【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 過簡(jiǎn)單編程，通用性高；采用高精密度軌道設(shè)計(jì)，由機(jī)器作業(yè)，杜絕了人為因素帶來的不良影響，有著良好的穩(wěn)定性。然而由于其自動(dòng)化程度較高，同時(shí)也帶來了如扭力不當(dāng)造成起子頭磨損、滑牙，軌道卡料、螺絲漏送或者一次送料過多的等問題。因此，螺絲機(jī)的設(shè)計(jì)及改進(jìn)要著重解決這些實(shí)際問題。 另外，桌面型自動(dòng)鎖螺絲機(jī)還有以下幾個(gè)重要特點(diǎn)：移動(dòng)式工作臺(tái)，只要針對(duì)學(xué)習(xí)機(jī)，平板電腦，平板電視等較大電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)；上料系統(tǒng)采用直振方式將螺絲排序到振動(dòng)導(dǎo)軌上，并輸送到螺絲分料系統(tǒng) ,通過分 料系統(tǒng)將螺絲分好，然后用吹氣的方式將螺絲輸送到螺絲鎖付系統(tǒng)，最后由螺絲鎖付系統(tǒng)完成鎖付；具有漏鎖 /浮鎖 /滑牙檢測(cè)功能，客戶可以選配；只要螺絲在規(guī)定的范圍內(nèi)可以通用；靈活性強(qiáng)，對(duì)于更換不同的產(chǎn)品，只需更換夾具和調(diào)用相對(duì)應(yīng)程序組即可 [2]。 桌面型自動(dòng)鎖螺絲機(jī)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展概況 隨著越來越多的企業(yè)招工難，一些國(guó)內(nèi)外名優(yōu)產(chǎn)品紛紛被引進(jìn)，以滿足不同企業(yè)生產(chǎn)的需求。全自動(dòng)螺絲機(jī)就是其中之一，它憑借在制造技術(shù)、材質(zhì)和提高效率、無人操作等方面的優(yōu)勢(shì)獲得了企業(yè)和市場(chǎng)的青睞。 全自動(dòng)螺絲機(jī)的用途與普通 電批風(fēng)批一樣，甚至有過之而無不及，它速度快，效率高，安全性高，并且更能節(jié)省人工。就目前的總體情況而言，它的品種規(guī)格也較為齊全，基本上百分之九十以上的螺釘都能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化擰緊，但由于它的市場(chǎng)價(jià)位總的來說要比普通裝配工具高，這也成為了全自動(dòng)螺絲機(jī)沒有普遍被運(yùn)用起來的主要原因之一。 但隨著國(guó)內(nèi)生產(chǎn)水平加快了技術(shù)改造的步伐，全自動(dòng)螺絲機(jī)也開始大量進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，隨著國(guó)內(nèi)生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高和成熟，全自動(dòng)螺絲機(jī)的價(jià)格將逐漸下降。所以全自動(dòng)螺絲機(jī)的市場(chǎng)現(xiàn)在逐漸被商家們看好，這主要是因哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 為一方面在于它的技術(shù)要求比較高，以前大部分 產(chǎn)品主要是從美國(guó)、德國(guó)、日本國(guó)家引進(jìn)，而現(xiàn)在隨著國(guó)內(nèi)生產(chǎn)技術(shù)的提高，像濟(jì)南、深圳、廣州等地的一些企業(yè)都紛紛推出了國(guó)產(chǎn)的全自動(dòng)螺絲機(jī)產(chǎn)品。由于全自動(dòng)螺絲機(jī)使用范圍很廣，所以在廣東、山東、上海、江蘇、福建等沿海省市的裝配業(yè)、電器電子、家具制造、儀器儀表、玩具以及電動(dòng)自行車、摩托車裝配還有汽車制造業(yè)和一些流水線作業(yè)的企業(yè)和廠家都紛紛使用了全自動(dòng)鎖螺絲機(jī)。再加上售后服務(wù)的進(jìn)一步跟上，打消了以往顧客擔(dān)心產(chǎn)品無售后服務(wù)的顧慮，使全自動(dòng)螺絲機(jī)的銷勢(shì)進(jìn)一步得到穩(wěn)定 [3]。 隨著勞動(dòng)力成本的不斷提高，自動(dòng)化設(shè)備企業(yè)的生存與發(fā)展形勢(shì)也使得越來越多的企業(yè)關(guān)注工廠自動(dòng)化這一領(lǐng)域，也給螺絲機(jī)一行業(yè)帶來了發(fā)展商機(jī)。目前，我國(guó)非標(biāo)自動(dòng)化企業(yè)數(shù)量較多，但規(guī)模與分工還有待發(fā)展。