CN107791011B - 一种全纹螺柱自动化装配系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种全纹螺柱自动化装配系统及方法，全纹螺柱装配系统由平移机构、自动送料机构、拧紧机构和气动系统组成。在装配位和上、下料位之间设有平移机构，在平移方向装配位的端部设有拧紧机构，在平移机构的一侧设有自动送料机构，在机架的侧面装有气动系统，方便的实现全纹螺柱与绝缘盆子全自动装配工艺流程，提高了装配质量和装配效率，降低了劳动强度；装配占地面积减小，作业环境的清洁度大大改善。

Description

一种全纹螺柱自动化装配系统及方法

技术领域

本发明属于电气制作领域，涉及盆式绝缘子装配系统，具体涉及一种全纹螺柱自动化装配系统及方法。

背景技术

目前，高压开关产品用盆式绝缘子全纹螺柱装配过程中，主要存在以下问题：

1.当全纹螺柱拧入至一定深度，电动扳手退回时，极易容易将螺柱带出一截，需要反复拧入；

2.全纹螺柱在金属环外侧裸露长度的一致性难以保证问题，装配一致性控制难度大；

3.由于人为因素的影响，容易造成绝缘盆子本身损伤；

4.装配过程基本为手动操作，劳动强度大。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种全纹螺柱自动化装配系统及方法，解决现有盆式绝缘子手工装配螺柱过程中，装配一致性难以保证、劳动强度大、效率低的问题。

为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种全纹螺柱自动化装配系统，包括工件输送机构、拧紧机构、自动送料机构和气动系统；

工件输送机构包括支架、工件托盘及托盘定位和变位装置；支架上固定有平行设置的两条导轨，工件托盘通过滑块安装在两条导轨上，支架上还设置有驱动工件托盘沿导轨滑动的第一气缸；托盘定位和变位装置包括二次定位安装板、举升气缸和二次定位气缸，二次定位安装板安装在支架上位于导轨下方，竖向设置的举升气缸和二次定位气缸分别固定在二次定位安装板上，当工件托盘移动工作位置后，二次定位气缸伸出将工件托盘位置固定举升气缸上升或下降，调整限位盘的上下位置，以适应不同尺寸的盆式绝缘子和螺杆的装配；

自动送料机构包括供料支架、升降机构、旋转分度机构和螺钉导向擒纵机构；供料支架安装在设备底座上，与拧紧机构的相对位置固定；升降机构包括第二气缸、升降底板、直线轴承和导向轴，竖向设置的第二气缸与直线轴承安装在供料支架上，升降底板安装在第二气缸的移动法兰表面上，升降底板下面安装导向轴，导向轴穿过直线轴承定位，升降底板上面安装旋转分度机构；旋转分度机构包括竖向设置的第三气缸，安装在第三气缸上的旋转底板和安装在旋转底板上的双头螺栓存放盘；

螺栓导向擒纵机构包括送料机构支架、气爪、螺栓卡爪和螺栓导向件；送料机构支架安装在供料支架上，气爪安装在送料机构支架上，螺栓卡爪安装在气爪上，螺栓导向件安装在送料机构支架上位于螺栓卡爪下方；

拧紧机构包括机器人、电动拧紧轴、双头螺柱专用套筒和控制系统；机器人安装在在设备底座上，电动拧紧轴安装在机器人手臂前端，用于将双头螺柱拧入金属环法兰对应的螺纹孔中，电动拧紧轴末端安装一个双头螺柱专用套筒；控制系统用于设置电动拧紧轴拧紧枪的极限值，扭矩超过该值后，拧紧枪自动停止。

进一步，在支架上加工有导轨槽，导轨槽中放置有调整垫一和调整垫二，通过调整垫一和调整垫二调整导轨的平行度。

进一步，在支架两端工件托盘移动的极限位置分别装有缓冲器安装座，缓冲器安装座上面安装有缓冲器，缓冲器上安装有调节的外六方螺钉。

进一步，工件托盘包括托盘底板、定位盘、限位盘、托盘定位销、盆子定位销、举升定位盘高度限位、托盘定位套、定位盘定位套和托盘档板；

托盘底板下面装有滑块与导轨连接，上面安装托盘定位销和举升定位盘高度限位，托盘定位销充当限位盘上下运动的导向轴，限位盘上安装有直线轴承导向，保证限位盘顺滑的上下运动，举升定位盘高度限位通过台阶端面与限位盘接触；托盘定位销端头安装有绝缘盆子定位销，限制住定位盘的位置，定位盘上有沉头螺钉孔，通过螺钉与举升定位盘高度限位顶端的螺纹孔连接。

