個(gè)部件進(jìn)行優(yōu)化的方案，使其改進(jìn)后更適合于與電動(dòng)螺絲刀相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)螺絲的自動(dòng)供給和安裝，對(duì)提高生產(chǎn)裝配的效率和質(zhì)量具有很大的價(jià)值。

關(guān)鍵詞：螺絲機(jī)；自動(dòng)供給；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.21.021

擰螺絲作為玩具裝配生產(chǎn)線上最為重要的一環(huán)，傳統(tǒng)上采用的工具是電動(dòng)螺絲刀或者是氣動(dòng)螺絲刀，而這類工具最大的缺點(diǎn)就是需要生產(chǎn)線上的工人高度集中精神，將一個(gè)個(gè)螺絲用手工操作的方式擰到安裝目標(biāo)上，螺絲的安裝質(zhì)量全靠工人的工作經(jīng)驗(yàn)來保障，這除了關(guān)系到工人的工作效率和人身安全之外，也關(guān)系到產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量。隨著工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化水平的提高，采用螺絲自動(dòng)供給裝置來代替工人手工自檢螺絲已成為了現(xiàn)實(shí)[1]。本研究團(tuán)隊(duì)通過檢索中華人民共和國國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的專利查詢系統(tǒng)，檢索到一項(xiàng)名稱為《一種新型螺絲自動(dòng)供給設(shè)備》的專利，申請(qǐng)人為東莞新愛榮機(jī)械自動(dòng)化設(shè)備有限公司，我們仔細(xì)研讀了該專利文件的內(nèi)容，并對(duì)其進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其能夠更好的配合動(dòng)電動(dòng)螺絲刀來實(shí)現(xiàn)螺絲自供給的操作。

1 主要研究內(nèi)容的確定

根據(jù)專利文件《一種新型螺絲自動(dòng)供給設(shè)備》所述，如圖1-1所示，該設(shè)備主要由底座支架①、螺絲輸出機(jī)構(gòu)②、螺絲傳送機(jī)構(gòu)③、螺絲篩選機(jī)構(gòu)④構(gòu)成[2]。其工作原理是用電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺絲篩選機(jī)構(gòu)中的送料圓筒不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，圓筒中的勾片將存于圓筒底部的螺絲勾起，當(dāng)轉(zhuǎn)到頂部時(shí)，螺絲會(huì)自動(dòng)掉落到螺絲傳送機(jī)構(gòu)的導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌在震動(dòng)變壓器驅(qū)動(dòng)下，不斷將螺絲傳送到螺絲輸出機(jī)構(gòu)，以輸出螺絲[2]。要達(dá)到將螺絲準(zhǔn)確的送給電動(dòng)螺絲刀，我們經(jīng)過分析和研究，確定了從以下幾個(gè)方面對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，以便電動(dòng)螺絲刀能快速、穩(wěn)定、準(zhǔn)確的接收到每一顆螺絲：

（1）該螺絲篩選機(jī)構(gòu)采用送料圓筒進(jìn)行送料，整個(gè)圓筒需進(jìn)行360度不斷旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)功率大，我們將針對(duì)這一點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其驅(qū)動(dòng)功率變小、落料可控、并減小噪音；

（2）該螺絲篩選機(jī)構(gòu)采用的是皮帶傳動(dòng)，針對(duì)這一點(diǎn)我們將優(yōu)化設(shè)計(jì)成純機(jī)械傳動(dòng)，解決皮帶松動(dòng)改變送料圓筒轉(zhuǎn)速的問題；

（3）為解決落到螺絲傳送機(jī)構(gòu)導(dǎo)軌上的螺絲出現(xiàn)螺絲重疊現(xiàn)象，我們將進(jìn)一步優(yōu)化傳送機(jī)構(gòu)裝置，使其不用通過加大震動(dòng)變壓器的震動(dòng)力度，將多余螺絲震出；

