對(duì)長(zhǎng)徑比小于1.5的螺絲實(shí)現(xiàn)吹式上料的研究

徐江明

（博眾精工科技股份有限公司，江蘇 蘇州 215000）

1 螺絲上料的現(xiàn)狀

傳統(tǒng)工藝中，零件組裝大多采用螺絲連接，自動(dòng)組裝時(shí)就要用到螺絲機(jī)和電批。傳統(tǒng)的做法是：每鎖一顆螺絲電批都要到螺絲機(jī)上去取，由于螺絲機(jī)體積比較大，不能隨電批移動(dòng)而移動(dòng)，而且為防止影響電批工作，螺絲機(jī)一般都遠(yuǎn)離工作區(qū)域安裝，因此，每鎖一顆螺絲電批都要到螺絲機(jī)上去取就顯得費(fèi)時(shí)費(fèi)力，沒(méi)有效率。

為了提高效率，有人發(fā)明了螺絲吹式上料，即螺絲機(jī)/振動(dòng)裝置將螺絲按特定姿態(tài)有序排列后，進(jìn)行自動(dòng)分料，將分離出的單顆料用氣流直接吹到電批下，在電批移動(dòng)到下一個(gè)待鎖螺絲位置的過(guò)程中完成螺絲的拾取，等電批到位后直接鎖螺絲。如此吹式上料可以避免傳統(tǒng)方法需要長(zhǎng)距離去螺絲機(jī)拾取螺絲的弊端，大大提高了鎖螺絲的效率。

螺絲吹式上料雖然效率高，但需要滿足一個(gè)條件：螺絲吹送時(shí)，在管道內(nèi)的姿態(tài)可控，不會(huì)發(fā)生翻轉(zhuǎn)或者位偏導(dǎo)致卡料。管道是軟管，運(yùn)動(dòng)中肯定發(fā)生變形，螺絲長(zhǎng)度大于管道通孔的1.5倍以上，即螺絲的長(zhǎng)度與其最大直徑的比值大于1.5倍以上才能確保螺絲吹送過(guò)程中不會(huì)因翻轉(zhuǎn)或者位偏導(dǎo)致卡料。對(duì)于長(zhǎng)徑比小于1.5倍的螺絲用普通圓形管吹送，容易發(fā)生螺絲翻轉(zhuǎn)或者位偏，無(wú)法保證姿態(tài)和不卡料，必須使用特殊的管道

2 上料原理與方法

本文專門對(duì)長(zhǎng)徑比小于1.5倍的螺絲，尤其是3C消費(fèi)電子行業(yè)的微小螺絲（如M1×1左右）如何實(shí)現(xiàn)吹式上料進(jìn)行了研究。要想對(duì)長(zhǎng)徑比小于1.5倍的微小螺絲進(jìn)行有效吹式上料必須克服四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)難題：

一是螺絲振動(dòng)上料有足夠的效率，即不卡料。

二是內(nèi)腔仿形設(shè)計(jì)的輸送軟管自由彎曲時(shí)不卡料。

三是螺絲吹送后能防反彈并快速定位。

四是確保螺絲輸送到電批正下方時(shí)精確定位且有效消除上料時(shí)累積的磁性的影響。

針對(duì)以上技術(shù)難點(diǎn)逐一攻關(guān)，最終設(shè)計(jì)出了一套有效的吹式上料組件，經(jīng)試用，完全達(dá)到了預(yù)定的效果。以下為吹式上料組件的結(jié)構(gòu)，如圖1。

圖1 吹式上料組件

吹式上料組件分成四部分，分別是振動(dòng)盤組件、分料器、吹料管、接料定位器。其中振動(dòng)盤與分料器可安裝在設(shè)備的任意位置（如最優(yōu)位置），保持固定不動(dòng)，而接料定位器則安裝在電批上，隨電批移動(dòng)而移動(dòng)。