如何參與這一行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)成為一個(gè)挑戰(zhàn)！ 本文的主要研究?jī)?nèi)容 本課題的研究?jī)?nèi)容主要是針對(duì)桌面型自動(dòng)鎖螺絲機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)以及控制方式進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和仿真分析及優(yōu)化。 首先，考慮課題所要求的工作需要，擬訂幾個(gè)可行的結(jié)構(gòu)和控制方案，并對(duì)每個(gè)方案進(jìn)行可行性分析，經(jīng)過方案比較和各方面的綜合考慮，確定出最佳方案。 然后，確定桌上型三坐標(biāo)機(jī)械臂的安裝配置形式，并完成桌面型自動(dòng)鎖螺絲機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過 Solidworks 和 AutoCAD 工程軟件繪出三維模型和二維工程圖并進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)。 接下來，利用 Matlab 矩陣實(shí)驗(yàn)室及 ADAMS 虛擬樣機(jī)機(jī)械仿真軟件來對(duì)所設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力分析，找出有欠缺設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。 確保了結(jié)構(gòu)的合理性之后，即可設(shè)計(jì)并合理配置各運(yùn)動(dòng)軸的控制方式和控制模式，編制必要的控制程序，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)與機(jī)械結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。 最后結(jié)合控制再次針對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn) 行整體優(yōu)化分析，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鎖螺絲機(jī)的最終改進(jìn)。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第 2 章 總體方案設(shè)計(jì) 引言 本章主要研究?jī)?nèi)容為選定桌面型自動(dòng)鎖螺絲機(jī)的整體結(jié)構(gòu)型式，各運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)形式，以及他們的驅(qū)動(dòng)方式和控制方式。需要對(duì)現(xiàn)有不同方案進(jìn)行綜合分析，經(jīng)查閱文獻(xiàn)及參考各類資料，針對(duì)本螺絲機(jī)設(shè)計(jì)的技術(shù)和工作要求，最終確定桌面型自動(dòng)鎖螺絲機(jī)的總體結(jié)構(gòu)方案 —— 龍門式三坐標(biāo)機(jī)械臂結(jié)構(gòu)形式 。 桌面型自動(dòng)鎖螺絲機(jī)的整體設(shè)計(jì) 自動(dòng)送鎖螺絲機(jī)在進(jìn)行擰螺絲前需要將螺栓分離開來并輸送到指定位置，因此要整個(gè)螺絲機(jī)分為送料料機(jī)構(gòu)和鎖 付機(jī)構(gòu)。送料機(jī)構(gòu)選用振動(dòng)式分料機(jī)電產(chǎn)品，通過氣壓傳動(dòng)講螺栓送到指定位置 [4]。由于振動(dòng)式分料機(jī)電產(chǎn)品的原理及結(jié)構(gòu)均較為復(fù)雜，而且技術(shù)和市場(chǎng)也已經(jīng)非常成熟，所以此螺絲機(jī)的設(shè)計(jì)中主要針對(duì)鎖付機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。為了降低返修率可以在螺栓傳動(dòng)管間加傳感器來檢查三個(gè)管是否都有螺栓通過，如果有則可以進(jìn)行下一步工作，如果沒有就需要將信號(hào)傳送給 PLC， PLC 通過分析計(jì)算給分料機(jī)構(gòu)和下料機(jī)構(gòu)的氣缸下達(dá)命令重新輸送螺栓。