（4）進(jìn)一步優(yōu)化螺絲自動(dòng)供給機(jī)構(gòu)的體積和重量，使其占空間少，并易于移動(dòng)和擺放。

2 螺絲自動(dòng)供給設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

2.1 螺絲篩選機(jī)構(gòu)的優(yōu)化

為了對(duì)螺絲篩選機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，我們分別設(shè)計(jì)了震動(dòng)圓盤式篩選機(jī)構(gòu)、兩級(jí)變速階梯式篩選機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)圓盤篩選機(jī)構(gòu)三種篩選方式。震動(dòng)圓盤式篩選機(jī)構(gòu)是在一個(gè)圓盤上由外及內(nèi)設(shè)計(jì)三圈螺旋式篩選通道，讓螺絲由外及內(nèi)不斷震動(dòng)傳送到圓盤中心點(diǎn)，然后落到送料導(dǎo)軌上，這個(gè)方案的缺點(diǎn)在于實(shí)施過程中偶爾有螺絲掉出導(dǎo)軌。兩級(jí)階梯式篩選機(jī)構(gòu)我們采用兩層階梯，兩級(jí)變速進(jìn)行螺絲篩選，為了能將一顆螺絲傳到導(dǎo)軌上，第二層階梯我們還采用倒梯形設(shè)計(jì)，這種方案在傳輸螺絲的過程中唯一的缺點(diǎn)就是螺絲篩選的過程偶爾出現(xiàn)不連續(xù)的現(xiàn)象。旋轉(zhuǎn)圓盤篩選機(jī)構(gòu)是我們參考了旋轉(zhuǎn)圓筒篩選機(jī)構(gòu)而產(chǎn)生的設(shè)計(jì)方法，將圓筒變?yōu)閳A盤，可降低直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的功率，并減小篩選噪音。如圖2-1為旋轉(zhuǎn)圓盤篩選機(jī)構(gòu)，整個(gè)圓盤內(nèi)嵌勾片，將螺絲置于圓盤之內(nèi)，用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)圓盤旋轉(zhuǎn)，當(dāng)螺絲被勾片勾到上方時(shí)，會(huì)自動(dòng)落到送料導(dǎo)軌之上。經(jīng)過方案比較和試驗(yàn)，最后篩選機(jī)構(gòu)我們采用了旋轉(zhuǎn)圓筒篩選機(jī)構(gòu)方案。

2.2 螺絲傳送機(jī)構(gòu)的優(yōu)化

采用旋轉(zhuǎn)圓盤篩選機(jī)構(gòu)方案仍存在落料難以控制的缺點(diǎn)，當(dāng)勾片勾起兩顆以上的螺絲時(shí)，落到送料導(dǎo)軌上的螺絲有可能重疊或橫放到導(dǎo)軌之上，因此有必要對(duì)送料過程的機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，使螺絲在導(dǎo)軌上一顆一顆排列好進(jìn)行震動(dòng)傳輸。當(dāng)多顆螺絲落到送料導(dǎo)軌上，采用加大震動(dòng)強(qiáng)度的方法將多余螺絲震出導(dǎo)軌的方式是不可取的，由于安裝到玩具上的螺絲規(guī)格較小，震動(dòng)強(qiáng)度加大，容易讓螺絲卡在導(dǎo)軌上，有時(shí)也會(huì)將正常傳送的螺絲震出導(dǎo)軌，同時(shí)也加大了機(jī)構(gòu)發(fā)出的噪音。因此，本團(tuán)隊(duì)沒有在導(dǎo)軌上再想辦法，而是在導(dǎo)軌之外設(shè)計(jì)一套刷子傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可帶動(dòng)一把刷子，在直流電機(jī)控制之下，不斷刷掉導(dǎo)軌上重疊和擺放不正的螺絲，其結(jié)構(gòu)如圖2-2所示，它分別由圓形齒輪①、扇形傳動(dòng)輪②、限位螺桿③、橢圓形傳動(dòng)輪④構(gòu)成，當(dāng)直流電機(jī)帶動(dòng)橢圓形傳動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)后，限位螺桿上下擺動(dòng)，使得扇形傳動(dòng)輪來回轉(zhuǎn)動(dòng)的角度控制在45度，這樣也就限制了圓形齒輪按45度角轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)在圓形齒輪上安裝帶刷子的軸成后，刷子也會(huì)按45度角左右擺動(dòng)，抹去導(dǎo)軌上重疊的螺絲。

