螺釘卡扣自動(dòng)安裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)

余穩(wěn)勝，梁順可

(廣州城市理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，廣州 510800)

0 引言

隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的不斷普及，企業(yè)用人成本不斷上漲，采用基于PLC和工業(yè)機(jī)器人的工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)取代工人進(jìn)行生產(chǎn)制造變得越來越普遍，尤其是在一些工件裝配數(shù)量巨大、裝配動(dòng)作單一的場(chǎng)合中，如鼓式制動(dòng)器自動(dòng)裝配生產(chǎn)線[1]，制動(dòng)器殼體類零件的自動(dòng)化生產(chǎn)線[2]，發(fā)泡膠罐裝線自動(dòng)上噴嘴的裝配[3]，壓力表自動(dòng)機(jī)芯裝配生產(chǎn)線[4-5]，全自動(dòng)內(nèi)圓切片機(jī)組上下料[6]，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋智能化壓裝裝置[7]等。在小連接件的裝配中，如螺栓與螺釘?shù)难b配[8-10]，也逐漸被工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)所取代。汽車零部件上需要裝配大量的螺釘卡扣，這些連接件體積小，在實(shí)際生產(chǎn)中通常采用人工進(jìn)行裝配，不僅使得工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大、裝配效率低，而且容易出現(xiàn)漏裝現(xiàn)象。本文將針對(duì)此問題，基于PLC設(shè)計(jì)出一套自動(dòng)安裝系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠克服采用人工安裝螺釘卡扣過程中出現(xiàn)的各種問題，并且能夠用于不同工件螺釘卡扣的同時(shí)安裝，有效降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

1 機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)組成

螺釘卡扣自動(dòng)安裝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其組成包括振動(dòng)盤、自動(dòng)打螺釘機(jī)、機(jī)器人、末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)和工件治具5部分。振動(dòng)盤與自動(dòng)打螺釘機(jī)均采用市面現(xiàn)有的設(shè)備，不需另行設(shè)計(jì)，機(jī)器人則選擇FANUC機(jī)器人R-30iB，工件治具需根據(jù)工件結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在此不再贅述?？圯斔蜋C(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖2所示，該機(jī)構(gòu)主要由料道1、料槽推板、切換氣缸、料道2、卡扣推桿、推料氣缸1組成。末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖3所示，該機(jī)構(gòu)主要由推料氣缸2、卡扣儲(chǔ)料器、壓裝卡扣桿、壓裝卡扣氣缸、卡扣擋板、螺釘吸嘴、打釘桿、打釘電機(jī)、打釘氣缸組成。

1.振動(dòng)盤 2.自動(dòng)打螺釘機(jī) 3.機(jī)器人 4.末端執(zhí)行機(jī)構(gòu) 5.工件治具

1.料道1 2.料槽推板 3.切換氣缸 4.料道2 5.卡扣推桿 6.推料氣缸1

1.推料氣缸2 2.卡扣儲(chǔ)料器 3.壓裝卡扣桿4.壓裝卡扣氣缸 5.卡扣擋板 6.螺釘吸嘴 7.打釘桿 8.打釘電機(jī) 9.打釘氣缸

1.2 工作原理

卡扣通過振動(dòng)盤的盤振完成定向，整齊排列在料道1上，并通過直振在料道1上實(shí)現(xiàn)向前送料。當(dāng)卡扣被輸送至料槽推板上的料槽時(shí)，料槽推板在切換氣缸的驅(qū)動(dòng)下逐個(gè)將卡扣推送至料道2的進(jìn)料口處，然后由推料氣缸1驅(qū)動(dòng)與之固連的卡扣推桿將料槽推板上的卡扣推送至料道2上，直至料道2上卡扣的數(shù)量達(dá)到單個(gè)工件所需的卡扣數(shù)量為止。在機(jī)器人開始安裝卡扣前，先靠近料道2，由推料氣缸1驅(qū)動(dòng)卡扣推桿將料道2上所有的卡扣推送至末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的儲(chǔ)料器處，上料完成。然后，機(jī)器人開始移動(dòng)至卡扣安裝處，推料氣缸2將卡扣儲(chǔ)料器上的卡扣推送至卡扣擋板處，同時(shí)，卡扣擋板處的卡扣處于壓裝卡扣桿的正下方，此時(shí)，末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的卡扣擋板偏移，壓裝卡扣桿在壓裝卡扣氣缸的驅(qū)動(dòng)下將卡扣壓裝至工件上?？蹓貉b完成后，壓裝卡扣桿退回，卡扣擋板復(fù)位，機(jī)器人沿示教好的軌跡移動(dòng)至下一個(gè)卡扣安裝處進(jìn)行下一個(gè)卡扣的安裝。