进一步，双头螺栓存放盘内安装有螺栓槽内套。

进一步，包括2套电动拧紧轴，其间距为工件上两个螺孔的间距。

全纹螺柱自动化装配方法，包括以下步骤：

第一步，工件吊装至上、下料位上的托盘，托盘中的定位盘及绝缘盆子定位销限制了绝缘盆子的位置；

第二步，通过第一气缸驱动托盘沿导轨送达装配位，二次定位气缸伸出将工件托盘的位置固定，根据盆式绝缘子和螺杆的不同尺寸决定举升气缸升起的位置高度，上述工作完成后，工件准备工作完成；

第三步，与第一、二步同步进行，即人工将一定数量的螺栓放到震动料斗中，震动料斗将一根根螺栓有序的排列，然后一根一根送至螺栓导向件正上方；

第四步，接螺栓时，第二气缸保持在伸出状态，双头螺栓存放盘中的空槽对准螺栓导向件，螺栓便落入存放槽中，然后旋转30°继续重复操作；

第五步，当拧紧机构Ⅱ来取螺栓时，气爪带动螺栓卡爪夹紧，上面一根螺栓被固定，第二气缸回到原位，旋转60°，机械手到取料位置后下降，套筒抓取两根螺栓后上升，双头螺栓存放盘下方有接近传感器，可以检测螺栓是否被成功抓到，如果抓取成功，第二气缸重新伸出到位，螺栓卡爪松开，双头螺栓落入双头螺栓存放盘当中；

第六步，拧紧机构抓取螺柱后，达装配位进行拧紧操作，整个过程完成规定的循环次数，机械手回原位，二次定位气缸解除，托盘回至下料位，将工件吊走。

本发明的盆式绝缘子全纹螺柱装配用自动化装配系统及方法，设备为卧式结构，采用模块设计思想，全纹螺柱装配系统由平移机构、自动送料机构、拧紧机构和气动系统组成。在装配位和上、下料位之间设有平移机构，在平移方向装配位的端部设有拧紧机构，在平移机构的一侧设有自动送料机构，在机架的侧面装有气动系统。可以方便的实现全纹螺柱与绝缘盆子全自动装配工艺流程。一方面，提高了装配质量和装配效率，降低了劳动强度；另一方面，装配占地面积减小，作业环境的清洁度大大改善。

本发明采用自动控制的安全、紧凑型高压开关产品用盆式绝缘子全纹螺柱装配系统，整个装配工艺过程结构布置紧凑、自动控制，装配质量一致性高，装配效率高，节省人力和占地面积，进而降低成本。

本发明全纹螺柱装配用自动化装配方法，通过平移机构到达装配位，同时自动输送机构提供螺柱，当拧紧机构来取料时，自动输送机构气缸带动螺栓卡爪夹紧，上面一根螺栓被固定，气缸将输送机构供料部分调整到预定位置，拧紧机构到达预定位置抓取螺柱，然后进行拧紧操作。整个装配系统自动控制，装配效率高，装配质量稳定，节省人力和占地面积，降低成本。

附图说明

图1-工件输送机构俯视图；

图2-工件输送机构主视图；

图3-自动送料机构左视图；

图4-自动送料机构俯视图；

图5-整机设备主视图；

图6-整机设备俯视图。

图中：A-上、下料位，B-装配位，Ⅰ-工件输送机构，Ⅱ-拧紧机构，Ⅲ-自动送料机构；

1-第一气缸，2-气缸连接件，3-调整垫一，4-导轨，5-缓冲器安装座，6-缓冲器，7-外六方螺钉，8-托盘定位套，9-托盘底板，10-气缸连接件，11-调整垫二，12-滑块，13-举升气缸，14-气动元件，15-二次定位气缸，16-二次定位安装板，17-托盘挡板，18-支架，19地脚，20-限位盘，21-定位盘，22-定位盘定位套，23-盆子定位销，24-直线轴承，25-举升定位盘高度限位，26-托盘定位销，27-供料支架，28-导向轴，29-直线轴承，30-第二气缸，31-升降底板，32-第三气缸，33-旋转底板，34-双头螺栓存放盘，35-螺栓槽内套，36-螺栓卡爪，37-气爪，38-螺栓导向件，39-送料机构支架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述。