吹式上料的工作流程是：螺絲在振動(dòng)盤中通過(guò)振動(dòng)將螺絲有序排列并輸送到限位槽內(nèi)，等待取用。當(dāng)需要螺絲時(shí)，由分料器將限位槽內(nèi)的第一顆螺絲分離出來(lái)，并吹進(jìn)吹料管。在氣流的作用下，該顆螺絲快速通過(guò)吹料管到達(dá)定位接料器，并在定位接料器中先粗定位。然后，定位接料器中的送料桿推出，將螺絲精定位后打開(kāi)遮擋物，使螺絲顯露在電批頭正下方，供電批取用。電批拾取螺絲后，送料桿退回，讓出電批鎖螺絲位置，電批直接鎖螺絲。下面就前文提到的四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)分別進(jìn)行解釋說(shuō)明。

2.1 螺絲振動(dòng)上料有足夠的效率，即不卡料

傳統(tǒng)的振動(dòng)盤一般在限位槽外的入口處設(shè)有傳感器，當(dāng)檢測(cè)到卡料時(shí)（判斷依據(jù)：限位槽出口處缺料，入口處持續(xù)有料），利用氣流將這些改變了姿態(tài)的被卡螺絲完全吹掉，讓后續(xù)姿態(tài)正確的螺絲繼續(xù)上料。但是，由于氣流方向大小不可控，新進(jìn)的螺絲（可能被吹歪）也不一定能保證姿態(tài)正確，因此，仍可能繼續(xù)卡料。如此反復(fù)，直到出口處檢測(cè)到有螺絲。此法費(fèi)時(shí)較長(zhǎng)，效率低，難以跟上機(jī)器運(yùn)行的節(jié)拍。

本上料機(jī)構(gòu)在限位槽內(nèi)的入口處設(shè)有傳感器，當(dāng)檢測(cè)無(wú)料時(shí)，利用間隙性的吹氣將改變了姿態(tài)的螺絲吹開(kāi)（停止吹氣的時(shí)間為物料通過(guò)的時(shí)間），形成振蕩，實(shí)現(xiàn)物料姿態(tài)的微調(diào)，確保螺絲的快速輸送而不卡料。本設(shè)計(jì)是將未檢測(cè)到有螺絲作為卡料的依據(jù)，也就是前方不缺料的情況下就開(kāi)始按卡料處理，從而確保供料的及時(shí)性（圖2）。

圖2 不卡料的振動(dòng)上料結(jié)構(gòu)

2.2 內(nèi)腔仿形設(shè)計(jì)的輸送軟管自由彎曲時(shí)不卡料

針對(duì)長(zhǎng)徑比小于1.5倍的螺絲，傳統(tǒng)的吹式上料用的是硬質(zhì)內(nèi)腔仿形管。使用時(shí)電批保持固定不動(dòng)，由待鎖的產(chǎn)品移動(dòng)來(lái)完成多顆螺絲的鎖附。由于移動(dòng)產(chǎn)品位置的機(jī)構(gòu)比較龐大，對(duì)于多工序的自動(dòng)化流水線來(lái)說(shuō)顯然不太適合，最好的方式就是產(chǎn)品不動(dòng)，由電批移動(dòng)完成多顆螺絲的鎖附，此時(shí)，就必須用到柔性內(nèi)腔仿形管。傳統(tǒng)方法若采用柔性管，使用時(shí)柔性管在隨電批移動(dòng)的過(guò)程中肯定會(huì)發(fā)生形變，使仿形腔變形而卡料。