根據(jù)工藝要求，自動(dòng)送鎖螺絲機(jī)工作時(shí)需要電動(dòng)螺絲刀上下移動(dòng)調(diào)節(jié)距離，以方便 更換工件和調(diào)節(jié)不同工件間的誤差，因此 需要一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的滾珠絲杠副來控制電動(dòng)螺絲刀的上下移動(dòng)。桌面型自動(dòng)鎖螺絲機(jī)的整體方案為： 采用振動(dòng)分料和吹氣送料機(jī)構(gòu)和龍門三坐標(biāo)機(jī)械臂式鎖付機(jī)構(gòu)。其中振動(dòng)分料和吹氣送料機(jī)構(gòu)指：由螺釘分離板、檔釘板、固定斜槽板及圓柱銷相配合的電磁振動(dòng)給料器將螺釘自動(dòng)分離。利用氣缸驅(qū)動(dòng)螺釘分離板、擋釘板，利用擋釘板上固定的圓柱銷受固定斜槽板上的起移動(dòng)凸輪作用的斜槽限制，將位于螺釘輸送槽最前端的一只螺釘分離開，并僅將一只螺釘推入螺 釘分離哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 板側(cè)面的落釘口。經(jīng)傳感器判斷后，控制高壓噴氣口噴出高壓氣流，將螺釘通過螺釘輸送軟管吹向電動(dòng) 旋具。其震動(dòng)分料裝置結(jié)構(gòu)形式如圖 21 所示： 圖 21 螺絲機(jī)震動(dòng)分料盤 龍門三坐標(biāo)機(jī)械臂式鎖付機(jī)構(gòu)是指：將 XYZ 三運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸置于龍門機(jī)架上，其中 Z 坐標(biāo)軸上附加一個(gè) R 旋轉(zhuǎn)軸，即用于鎖付的旋轉(zhuǎn)主軸，當(dāng)傳感器檢測(cè)到由送料機(jī)構(gòu)傳送過來的螺釘已就位，便由控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)對(duì)工件進(jìn)行鎖緊，如若沒有正確檢測(cè)到就位螺釘，則向送料機(jī)構(gòu)發(fā)出信號(hào)提示其輸送螺釘。 自動(dòng)鎖螺絲機(jī)各軸的運(yùn)動(dòng)形式及驅(qū)動(dòng)方式 本自動(dòng)鎖螺絲機(jī)的 X 坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)選擇由滾珠絲杠副帶動(dòng)的直線導(dǎo)軌。具體設(shè)計(jì)為：選定單滑塊直線導(dǎo)軌并在螺絲機(jī)底座上雙排對(duì) 稱安裝配置，將工作平臺(tái)平放并固定在雙排直線導(dǎo)軌滑塊上以保證其平穩(wěn)，同時(shí)工作平臺(tái)也通過某種方式與絲杠螺母相固結(jié)，當(dāng)電機(jī)帶動(dòng) X 軸絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，絲杠螺母帶動(dòng)工作平臺(tái)沿 X 軸直線導(dǎo)軌前后移動(dòng) [5]。 而螺絲機(jī) Y 坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)則是選擇由伺服電機(jī)帶動(dòng)的同步齒輪和齒輪帶來完成。具體設(shè)計(jì)為：選定高精度且有一定承載能力的直線導(dǎo)軌放置在龍哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 門機(jī)架左右立柱中間，通過某連接介質(zhì)（如齒輪帶夾），將 Y 軸導(dǎo)軌滑塊與同步齒輪帶相連接，當(dāng)伺服電機(jī)帶動(dòng)同步齒輪帶運(yùn)動(dòng)時(shí)，同時(shí)帶動(dòng)直線導(dǎo)軌滑塊沿 Y 坐標(biāo)軸方向平行移動(dòng)。 至于 Z 坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)，可以借鑒 X 軸的運(yùn)動(dòng)方式，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)的滾珠絲杠副來完成。 本章小結(jié) 本章主要確定了桌面型自動(dòng)鎖螺絲機(jī)的總體結(jié)構(gòu)方案 —— 龍門式三坐標(biāo)機(jī)械臂結(jié)構(gòu)形式。確定了 采用振動(dòng)分料和吹氣送料機(jī)構(gòu)和龍門三坐標(biāo)機(jī)械臂式鎖付機(jī)構(gòu)的整體方案 [6]。