自动化螺丝安装机的设计

王子平++陈辉++聂荣臻

摘 要结合企业生产实际需求，设计了一台自动化螺丝安装机，可进行编制程序实现螺丝自动安装，提高了工作效率，减少了人工投入，适用于中小批量多品种的产品生产。

【关键词】自动化；螺丝安装机；设计

在机械装配过程中，螺纹紧固连接的应用非常广泛，消耗了企业的大部分人力资源。以家电、家具装配环节为例，螺纹连接所消耗的人力和工时可以达到整个生产线消耗总量的1/4到一半以上。电动工具的广泛应用，虽然减少了工人的劳动强度和安装工时，但人力投入并未削减，没能从根本上解决企业的投入问题。而日益增加的劳动力成本，以及大量简单重复劳动给工人带来的心理压力更增加了企业的负担。因此，笔者结合实际生产需求，综合考虑企业需要，设计了自动化螺丝安装机，满足中小批量多品种的螺丝自动安装。

1 自动化螺丝安装机的机械结构及工作过程

自动化螺丝安装机主要由螺丝储存分拣机构、螺丝定位导向装置等构成，如图1所示。

自动化螺丝安装机利用坐标点进行程序编制或系统“记忆”螺丝孔位的方法完成螺丝孔位的输入，系统通过步进电机和同步带操作，使螺丝枪移动到待加工的位置，螺丝储存在图中1的位置，通过分拣，螺丝被送入吹出口2，随后在压缩空气的作用下，螺丝沿导管被吹入导向装置3，经3定位导向后，气缸4将螺丝枪5压紧在工件表面待攻丝位置或待安装紧固螺丝的位置，然后螺丝枪5带动螺丝旋转直到攻丝完成或紧固完成，随后螺丝枪进入下一个工作位置，如此循环，完成设定工作。

2 自动化螺丝安装机的设计原理

自动化螺丝安装机设计采用坐标点编程方式，使螺丝按照预设轨迹在各类塑料件、木制品件进行自攻丝螺丝的安装，也可广泛用于各类金属件的螺丝安装，提高工作效率。

2.1 吹气式送料机构

传统的螺丝送料机构一般采用电磁吸取或真空吸取两种方式。这两种螺丝吸取方式都存在定位不正的现象，导致后面攻丝和紧固过程中容易发生攻丝孔不正、螺丝卡住等问题，需要人工干预修正后方能重新投入生产，严重影响正常生产进度，造成损失。

自动化螺丝安装机采用吹气方式送料并配合导向装置，螺丝在压缩空气的作用下被吹入导向装置中，利用导向装置引导螺丝摆正，再进行攻丝和紧固，避免了定位不正、卡住等问题的发生。

2.2 编程器预设螺丝运动轨迹

传统的螺丝自动安装设备，多半只能沿固定轨迹移动，而且移动轨迹一般为直线，对于形状复杂的安装形式，难以实现，大大限制了机器的使用范围。

自动化螺丝安装机增加了手持式编程操作器，采用坐标点编程方式输入程序，使螺丝按照预定轨迹进行安装，可以实现如各类多边形、圆形、曲线等复杂形状的螺丝安装，也可实现按照如文字、图案等图形的螺丝安装，大大提高安装机的实用性和应用范围。

2.3 坐标点编程，程序可“记忆”。

传统的自动安装设备在进行螺丝的安装和紧固时，通常有两种形式：一种是类似钻模板的方式进行安装，即一台设备只能对应同一个零件，虽然加工效率高，但适应性很差，一旦产品改型必须重新定做模版，不符合现代柔性化制造的要求，而且造成浪费；另一种是编程式定位安装的方式，这种方式要求对操作者有较高的技术水平，掌握了相关编程指令，这种方式有一定的适应性，但对操作者要求较高，需要企业投入一定的培训，造成成本增加。

自动化螺丝安装机兼具了两者的优点，规避了相关缺点。自动化螺丝安装机采用气动方式辅以导向装置实现螺丝定位，采用坐标点编程方式实现螺丝安装路径变化。考虑到操作者的水平和能力，编程方式采用的是坐标点值输入的方式，降低了操作难度，而编程设备设计的“记忆”功能，可以进行程序记忆，让设备自主“学习”，“记忆”加工点位代替编程过程，降低操作难度，减少人工投入，提高工作效率。”

综合来看，研究利用吹气送料方式进行螺丝安装，实现螺丝的自动安装与紧固，解决了在螺丝安装过程中必须投入大量人力的问题，降低了企业生产成本，减少了生产工时的消耗，提高了企业的生产效率，为企业节约成本，使企业获得更大收益。

参考文献

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作者简介

王子平，现供职于江苏联合职业技术学院常州刘国钧分院副教授。主要研究方向为数控加工技术。

作者单位

江苏联合职业技术学院常州刘国钧分院 江苏省常州市 213025