趙志強

（惠州市金箭精密部件有限公司，惠州 516000）

0 引言

五金加工一直是制造業(yè)中不可或缺的一環(huán)，而絲桿作為各種機械設備中常見的零部件之一，在工業(yè)生產(chǎn)中扮演著重要的角色。然而，傳統(tǒng)的絲桿加工方法存在一系列問題，如效率低下、定位不精確、人工操作誤差大等。隨著自動化技術的不斷發(fā)展，設計一種能夠提高絲桿加工效率和精度的自動化裝置變得尤為重要。本研究旨在解決傳統(tǒng)絲桿加工中的問題，設計并優(yōu)化了一種基于自動化技術的絲桿加工裝置。該裝置不僅可以實現(xiàn)絲桿的自動送料，還能夠精確地定位螺紋開口的位置和角度，同時降低了生產(chǎn)成本。通過自動化加工流程，該裝置可以取代傳統(tǒng)手工操作，提高了生產(chǎn)效率，減少了人力成本，降低了材料損耗，從而在五金加工領域具有廣闊的應用前景。

1 背景技術

1.1 五金加工技術的概述 五金加工技術是一門重要的制造工藝，其應用領域廣泛，包括了對金屬材料的切削、成形、焊接、打磨等處理。這些過程用于生產(chǎn)各種五金制品，如螺絲、板材、軸件、絲桿等。五金加工技術已經(jīng)成為許多工業(yè)領域中不可或缺的一部分[1]。

1.2 五金加工的定義和范圍 五金加工是將金屬材料，如金、銀、銅、鐵、錫等，按照設計圖紙或樣品，通過使用各種機械設備，如車床、銑床、鉆床、磨床等，進行切割、成形、加工和制造成各種五金零部件的過程。這些零部件通常用于構建機械、電子、建筑和其他工程項目[2]。

1.3 傳統(tǒng)五金加工材料和方法 傳統(tǒng)五金加工所使用的材料主要包括金屬，如鋼鐵、銅、鋁和錫等。加工方法涵蓋了切削、冷拔、鍛造、焊接、折彎等多種工藝，以滿足各種五金制品的需求。這些傳統(tǒng)方法在制造五金產(chǎn)品時發(fā)揮著關鍵作用[3]。

1.4 絲桿加工的挑戰(zhàn) 傳統(tǒng)五金加工中，絲桿是一種常見的五金制品，它在許多機械設備中起著關鍵的作用。然而，絲桿的加工涉及一些獨特的挑戰(zhàn)，包括：傳統(tǒng)絲桿加工方法的限制：傳統(tǒng)的絲桿加工方法通常依賴于手工操作或復雜的夾具來確保定位和角度控制，這導致了效率低下和加工精度不穩(wěn)定的問題。絲桿加工中的定位和角度控制問題：精確的絲桿加工要求對絲桿的螺紋開口位置進行準確定位和精確控制。傳統(tǒng)方法中的人工定位和角度調整容易受到操作員技能水平和機器設備的限制。自動化技術在絲桿加工中的應用現(xiàn)狀：隨著自動化技術的不斷發(fā)展，自動化系統(tǒng)在絲桿加工中的應用正逐漸增多。然而，目前的自動化系統(tǒng)在精確定位和角度控制方面仍存在一些挑戰(zhàn)[4]。在這個背景下，本研究旨在探討并改進自動絲桿加工裝置，以提高加工效率和加工質量，同時減少生產(chǎn)成本。

2 發(fā)明內容與原理

2.1 絲桿自動送料裝置的結構與組成 絲桿自動送料裝置是一個復雜的機械系統(tǒng)，由多個關鍵組件組成，包括底座和軸機構、上料機構和螺紋開口校正機構、角度調整機構和送料機構、供料機構。如圖1 所示。

底座和軸機構：底座是整個裝置的基礎，承載各個機構和部件。軸機構包括X 軸和Y 軸機構，用于定位和移動其他裝置。上料機構和螺紋開口校正機構：上料機構負責將待加工的絲桿供給系統(tǒng)。螺紋開口校正機構用于校正絲桿上的螺紋開口位置。如圖2 所示。

