王浩楠+徐大明+陳偉木

摘 要：本文通過對一種新型螺絲自動供給設(shè)備的機械結(jié)構(gòu)進行分析，并提出了對其螺絲篩選機構(gòu)、螺絲傳送機構(gòu)和螺絲輸出機構(gòu)等各個部件進行優(yōu)化的方案，使其改進后更適合于與電動螺絲刀相結(jié)合，實現(xiàn)螺絲的自動供給和安裝，對提高生產(chǎn)裝配的效率和質(zhì)量具有很大的價值。

關(guān)鍵詞：螺絲機；自動供給；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螺絲刀或者是氣動螺絲刀，而這類工具最大的缺點就是需要生產(chǎn)線上的工人高度集中精神，將一個個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，采用螺絲自動供給裝置來代替工人手工自檢螺絲已成為了現(xiàn)實[1]。本研究團隊通過檢索中華人民共和國國家知識產(chǎn)權(quán)局的專利查詢系統(tǒng)，檢索到一項名稱為《一種新型螺絲自動供給設(shè)備》的專利，申請人為東莞新愛榮機械自動化設(shè)備有限公司，我們仔細研讀了該專利文件的內(nèi)容，并對其進一步進行優(yōu)化設(shè)計，使其能夠更好的配合動電動螺絲刀來實現(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、螺絲輸出機構(gòu)②、螺絲傳送機構(gòu)③、螺絲篩選機構(gòu)④構(gòu)成[2]。其工作原理是用電機驅(qū)動螺絲篩選機構(gòu)中的送料圓筒不斷轉(zhuǎn)動，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，螺絲會自動掉落到螺絲傳送機構(gòu)的導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌在震動變壓器驅(qū)動下，不斷將螺絲傳送到螺絲輸出機構(gòu)，以輸出螺絲[2]。要達到將螺絲準確的送給電動螺絲刀，我們經(jīng)過分析和研究，確定了從以下幾個方面對該機構(gòu)進行優(yōu)化，以便電動螺絲刀能快速、穩(wěn)定、準確的接收到每一顆螺絲：

（1）該螺絲篩選機構(gòu)采用送料圓筒進行送料，整個圓筒需進行360度不斷旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動功率大，我們將針對這一點進行優(yōu)化設(shè)計，使其驅(qū)動功率變小、落料可控、并減小噪音；

（2）該螺絲篩選機構(gòu)采用的是皮帶傳動，針對這一點我們將優(yōu)化設(shè)計成純機械傳動，解決皮帶松動改變送料圓筒轉(zhuǎn)速的問題；

（3）為解決落到螺絲傳送機構(gòu)導(dǎo)軌上的螺絲出現(xiàn)螺絲重疊現(xiàn)象，我們將進一步優(yōu)化傳送機構(gòu)裝置，使其不用通過加大震動變壓器的震動力度，將多余螺絲震出；

（4）進一步優(yōu)化螺絲自動供給機構(gòu)的體積和重量，使其占空間少，并易于移動和擺放。

2 螺絲自動供給設(shè)備機械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

2.1 螺絲篩選機構(gòu)的優(yōu)化

為了對螺絲篩選機構(gòu)進行優(yōu)化，我們分別設(shè)計了震動圓盤式篩選機構(gòu)、兩級變速階梯式篩選機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)圓盤篩選機構(gòu)三種篩選方式。震動圓盤式篩選機構(gòu)是在一個圓盤上由外及內(nèi)設(shè)計三圈螺旋式篩選通道，讓螺絲由外及內(nèi)不斷震動傳送到圓盤中心點，然后落到送料導(dǎo)軌上，這個方案的缺點在于實施過程中偶爾有螺絲掉出導(dǎo)軌。兩級階梯式篩選機構(gòu)我們采用兩層階梯，兩級變速進行螺絲篩選，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，這種方案在傳輸螺絲的過程中唯一的缺點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)圓盤篩選機構(gòu)是我們參考了旋轉(zhuǎn)圓筒篩選機構(gòu)而產(chǎn)生的設(shè)計方法，將圓筒變?yōu)閳A盤，可降低直流電機驅(qū)動的功率，并減小篩選噪音。如圖2-1為旋轉(zhuǎn)圓盤篩選機構(gòu)，整個圓盤內(nèi)嵌勾片，將螺絲置于圓盤之內(nèi)，用直流電機驅(qū)動圓盤旋轉(zhuǎn)，當(dāng)螺絲被勾片勾到上方時，會自動落到送料導(dǎo)軌之上。經(jīng)過方案比較和試驗，最后篩選機構(gòu)我們采用了旋轉(zhuǎn)圓筒篩選機構(gòu)方案。