本发明的全纹螺柱自动化装配系统由工件输送机构Ⅰ、拧紧机构Ⅱ、自动送料机构Ⅲ和气动系统组成。

图1、图2为工件输送机构Ⅰ的结构图示意图，主要分为支架18，工件托盘，托盘定位和变位装置三部分。第一气缸1和导轨4通过螺钉固定在支架18上，在18支架上加工有导轨槽、配有调整垫一3、调整垫二11保证导轨4的平行度，确保工件托盘可以稳定的在导轨上运动，在支架18两端分别装有一个缓冲器安装座5，上面安装了缓冲器6和可以调节的外六方螺钉7，吸收工件托盘停止时的冲击力并保证工件托盘定位之前的大致位置，不至于出现工件托盘定位卡死的现象。

工件托盘由托盘底板9，定位盘21，限位盘20，托盘定位销26，盆子定位销23，举升定位盘高度限位25，托盘定位套8，定位盘定位套22，托盘档板17构成；托盘底板9下面装有6个滑块12与导轨4连接，上面安装4根托盘定位销26和4根举升定位盘高度限位25，托盘定位销26充当限位盘上下运动的导向轴，限位盘20上安装有4个直线轴承24导向，保证限位盘20顺滑的上下运动，4根举升定位盘高度限位25通过台阶端面与限位盘20接触，并保证双头螺栓的拧紧深度。其中两根托盘定位销26端头安装了绝缘盆子定位销，限制住定位盘21的位置，定位盘21上有沉头螺钉孔，通过螺钉与举升定位盘高度限位25顶端的螺纹孔连接，保证定位盘21不会在工件吊装的过程中被带起来。

托盘定位和变位装置由一块二次定位安装板16，4套举升气缸13，2套二次定位气缸15组成，工件托盘移动到图1位置时为工作位置，到位后，二次定位气缸15伸出将工件托盘的位置固定，根据操作工人的选择决定举升气缸是否升起。上述工作完成后，工件准备工作完成，拧紧机构可以开始工作。

图3、图4自动送料机构的结构示意图，自动送料机构由供料支架，升降机构，旋转分度机构，螺钉导向擒纵机构组成。供料支架27安装在设备底座上，与拧紧机构的相对位置固定。升降机构包括第二气缸30，升降底板31，4个直线轴承29，4根导向轴28。第二气缸30与直线轴承29安装在供料支架27上，保证升降机构运动的位置度。升降底板31安装在气缸的移动法兰表面上，下面装有四根导向轴28。上面安装有旋转分度机构，包括第三气缸32，旋转底板33，双头螺栓存放盘34，每个组件的连接都有定位孔保证位置度和动作的重复精度。双头螺栓存放盘内有螺栓槽内套35保证耐磨性，如有磨损也可以单独更换，方便维护。

螺栓导向擒纵机构包括送料机构支架39，气爪37，螺栓卡爪36，螺栓导向件38。全纹螺杆放入震动料斗，震动料斗自动将螺杆一根根排列，震动料斗下方开设出料口，出料口和螺杆导向件同轴，接料时第二气缸30保持在伸出状态，全纹螺杆沿着震动出料口、导向件直至落入存放盘34中。当拧紧机构来取料时，气爪37带动螺杆夹爪36夹紧刚落入存放盘34的螺杆，震动料斗上方的螺杆被夹紧的螺杆挡住，不会继续落下。此时，第二气缸30回到原位，旋转60°，机械手到取料位置如图4后下降，套筒抓取两根螺杆后上升，双头螺杆存放盘34下方有接近传感器，可以检测螺杆是否被成功抓到，如果抓取成功，第二气缸30重新伸出到位，螺杆夹爪36松开，双头螺杆落入双头螺杆存放盘34当中，重复上述过程。。

图5、图6整个设备结构示意图，其中拧紧机构Ⅱ包括机器人、电动拧紧轴、双头螺柱专用套筒、控制系统。电动拧紧轴是将双头螺柱拧入金属环法兰对应的螺纹孔中，并且保持螺柱的突出高度一致；每个拧紧轴末端各安装一个双头螺柱专用套筒，该套筒能够准确旋入到预定突出部分高度，其可调解扣规一旦接触到产品表面，套筒便会释放双头螺柱，即使套筒继续转动，也不会旋进双头螺柱；控制系统会给拧紧枪设置一个极限值，扭矩超过该值后，拧紧枪会自动停止，这样就能使双头螺柱的拧入深度或露出高度自动保持一致；本机构共2套拧紧轴，其间距正好为工件上两个螺孔的间距，都固定在机器人的端部，机器人的端部还固定有气动夹爪和螺柱专用夹具，实现取料、拧紧一次完成。