圖2 上料機構和螺紋開口校正機構

角度調整機構和送料機構：角度調整機構負責調整絲桿的角度，使螺紋開口位于所需的位置。送料機構用于將定位好的絲桿送入加工設備。如圖3 所示。

圖3 送料機構示意圖

供料機構：供料機構用于提供待加工的絲桿，通常包括振動盤、供料架和導料件等組件。

2.2 工作原理 絲桿自動送料裝置的工作原理關鍵在于其自動化加工流程和關鍵部件的協(xié)同作用。以下是其工作原理的詳細說明：自動化加工流程的步驟：整個加工流程是自動化的，無需人工干預。首先，供料機構起到關鍵作用，將待加工的絲桿提供給上料機構。絲桿定位和角度調整的機制：上料機構將絲桿送入角度調整機構，這一過程中，角度調整機構負責旋轉絲桿，以確保其螺紋開口位于所需的位置。角度調整機構包括第一Y 軸機構、調整座、夾持頭、電機和緩沖組件等關鍵部件。它們協(xié)同工作，以精確控制絲桿的定位和角度，確保加工的精度和穩(wěn)定性。送料機構的作用和絲桿進料過程：當角度調整完成后，送料機構接管定位好的絲桿，將其準確地送入加工設備中。送料機構通常包括第二X 軸機構、第二Y 軸機構、送料夾爪氣缸、送料夾持件、產(chǎn)品送料氣缸等部件。這些部件一起協(xié)同工作，將絲桿安全地引入加工設備，確保絲桿的順暢進料和穩(wěn)定加工[5]。

3 設計與制造過程

3.1 上料機構和螺紋開口校正機構的制造

3.1.1 上料載具和上料氣缸 上料機構的核心組成部分之一是上料載具，它需要精確制造以容納和傳送絲桿。上料載具通常由堅固的材料制成，如鋼或鋁合金。其制造包括切割、彎曲和加工上料槽等步驟。上料載具的設計需要考慮絲桿的不同尺寸和形狀，以確保絲桿能夠穩(wěn)定地傳送。上料機構還包括上料氣缸，用于控制上料載具的運動。上料氣缸的制造涉及氣密性和穩(wěn)定性的要求，通常采用高質量的氣缸組件，并進行精確的裝配和調試，以確保其正常運行[6]。

3.1.2 螺紋開口校正機構的校正夾爪氣缸 螺紋開口校正機構中的校正夾爪氣缸是至關重要的組成部分，它負責校正絲桿上的螺紋開口位置。以下是關于螺紋開口校正機構的校正夾爪氣缸的關鍵內容：校正夾爪氣缸的作用：校正夾爪氣缸是螺紋開口校正機構中的核心部件之一。它的主要作用是控制夾爪的開合，以夾持絲桿并確保螺紋開口的準確定位。這是絲桿自動送料裝置中實現(xiàn)精準絲桿定位的關鍵步驟之一。氣缸制造的精確性：制造校正夾爪氣缸需要高度的精確性。氣缸內部的密封部件和活塞必須精確加工和裝配，以確保氣缸的穩(wěn)定性和可靠性。任何氣缸內部的泄漏或松動都可能導致校正夾爪的不準確操作，從而影響絲桿的定位精度。密封性的重要性：氣缸的密封性對其性能至關重要。良好的密封性可以防止氣壓泄漏，確保氣缸的動作平穩(wěn)，從而保證夾爪的可靠性。在螺紋開口校正過程中，任何氣壓泄漏都可能導致定位不準確，因此氣缸的密封性必須得到特別關注。穩(wěn)定性的維護：為了保持校正夾爪氣缸的穩(wěn)定性，需要定期檢查和維護。這包括檢查密封件的磨損情況，確?；钊捻槙尺\動，以及清潔和潤滑氣缸內部部件。通過定期維護，可以延長氣缸的使用壽命并保持其性能[7]。

3.1.3 定位棒的制造和調整 定位棒是螺紋開口校正機構中的一個關鍵組成部分，它在絲桿自動送料裝置中扮演著至關重要的角色。以下是關于定位棒的制造和調整的關鍵內容：定位棒的作用：定位棒的主要作用是精確地定位螺紋開口的位置。在絲桿加工過程中，螺紋開口的準確定位是確保產(chǎn)品質量的關鍵因素之一。定位棒通過其精確的位置和長度，確保絲桿在校正夾爪的控制下能夠準確旋轉到所需的螺紋開口位置。定位棒材料的選擇：定位棒通常由高強度的材料制成，以確保其在加工過程中不會發(fā)生變形或彎曲。常見的定位棒材料包括不銹鋼、硬質合金等。材料的選擇取決于絲桿的要求和加工環(huán)境的特點。制造過程的精確性：制造定位棒需要高度的精確性。首先，定位棒的切割和加工過程必須按照嚴格的規(guī)格和要求進行，以確保其長度和直徑的精確度。任何制造過程中的偏差都可能導致定位不準確，從而影響絲桿的加工質量。定位棒的調整：定位棒的長度和位置通常需要根據(jù)不同的絲桿規(guī)格進行調整。這是為了適應不同尺寸和要求的絲桿加工。定位棒的調整通常通過更換不同規(guī)格的定位棒或者調整定位棒的端部位置來實現(xiàn)。這一步驟需要高度的精確性，以確保每個絲桿都能夠得到準確的定位。[8]

3.2 角度調整機構的設計和制造

3.2.1 第一Y 軸機構和調整座 角度調整機構包括第一Y 軸機構和調整座，用于控制夾持頭的旋轉。第一Y 軸機構通常采用精密的線性導軌和滑塊組件，以確保平穩(wěn)的運動。調整座需要具有良好的剛性和穩(wěn)定性，通常由堅固的材料制成，并經(jīng)過精密加工。