本上料組件所用的柔性吹料管能夠確保自由彎曲時(shí)不卡料。如圖三左側(cè)所示，柔性管的外形設(shè)計(jì)成長(zhǎng)方形，且仿形腔內(nèi)螺絲的軸線與長(zhǎng)邊平行。由于長(zhǎng)方形的兩個(gè)方向厚度不同，抗彎強(qiáng)度也不同，因此，自由狀態(tài)下只會(huì)向強(qiáng)度弱的方向彎曲，仿形截面只在強(qiáng)度弱的方向上微小變形，但由于螺絲為圓柱形且軸線與長(zhǎng)邊平行，變形方向上屬于線接觸，微小變形不足以卡住螺絲。如圖3右側(cè)所示，只有當(dāng)螺絲軸線與長(zhǎng)邊垂直時(shí)，才會(huì)因螺絲兩端接觸面變形而發(fā)生卡料。

圖3 吹料管結(jié)構(gòu)對(duì)比

2.3 螺絲吹送后能防反彈并快速定位

本組件設(shè)計(jì)了防反彈裝置，如圖4所示，在仿形通道內(nèi)設(shè)有彈線，彈線傾斜設(shè)置，當(dāng)螺絲吹進(jìn)的時(shí)候，將彈線的端部頂起，無(wú)障礙通過(guò)，并快速恢復(fù)自由狀態(tài)。當(dāng)螺絲撞擊阻擋反彈時(shí)，彈線的端部會(huì)頂住螺絲，完成粗定位。圖示彈線結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：螺絲前進(jìn)的時(shí)候，彈線的阻力極小，反彈時(shí)彈線的阻力極大，能確保螺絲的粗定位。

圖4 防反彈定位結(jié)構(gòu)

2.4 確保螺絲輸送到電批正下方時(shí)精確定位且有效消除上料時(shí)累積的磁性的影響

螺絲吹到位后的定位與輸送（將螺絲輸送到電批正下方）是一個(gè)難題，原因有兩個(gè)：一是螺絲在振動(dòng)盤內(nèi)頻繁摩擦?xí)a(chǎn)生磁性，影響定位。二是一般的輸送定位結(jié)構(gòu)都為半包圍結(jié)構(gòu)，輸送時(shí)易掉件。如圖5所示，傳統(tǒng)做法是利用磁力吸附或真空吸附來(lái)實(shí)現(xiàn)定位。若采用磁性吸附，安裝在定位結(jié)構(gòu)處的磁鐵會(huì)使整個(gè)結(jié)構(gòu)磁化，難以控制磁力線的方向，易導(dǎo)致螺絲定位不充分。若采用真空吸附，螺絲表面為螺紋結(jié)構(gòu)，表面不光滑使得真空吸附始終處于破真空狀態(tài)，吸附力不強(qiáng)。又由于螺絲小，自帶弱磁性，定位受到干擾，因此，此方法有定位不充分和掉件的風(fēng)險(xiǎn)。

圖5 傳統(tǒng)送料結(jié)構(gòu)

本文所述吹式上料組件，如圖6所示，工作時(shí)接料定位器在隨電批運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中能夠始終保持螺絲處于一個(gè)密閉的空間內(nèi)，不會(huì)發(fā)生物料的翻轉(zhuǎn)、滑落等危險(xiǎn)。只有當(dāng)螺絲到達(dá)電批正下方時(shí)才將螺絲露出，露出前利用斜面將螺絲壓入精定位孔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)精定位。由于壓入的過(guò)程螺絲橫向受力，與精定位孔垂直，所以即使螺絲自帶磁性也不會(huì)影響螺絲的精定位。因此，能夠確保物料輸送的穩(wěn)定性，既精確定位又不掉件。

圖6 全封式送料結(jié)構(gòu)

3 結(jié)語(yǔ)

本文介紹的吹料組件，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)徑比小于1.5的螺絲吹式上料，提高上料的效率，而且還具有以下優(yōu)點(diǎn)：一是結(jié)構(gòu)模塊化、小型化，便于大批量生產(chǎn)。二是柔性化連接，供料裝置的安裝位置沒(méi)有空間限制，便于設(shè)備的整體布局。因此，本文所述結(jié)構(gòu)值得推廣運(yùn)用。