在设计和制造时，结构布局设计为在装配位和下线位之间设有平移机构，在平移方向装配位的端部设有拧紧机构，在平移机构的一侧设有自动送料机构，在机架的侧面装有气动系统。在工件输送机构Ⅰ中，工件吊装至上料位A上的托盘，通过气缸驱动托盘沿导轨送达装配位B；与此同时，在自动送料机构Ⅲ中，震动料斗提供一根根有序的螺柱，通过导向，落入存放盘中。当拧紧机构来取料时，气爪带动螺栓卡爪夹紧，上面一根螺栓被固定，第二气缸30将输送机构供料部分调整到预定位置，拧紧机构到达预定位置抓取螺柱，然后到达装配位进行拧紧操作，整个过程完成规定的循环次数，机械手回原位，定位气缸解除，托盘回至下料位A，将工件吊走，即完成了整个工艺装配过程。

采用单侧自动装配方式作业方法，一方面，减少人工的有效活动范围；另一方面，结构紧凑，极大减少占地面积。具体装配步骤如下：

第一步，工件吊装至上料位A上的托盘，托盘中的定位盘21及绝缘盆子定位销23限制了绝缘盆子的位置；

第二步，通过第一气缸1驱动托盘沿导轨4送达装配位B，二次定位气缸15伸出将工件托盘的位置固定，根据操作工人的选择决定举升气缸是否升起。上述工作完成后，工件准备工作完成；

第三步，与第一、二步同步进行，即人工将一定数量的螺栓放到震动料斗中，震动料斗将一根根螺栓有序的排列，然后一根一根送至螺栓导向件38正上方；

第四步，接螺栓时，第二气缸30保持在伸出状态，双头螺栓存放盘34中的空槽对准螺栓导向件38，螺栓便落入存放槽中，然后旋转30°继续重复操作。

第五步，当拧紧机构Ⅱ来取螺栓时，气爪37带动螺栓卡爪36夹紧，上面一根螺栓被固定，第二气缸30回到原位，旋转60°，机械手到取料位置后下降，套筒抓取两根螺栓后上升，双头螺栓存放盘34下方有接近传感器，可以检测螺栓是否被成功抓到，如果抓取成功，第二气缸30重新伸出到位，螺栓卡爪36松开，双头螺栓落入双头螺栓存放盘34当中。

第六步，拧紧机构抓取螺柱后，达装配位B进行拧紧操作，整个过程完成规定的循环次数，机械手回原位，二次定位气缸15解除，托盘回至下料位A，将工件吊走。

全纹螺柱自动化装配系统适用于全纹螺柱的装配，尤其适用于高压开关产品用盆式绝缘子全纹螺柱装配，针对高压开关用盆式绝缘子各型号尺寸均适用。

本文对本发明中的技术方案进行了完整明确的表述，但是，本文所描述的实例仅是一部分实例，并不是全部实例。在本发明的基础上，本领域技术人员在没有做出创新性工作的前提下所获得的其他实例，均属于本发明保护的范畴。

Claims (7)

1.一种全纹螺柱自动化装配系统，其特征在于：包括工件输送机构(Ⅰ)、拧紧机构(Ⅱ)、自动送料机构(Ⅲ)和气动系统；

工件输送机构(Ⅰ)包括支架、工件托盘及托盘定位和变位装置；支架(18)上固定有平行设置的两条导轨(4)，工件托盘通过滑块(12)安装在两条导轨(4)上，支架(18)上还设置有驱动工件托盘沿导轨(4)滑动的第一气缸(1)；托盘定位和变位装置包括二次定位安装板(16)、举升气缸(13)和二次定位气缸(15)，二次定位安装板(16)安装在支架(18)上位于导轨(4)下方，竖向设置的举升气缸(13)和二次定位气缸(15)分别固定在二次定位安装板(16)上，当工件托盘移动工作位置后，二次定位气缸(15)伸出将工件托盘位置固定举升气缸(13)上升或下降，调整限位盘(20)的上下位置，以适应不同尺寸的盆式绝缘子和螺杆的装配；

自动送料机构(Ⅲ)包括供料支架、升降机构、旋转分度机构和螺钉导向擒纵机构；供料支架(27)安装在设备底座上，与拧紧机构的相对位置固定；升降机构包括第二气缸(30)、升降底板(31)、直线轴承(29)和导向轴(28)，竖向设置的第二气缸(30)与直线轴承(29)安装在供料支架(27)上，升降底板(31)安装在第二气缸(30)的移动法兰表面上，升降底板(31)下面安装导向轴(28)，导向轴(28)穿过直线轴承(29)定位，升降底板(31)上面安装旋转分度机构；旋转分度机构包括竖向设置的第三气缸(32)，安装在第三气缸(32)上的旋转底板(33)和安装在旋转底板(33)上的双头螺栓存放盘(34)；

