螺絲自供給設備機械結構的優(yōu)化設計

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備的機械結構進行分析，并提出了對其螺絲篩選機構、螺絲傳送機構和螺絲輸出機構等各個部件進行優(yōu)化的方案，使其改進后更適合于與電動螺絲刀相結合，實現螺絲的自動供給和安裝，對提高生產裝配的效率和質量具有很大的價值。

關鍵詞：螺絲機；自動供給；結構優(yōu)化

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

擰螺絲作為玩具裝配生產線上最為重要的一環(huán)，傳統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上，螺絲的安裝質量全靠工人的工作經驗來保障，這除了關系到工人的工作效率和人身安全之外，也關系到產品的生產質量。隨著工業(yè)生產現代化水平的提高，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實[1]。本研究團隊通過檢索中華人民共和國國家知識產權局的專利查詢系統，檢索到一項名稱為《一種新型螺絲自動供給設備》的專利，申請人為東莞新愛榮機械自動化設備有限公司，我們仔細研讀了該專利文件的內容，并對其進一步進行優(yōu)化設計，使其能夠更好的配合動電動螺絲刀來實現螺絲自供給的操作。

1 主要研究內容的確定

根據專利文件《一種新型螺絲自動供給設備》所述，如圖1-1所示，該設備主要由底座支架①、螺絲輸出機構②、螺絲傳送機構③、螺絲篩選機構④構成[2]。其工作原理是用電機驅動螺絲篩選機構中的送料圓筒不斷轉動，圓筒中的勾片將存于圓筒底部的螺絲勾起，當轉到頂部時，螺絲會自動掉落到螺絲傳送機構的導軌上，導軌在震動變壓器驅動下，不斷將螺絲傳送到螺絲輸出機構，以輸出螺絲[2]。要達到將螺絲準確的送給電動螺絲刀，我們經過分析和研究，確定了從以下幾個方面對該機構進行優(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）該螺絲篩選機構采用送料圓筒進行送料，整個圓筒需進行360度不斷旋轉，驅動功率大，我們將針對這一點進行優(yōu)化設計，使其驅動功率變小、落料可控、并減小噪音；

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

（3）為解決落到螺絲傳送機構導軌上的螺絲出現螺絲重疊現象，我們將進一步優(yōu)化傳送機構裝置，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 螺絲自動供給設備機械結構的優(yōu)化

2.1 螺絲篩選機構的優(yōu)化

為了對螺絲篩選機構進行優(yōu)化，我們分別設計了震動圓盤式篩選機構、兩級變速階梯式篩選機構、旋轉圓盤篩選機構三種篩選方式。震動圓盤式篩選機構是在一個圓盤上由外及內設計三圈螺旋式篩選通道，讓螺絲由外及內不斷震動傳送到圓盤中心點，然后落到送料導軌上，這個方案的缺點在于實施過程中偶爾有螺絲掉出導軌。兩級階梯式篩選機構我們采用兩層階梯，兩級變速進行螺絲篩選，為了能將一顆螺絲傳到導軌上，第二層階梯我們還采用倒梯形設計，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不連續(xù)的現象。旋轉圓盤篩選機構是我們參考了旋轉圓筒篩選機構而產生的設計方法，將圓筒變?yōu)閳A盤，可降低直流電機驅動的功率，并減小篩選噪音。如圖2-1為旋轉圓盤篩選機構，整個圓盤內嵌勾片，將螺絲置于圓盤之內，用直流電機驅動圓盤旋轉，當螺絲被勾片勾到上方時，會自動落到送料導軌之上。經過方案比較和試驗，最后篩選機構我們采用了旋轉圓筒篩選機構方案。

2.2 螺絲傳送機構的優(yōu)化

采用旋轉圓盤篩選機構方案仍存在落料難以控制的缺點，當勾片勾起兩顆以上的螺絲時，落到送料導軌上的螺絲有可能重疊或橫放到導軌之上，因此有必要對送料過程的機構進行優(yōu)化，使螺絲在導軌上一顆一顆排列好進行震動傳輸。當多顆螺絲落到送料導軌上，采用加大震動強度的方法將多余螺絲震出導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，容易讓螺絲卡在導軌上，有時也會將正常傳送的螺絲震出導軌，同時也加大了機構發(fā)出的噪音。因此，本團隊沒有在導軌上再想辦法，而是在導軌之外設計一套刷子傳動機構，該傳動機構可帶動一把刷子，在直流電機控制之下，不斷刷掉導軌上重疊和擺放不正的螺絲，其結構如圖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構成，當直流電機帶動橢圓形傳動輪轉動后，限位螺桿上下擺動，使得扇形傳動輪來回轉動的角度控制在45度，這樣也就限制了圓形齒輪按45度角轉動，當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，抹去導軌上重疊的螺絲。

2.3 螺絲輸出機構的優(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構成。當螺絲到達螺絲輸出機構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，當移動到小箱體內螺絲輸出孔位置時，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 螺絲自動供給機構底座方案的確定

底座是整個螺絲自動供給設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，由于本機構一旦成型，就不用進行修改，因此本機構采用鑄鐵作為底座更加理想[3]。

3 螺絲自動供給設備優(yōu)化后的工作流程

經過優(yōu)化之后的螺絲自動供給設備，需要通過氣、電協助，將螺絲從篩選機構一直傳送到輸出機構，其工作流程如圖3-1所示。

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

4 總結

隨著工業(yè)自動化生產技術水平的不斷提高，螺絲自動供給設備具有廣闊的應用前景。通過改進和優(yōu)化螺絲自動供給設備的螺絲篩選機構、螺絲傳送機構和螺絲輸出機構，使其結構更加簡單、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]。此機構可與改造過的電動螺絲刀通過氣、電連接，實現螺絲自動傳送到螺絲刀頭，并自動進行安裝，大大提高了生產線工人擰螺絲的效率，改善了螺絲的安裝質量，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].科學與財富，2016（07）：117-118.

項目經費：2017年度廣東省大學生科技創(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，學生，研究方向：機械設計。endprint