2.2 螺絲傳送機構(gòu)的優(yōu)化

采用旋轉(zhuǎn)圓盤篩選機構(gòu)方案仍存在落料難以控制的缺點，當(dāng)勾片勾起兩顆以上的螺絲時，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，因此有必要對送料過程的機構(gòu)進行優(yōu)化，使螺絲在導(dǎo)軌上一顆一顆排列好進行震動傳輸。當(dāng)多顆螺絲落到送料導(dǎo)軌上，采用加大震動強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，震動強度加大，容易讓螺絲卡在導(dǎo)軌上，有時也會將正常傳送的螺絲震出導(dǎo)軌，同時也加大了機構(gòu)發(fā)出的噪音。因此，本團隊沒有在導(dǎo)軌上再想辦法，而是在導(dǎo)軌之外設(shè)計一套刷子傳動機構(gòu)，該傳動機構(gòu)可帶動一把刷子，在直流電機控制之下，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、扇形傳動輪②、限位螺桿③、橢圓形傳動輪④構(gòu)成，當(dāng)直流電機帶動橢圓形傳動輪轉(zhuǎn)動后，限位螺桿上下擺動，使得扇形傳動輪來回轉(zhuǎn)動的角度控制在45度，這樣也就限制了圓形齒輪按45度角轉(zhuǎn)動，當(dāng)在圓形齒輪上安裝帶刷子的軸成后，刷子也會按45度角左右擺動，抹去導(dǎo)軌上重疊的螺絲。

2.3 螺絲輸出機構(gòu)的優(yōu)化

為了使每次能準確輸出一顆螺絲，本團隊將螺絲輸出機構(gòu)進一步優(yōu)化，如圖2-3所示，它主要由限位擋板①、螺絲夾塊②、傳動夾板③、傳動軸④構(gòu)成。當(dāng)螺絲到達螺絲輸出機構(gòu)時就被螺絲夾塊夾住，此時若氣缸推動傳動軸，傳動夾板帶動螺絲夾塊就會移動，當(dāng)移動到小箱體內(nèi)螺絲輸出孔位置時，限位擋板擋住傳動夾板繼續(xù)移動，保證螺絲準確落到輸出孔的位置，等待輸出。

2.4 螺絲自動供給機構(gòu)底座方案的確定

底座是整個螺絲自動供給設(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)點是成本低廉，重量輕，但由于整個螺絲自動供給機構(gòu)需要通過震動來傳送螺絲，鋁合金型材吸震能力弱，因此不宜作為本機構(gòu)的底座。采用鑄鐵作為底座，其優(yōu)點是承載能力高，吸震能力強，但重量重，可修改性不強，由于本機構(gòu)一旦成型，就不用進行修改，因此本機構(gòu)采用鑄鐵作為底座更加理想[3]。

3 螺絲自動供給設(shè)備優(yōu)化后的工作流程

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

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

4 總結(jié)

隨著工業(yè)自動化生產(chǎn)技術(shù)水平的不斷提高，螺絲自動供給設(shè)備具有廣闊的應(yīng)用前景。通過改進和優(yōu)化螺絲自動供給設(shè)備的螺絲篩選機構(gòu)、螺絲傳送機構(gòu)和螺絲輸出機構(gòu)，使其結(jié)構(gòu)更加簡單、傳動更加平穩(wěn)、穩(wěn)定性高、可靠性強、體積變小，移動方便，操作進一步簡化[2]。此機構(gòu)可與改造過的電動螺絲刀通過氣、電連接，實現(xiàn)螺絲自動傳送到螺絲刀頭，并自動進行安裝，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：

[1]劉強，趙紫謙，沈子昂，李浩.淺談螺絲刀的改進與創(chuàng)新[J].科技與企業(yè)，2013（17）：312.

[2]馮國明，張英軍，陳平，陳豫川，李良.一種新型螺絲自動供給設(shè)備：中國，201510020815.0 [P].2015-01-15.

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

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

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