螺栓导向擒纵机构包括送料机构支架(39)、气爪(37)、螺栓卡爪(36)和螺栓导向件(38)；送料机构支架(39)安装在供料支架(27)上，气爪(37)安装在送料机构支架(39)上，螺栓卡爪(36)安装在气爪(37)上，螺栓导向件(38)安装在送料机构支架(39)上位于螺栓卡爪(36)下方；

拧紧机构(Ⅱ)包括机器人、电动拧紧轴、双头螺柱专用套筒和控制系统；机器人安装在在设备底座上，电动拧紧轴安装在机器人手臂前端，用于将双头螺柱拧入金属环法兰对应的螺纹孔中，电动拧紧轴末端安装一个双头螺柱专用套筒；控制系统用于设置电动拧紧轴拧紧枪的极限值，扭矩超过该值后，拧紧枪自动停止。

2.根据权利要求1所述的全纹螺柱自动化装配系统，其特征在于：在支架(18)上加工有导轨槽，导轨槽中放置有调整垫一(3)和调整垫二(11)，通过调整垫一(3)和调整垫二(11)调整导轨(4)的平行度。

3.根据权利要求1所述的全纹螺柱自动化装配系统，其特征在于：在支架(18)两端工件托盘移动的极限位置分别装有缓冲器安装座(5)，缓冲器安装座(5)上面安装有缓冲器(6)，缓冲器(6)上安装有调节的外六方螺钉(7)。

4.根据权利要求1所述的全纹螺柱自动化装配系统，其特征在于：工件托盘包括托盘底板(9)、定位盘(21)、限位盘(20)、托盘定位销(26)、盆子定位销(23)、举升定位盘高度限位(25)、托盘定位套(8)、定位盘定位套(22)和托盘档板(17)；

托盘底板(9)下面装有滑块(12)与导轨(4)连接，上面安装托盘定位销(26)和举升定位盘高度限位(25)，托盘定位销(26)充当限位盘上下运动的导向轴，限位盘(20)上安装有直线轴承(24)导向，保证限位盘(20)顺滑的上下运动，举升定位盘高度限位(25)通过台阶端面与限位盘(20)接触；托盘定位销(26)端头安装有绝缘盆子定位销，限制住定位盘(21)的位置，定位盘(21)上有沉头螺钉孔，通过螺钉与举升定位盘高度限位(25)顶端的螺纹孔连接。

5.根据权利要求1所述的全纹螺柱自动化装配系统，其特征在于：双头螺栓存放盘(34)内安装有螺栓槽内套(35)。

6.根据权利要求1所述的全纹螺柱自动化装配系统，其特征在于：包括2套电动拧紧轴，其间距为工件上两个螺孔的间距。

7.基于权利要求1装配系统的全纹螺柱自动化装配方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，工件吊装至上、下料位(A)上的托盘，托盘中的定位盘(21)及绝缘盆子定位销(23)限制绝缘盆子的位置；

第二步，通过第一气缸(1)驱动托盘沿导轨(4)送达装配位(B)，二次定位气缸(15)伸出将工件托盘的位置固定，根据盆式绝缘子和螺杆的不同尺寸决定举升气缸是否升起，上述工作完成后，工件准备工作完成；

第三步，与第一、二步同步进行，将一定数量的螺栓放到震动料斗中，震动料斗将一根根螺栓有序的排列，然后一根一根送至螺栓导向件(38)正上方；

第四步，接螺栓时，第二气缸(30)保持在伸出状态，双头螺栓存放盘(34)中的空槽对准螺栓导向件(38)，当螺栓便落入存放槽中，然后旋转30°继续重复操作；

第五步，当拧紧机构Ⅱ来取螺栓时，气爪(37)带动螺栓卡爪(36)夹紧，上面一根螺栓被固定，第二气缸(30)回到原位，旋转60°，机械手到取料位置后下降，套筒抓取两根螺栓后上升，双头螺栓存放盘(34)下方有接近传感器，可以检测螺栓是否被成功抓到，如果抓取成功，第二气缸(30)重新伸出到位，螺栓卡爪(36)松开，双头螺栓落入双头螺栓存放盘(34)当中；

第六步，拧紧机构抓取螺柱后，达装配位(B)进行拧紧操作，整个过程完成规定的循环次数，机械手回原位，二次定位气缸(15)解除，托盘回至下料位(A)，将工件吊走。