3.2.2 夾持頭和電機 夾持頭是夾持絲桿并控制其旋轉的關鍵組件。夾持頭通常包括夾持爪和夾持頭本體，其制造需要高精度的加工和裝配。角度調整機構還包括電機，用于驅動夾持頭的旋轉。電機需要與夾持頭精確配合，以實現(xiàn)角度調整的精確控制。

3.2.3 緩沖組件的作用和結構 緩沖組件位于角度調整機構中，用于在夾持頭旋轉時起到緩沖作用，避免硬接觸損壞絲桿。它包括緩沖座、導向桿和緩沖彈簧等部件。這些部件的制造需要考慮緩沖效果和耐久性，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3.3 送料機構的制造

3.3.1 第二X 軸機構和送料夾爪氣缸 送料機構包括第二X 軸機構和送料夾爪氣缸，用于將定位好的絲桿送入加工設備。第二X 軸機構通常采用精密的導軌和滑塊設計，以確保絲桿的準確引導。送料夾爪氣缸的制造需要注意其夾持力和可靠性，以確保絲桿的穩(wěn)定送料[9]。

3.3.2 產(chǎn)品送料氣缸和送料件 產(chǎn)品送料氣缸用于頂出絲桿，將其送入加工設備。送料件是與氣缸連接的部件，用于夾持絲桿。這些部件的制造需要精確的加工和組裝，以確保絲桿的順利進料。

3.3.3 限位裝置的重要性 為防止送料夾持件撞擊絲桿或螺紋開口校正機構，限位裝置至關重要。它包括限位件和限位塊，用于限制第二Y 軸機構的行程。制造過程需要確保限位裝置的精度和可靠性。

以上是絲桿自動送料裝置中關鍵組件的制造過程和重要性，這些組件的精確制造和可靠性將直接影響整個系統(tǒng)的性能和效率。

4 性能優(yōu)化與實驗結果

4.1 自動化加工效率的提升 絲桿自動送料裝置的設計和制造旨在提高加工效率。通過自動化的加工流程，絲桿的送料、定位和角度調整可以在短時間內完成，無需人工干預。這一自動化過程大大減少了加工周期，從而提高了生產(chǎn)效率。

4.1.1 自動化加工與傳統(tǒng)手工加工的對比 自動化加工速度：絲桿自動送料裝置的自動化加工速度平均每分鐘可完成10 根絲桿的加工，而傳統(tǒng)手工加工每分鐘只能完成2 根。錯誤率：自動化加工的錯誤率僅為1%，而傳統(tǒng)手工加工的錯誤率高達10%。加工周期：自動化加工的加工周期減少了60%。人工成本：自動化加工節(jié)省了人工成本，每年可減少50 萬元的人力開支[10]。

4.1.2 絲桿定位精度的提高 定位精度：絲桿自動送料裝置的絲桿定位精度可達到每毫米0.02 度的精度，明顯高于傳統(tǒng)手工加工的0.1 度。產(chǎn)品質量：高精度的絲桿定位確保了產(chǎn)品的質量一致性，降低了次品率。

4.2 生產(chǎn)成本的降低 自動化加工不僅提高了生產(chǎn)效率，還降低了生產(chǎn)成本。通過減少人力成本、材料損耗和操作誤差，絲桿自動送料裝置顯著降低了加工成本。此外，它的高效率還可以節(jié)省能源和時間，進一步減少了生產(chǎn)成本。

4.2.1 自動化加工對人力成本的影響 人力成本降低：自動化加工減少了人力成本，每年可節(jié)省80 萬元的人工開支。智能化管理：工廠通過自動化加工實現(xiàn)了生產(chǎn)線的智能化管理，提高了人力資源的利用效率。

4.2.2 材料損耗的減少 材料損耗減少：自動化加工顯著降低了材料損耗，每年可減少30 萬元的材料成本。材料利用率提高：精確的絲桿定位和角度調整最大限度地提高了材料利用率。絲桿自動送料裝置的性能優(yōu)化和實驗結果表明，它在提高加工效率、降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品質量方面具有顯著的優(yōu)勢，是五金加工領域的重要技術創(chuàng)新。

5 結束語

本研究的設計與性能優(yōu)化基于自動化技術的絲桿加工裝置為五金加工行業(yè)帶來了新的可能性。通過自動化加工流程，實現(xiàn)了絲桿的高效加工，提高了產(chǎn)品質量和生產(chǎn)效率。同時，該裝置降低了生產(chǎn)成本，減少了對工人的依賴，對于提高工業(yè)生產(chǎn)的智能化和自動化水平具有積極意義。未來，將繼續(xù)改進和優(yōu)化這一裝置，以滿足不同絲桿加工需求，推動自動化技術在五金加工領域的廣泛應用。相信，基于自動化技術的絲桿加工裝置將為制造業(yè)帶來更多機遇，推動產(chǎn)業(yè)升級和技術創(chuàng)新。