螺釘上料采用的是拓威斯的T0-801自動(dòng)鎖螺釘機(jī)，通過振動(dòng)實(shí)現(xiàn)螺釘自動(dòng)定向，由真空發(fā)生器產(chǎn)生真空，將螺釘輸送至螺釘吸嘴處，完成單個(gè)螺釘?shù)纳狭?。在螺釘上料道上配置一個(gè)螺釘檢測(cè)裝置，若螺釘上料失敗，則再次產(chǎn)生真空，以確保螺釘上料成功。螺釘上料成功后，打釘氣缸驅(qū)動(dòng)打釘桿下移，同時(shí)，打釘桿在打釘電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，以完成螺釘?shù)陌惭b。螺釘安裝完成，打釘電機(jī)停止，打釘桿退回，機(jī)器人移動(dòng)至下一個(gè)螺釘安裝處，重復(fù)前面的動(dòng)作。

2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本控制系統(tǒng)采用臺(tái)達(dá)的DVP15MC11T型PLC和DOP-B10S411型觸摸屏為主控件，控制系統(tǒng)框圖如圖4所示。根據(jù)系統(tǒng)動(dòng)作的先后順序，制定PLC控制系統(tǒng)的流程圖如圖5所示。

圖4 控制系統(tǒng)框圖

圖5 PLC控制系統(tǒng)流程圖

料道1上安裝有兩個(gè)光電傳感器，其安裝位置如圖6所示。光電傳感器1用于控制振動(dòng)盤的盤振，當(dāng)檢測(cè)到有卡扣處于檢測(cè)位置時(shí)，說明料道1上已排滿卡扣，則發(fā)出信號(hào)控制盤振停止，反之則盤振運(yùn)行。光電傳感器2用于控制料槽推板的送料，當(dāng)檢測(cè)到有卡扣處于檢測(cè)處時(shí)，同時(shí)料道2上還沒有排夠單個(gè)工件所需安裝的卡扣數(shù)量時(shí)，則料槽推板送料，反之則料槽推板靜止不動(dòng)。

1.光電傳感器1 2.光電傳感器2

卡扣安裝的PLC程序如圖7所示。

圖7 卡扣安裝的PLC程序

螺釘安裝時(shí)，關(guān)鍵在于對(duì)打釘桿的扭力控制。本設(shè)計(jì)中將打釘電機(jī)所在的軸設(shè)置為目標(biāo)軸，當(dāng)打釘桿的扭力達(dá)到目標(biāo)軸扭力的4%時(shí)，或者打釘時(shí)間超過5 s時(shí)，螺釘安裝完成，打釘電機(jī)停止，打釘氣缸退回，其PLC程序如圖8所示。

圖8 螺釘安裝的PLC程序

3 控制界面設(shè)計(jì)

為了便于操作，針對(duì)本系統(tǒng)采用的臺(tái)達(dá)DOP-B10S411型觸摸屏，設(shè)計(jì)了一套控制界面。系統(tǒng)的主菜單如圖9所示，在主菜單上通過點(diǎn)擊相應(yīng)的切換按鈕即可進(jìn)入相應(yīng)的操作界面。系統(tǒng)設(shè)置了自動(dòng)監(jiān)控和手動(dòng)操作兩種運(yùn)行方式，手動(dòng)操作主要用于設(shè)備的調(diào)試、維護(hù)以及一些參數(shù)的設(shè)置等，自動(dòng)監(jiān)控則實(shí)現(xiàn)了螺釘卡扣的自動(dòng)安裝。

圖9 主菜單控制界面

4 結(jié)論

針對(duì)汽車零部件上的螺釘卡扣安裝問題，通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)，成功設(shè)計(jì)出一套螺釘卡扣自動(dòng)安裝系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同工件的安裝需要，并成功應(yīng)用在實(shí)際的生產(chǎn)中，取代人工安裝螺釘卡扣，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和對(duì)工人的技術(shù)水平的要求，有效避免出現(xiàn)漏裝現(xiàn)象，提高了產(chǎn)品的裝配質(zhì)量和裝配效率，為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。