2.3 螺絲輸出機(jī)構(gòu)的優(yōu)化

為了使每次能準(zhǔn)確輸出一顆螺絲，本團(tuán)隊(duì)將螺絲輸出機(jī)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化，如圖2-3所示，它主要由限位擋板①、螺絲夾塊②、傳動(dòng)夾板③、傳動(dòng)軸④構(gòu)成。當(dāng)螺絲到達(dá)螺絲輸出機(jī)構(gòu)時(shí)就被螺絲夾塊夾住，此時(shí)若氣缸推動(dòng)傳動(dòng)軸，傳動(dòng)夾板帶動(dòng)螺絲夾塊就會(huì)移動(dòng)，當(dāng)移動(dòng)到小箱體內(nèi)螺絲輸出孔位置時(shí)，限位擋板擋住傳動(dòng)夾板繼續(xù)移動(dòng)，保證螺絲準(zhǔn)確落到輸出孔的位置，等待輸出。

2.4 螺絲自動(dòng)供給機(jī)構(gòu)底座方案的確定

底座是整個(gè)螺絲自動(dòng)供給設(shè)備的支撐和部件之間的連接。采用鋁合金型材作為底座，其優(yōu)點(diǎn)是成本低廉，重量輕，但由于整個(gè)螺絲自動(dòng)供給機(jī)構(gòu)需要通過震動(dòng)來傳送螺絲，鋁合金型材吸震能力弱，因此不宜作為本機(jī)構(gòu)的底座。采用鑄鐵作為底座，其優(yōu)點(diǎn)是承載能力高，吸震能力強(qiáng)，但重量重，可修改性不強(qiáng)，由于本機(jī)構(gòu)一旦成型，就不用進(jìn)行修改，因此本機(jī)構(gòu)采用鑄鐵作為底座更加理想[3]。

3 螺絲自動(dòng)供給設(shè)備優(yōu)化后的工作流程

經(jīng)過優(yōu)化之后的螺絲自動(dòng)供給設(shè)備，需要通過氣、電協(xié)助，將螺絲從篩選機(jī)構(gòu)一直傳送到輸出機(jī)構(gòu)，其工作流程如圖3-1所示。

具體工作過程是當(dāng)機(jī)構(gòu)收到安裝螺絲信號(hào)時(shí)，先行檢測傳送機(jī)構(gòu)的導(dǎo)軌上是否存在螺絲，如果螺絲不夠，則啟動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)圓盤旋轉(zhuǎn)進(jìn)行螺絲篩選，同時(shí)另一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)刷子傳動(dòng)機(jī)構(gòu)工作，抹掉送料導(dǎo)軌上重疊或橫放的螺絲，安裝在導(dǎo)軌下的震動(dòng)變壓器以設(shè)定的頻率震動(dòng)，使得螺絲按順序傳送到螺絲輸出機(jī)構(gòu)的卡口，再由氣缸推動(dòng)螺絲輸出機(jī)構(gòu)將螺絲送出，從而實(shí)現(xiàn)螺絲的自動(dòng)供給。

4 總結(jié)

隨著工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)水平的不斷提高，螺絲自動(dòng)供給設(shè)備具有廣闊的應(yīng)用前景。通過改進(jìn)和優(yōu)化螺絲自動(dòng)供給設(shè)備的螺絲篩選機(jī)構(gòu)、螺絲傳送機(jī)構(gòu)和螺絲輸出機(jī)構(gòu)，使其結(jié)構(gòu)更加簡單、傳動(dòng)更加平穩(wěn)、穩(wěn)定性高、可靠性強(qiáng)、體積變小，移動(dòng)方便，操作進(jìn)一步簡化[2]。此機(jī)構(gòu)可與改造過的電動(dòng)螺絲刀通過氣、電連接，實(shí)現(xiàn)螺絲自動(dòng)傳送到螺絲刀頭，并自動(dòng)進(jìn)行安裝，大大提高了生產(chǎn)線工人擰螺絲的效率，改善了螺絲的安裝質(zhì)量，一定程度也保障了工人的人身安全，必將得到越來越多的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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[3]林建剛，陳建瑤，曹平何，潤琴.基于單片機(jī)控制的龍門式自動(dòng)送鎖機(jī)器人的研制[J].科學(xué)與財(cái)富，2016（07）：117-118.

項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)：2017年度廣東省大學(xué)生科技創(chuàng)新培育項(xiàng)目：螺絲自供給的電動(dòng)螺絲刀裝置（編號(hào)：pdjh2017a0731）

作者簡介：王浩楠（1997-），男，廣東汕頭人，學(xué)生，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)。endprint