并且選定了各坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)和驅(qū)動(dòng)形式，其中：X 坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)選擇由滾珠絲杠副帶動(dòng)的直線導(dǎo)軌，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)； Y 坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)選擇由伺服電機(jī)帶動(dòng)的同步齒輪和齒輪帶來完成； Z 坐標(biāo)軸通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)的滾珠絲杠副來完成。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第 3 章 機(jī) 械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、選型及計(jì)算 引言 本章要對(duì)桌面型自動(dòng)鎖螺絲機(jī)的整體及各部分零部件進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及對(duì)于 XYZR 軸直線導(dǎo)軌、滾珠絲杠副、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、同步齒輪與齒輪帶等進(jìn)行選型計(jì)算和校核計(jì)算。 龍門機(jī)架的設(shè)計(jì) 龍門結(jié)構(gòu)是機(jī)床中最常用的一種機(jī)械結(jié)構(gòu)之一，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)。典型結(jié)構(gòu)有以下幾種：①定梁式，橫梁固定工作臺(tái)前后移動(dòng)；②動(dòng)梁式，橫梁上下移動(dòng)工作臺(tái)前后移動(dòng)；③動(dòng)柱式，工作臺(tái)固定，龍門架立柱前后移動(dòng)；④橋式，工作臺(tái)固定，橫梁前后移動(dòng)。結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)情況與設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)采用動(dòng)定梁式結(jié)構(gòu)，橫梁固定在龍門架立柱之間，工作臺(tái)可以沿 X 軸直線導(dǎo)軌前后移動(dòng) [7]。 X 軸工作臺(tái)的移動(dòng)采用滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)，安裝多導(dǎo)軌，防止傾覆并承受工況軸向力、徑向力。 Y 軸方向上使用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)同步齒輪，提高傳動(dòng)精度。 底座的設(shè)計(jì) 底座設(shè)計(jì)在保證支撐強(qiáng)度和平穩(wěn)性的前提下以方便和容易加工為主，基本尺寸設(shè)定為 660x550x125mm。 底座上需要安裝機(jī)架左右立柱所以左右兩側(cè)對(duì)稱開出立柱安裝槽，為將其穩(wěn)定的固定住并與工作臺(tái)面保持較高的垂直度，所以在底座左右側(cè)面分別鉸出 M12 螺紋孔。 由于底座上還需放置雙排 X 軸直線導(dǎo)軌，為充分保證其平行度和水平程度并且減少加工面積，底座的上邊面相對(duì)中心對(duì)稱的留出接近導(dǎo)軌寬度的凸哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 起部分，以便精確地安裝 X 軸導(dǎo)軌。另外底座上表面正中部分開出的凹槽是為精準(zhǔn)安放 X 軸驅(qū)動(dòng)部件滾珠絲杠滑臺(tái)特意留出。 其初步設(shè) 計(jì)如圖 31 所示： 圖 31 底座 左右立柱的設(shè)計(jì) 龍門機(jī)架左右立柱的主要作用是支撐 Y軸導(dǎo)軌零部件以及 Z軸和主旋轉(zhuǎn)軸部件。所以其設(shè)計(jì)原則為在保證支撐強(qiáng)度和剛度的前提下，盡量簡(jiǎn)化并且合理挖出空心以適當(dāng)減少重量。其主體尺寸初步設(shè)定為： 100x80x450mm。 左立柱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖 32 所示： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 圖 32 左立柱 右立柱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖 33 所示： 圖 33 右立柱 其中，由于左立柱除與右立柱一同支撐 Y 軸導(dǎo)軌零部件以及 Z 軸和