CN115122094B - 一种用于螺纹抽钉的组装机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于螺纹抽钉的组装机构，其特征在于：包括机架、设于机架上的分度盘、环绕分度盘设置的芯杆输送系统、管体环圈压装系统、钉体输送拧紧系统、螺母输送拧紧系统及钉体管体收口系统，管体环圈压装系统包括固设于机架上的运输环线、管体上料系统、环圈上料系统及压装组件，管体上料系统与环圈上料系统相对设于运输环线两侧，压装组件设于运输环线上方。本发明所述的用于螺纹抽钉的组装机构设计合理，结构紧凑，节省了生产线的占用空间，解决了目前螺纹抽钉装配加工带来的劳动强度大、人工依赖程度高的问题，对于人工装配带来的稳定性差的问题得到了很大改善。

Description

一种用于螺纹抽钉的组装机构

技术领域

本发明属于机械制造自动化领域，尤其是涉及一种用于螺纹抽钉的组装机构。

背景技术

随着制造业的不断发展，制造业的主要生产劳动力随着产线的不断升级，渐渐由人转向机器。传统生产线的自动化程度越来越高，甚至达到了90％。而近年来，我国对于非标自动化设备的设计需求也越来越大。就螺母螺栓等零件组装方面，不少企业的螺栓组装特别是针对非标组合零件时，其装配仍然是通过传统的人工来完成的。这样传统低效的装配方式显然已经无法适应制造业转型的发展需求。

抽芯铆钉作为典型紧固件，它主要用于结构开敞性不够而需要单面操作的部位的连接紧固，可以改善飞行器的内部结构设计，不用为安装预留过多的工艺空间，其中螺纹抽芯铆钉因螺纹的旋合作用，安装后的预紧力和抗振动能力大大提高，在航空航天领域的应用越来越广泛。据申请人所知，目前螺纹抽钉的组装依旧大量使用人工装配，由工人操作机器并手持零件完成钉体等零件的旋拧，螺母等也需要人工手工预拧。装配完毕还需要收集送到下一工位完成下一步的装配。

这种装配方式的问题在于：1、严重依赖人工，需要大量的劳动力满足对于大批次零件的加工需求；2、由于需要人工装配、且中间需要周转、生产效率较为低下；3、质量稳定性较差，由于对于螺母这些紧固件的装配容易受到振动等各种因素的影响，同一批次零件的紧固程度无法保持一致，会影响成品的稳定性；4、抽钉的组装有旋拧程度的工艺要求，需要检测螺钉是否旋拧到位，如果加工完成后再行检测费时费力，且不能及时调整。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种用于螺纹抽钉的组装机构，以实现螺纹抽钉的自动化组装生产，提高生产效率和质量。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于螺纹抽钉的组装机构，包括机架、设于机架上的分度盘、环绕分度盘设置的芯杆输送系统、管体环圈压装系统、钉体输送拧紧系统、螺母输送拧紧系统及钉体管体收口系统，所述分度盘与管体环圈压装系统及芯杆输送系统之间设有转运系统，分度盘底部设有旋转气缸，分度盘上设有组装工装，用于放置待组装的零件，组装工装的结构不做限制，只要现有技术中能够实现螺纹抽钉零件固定的工装均适用，分度盘随着转动在不同系统之间切换，完成螺纹抽钉的组装。

本发明的用于螺纹抽钉的组装机构的工作原理如下：

芯杆输送系统将芯杆放置在分度盘的组装工装上；

管体环圈压装系统将环圈压装至管体内形成管体环圈组合体，由转运系统将管体环圈组合体套设在分度盘上的芯杆上；

钉体输送拧紧系统调节钉体的姿态，并将钉体套设在芯杆上并旋紧；

螺母输送拧紧系统调节螺母的姿态，并将螺母套设在芯杆上并旋紧，得到预装配螺纹抽钉；

转运系统将预装配螺纹抽钉运送至钉体管体收口系统，钉体管体收口系统将预装配螺纹抽钉上的钉体及管体收紧，完成装配。

进一步地，所述管体环圈压装系统包括固设于机架上的运输环线、管体上料系统、环圈上料系统及压装组件，所述管体上料系统与环圈上料系统相对设于运输环线两侧，所述压装组件设于运输环线上方，管体上料系统用于将管体运输至压装组件下方的运输环线上，环圈上料系统用于将环圈运输至压装组件下方的运输环线上，压装组件的输出端、环圈、管体在压装过程中的轴线重合，压装组件将环圈压入管体内，形成管体环圈组合体。

进一步地，所述运输环线包括支撑板、运输带及步进电机，所述支撑板固设于机架上，所述运输带环绕支撑板设置，运输带上设有支撑孔，支撑孔用于放置管体及环圈，支撑板用于在压装组件进行压装时对管体及环圈提供支撑，所述步进电机用于驱动运输带转动。

进一步地，所述管体上料系统及环圈上料系统均包括振动盘上料装置、悬臂机构、气动抓手，所述悬臂机构设于振动盘上料装置与运输环线之间，所述气动抓手与悬臂机构固接，悬臂机构带动气动抓手夹取振动盘上料装置输送的管体或环圈运送至压装组件下方的运输环线上；优选地，所述悬臂机构包括回转气缸及悬臂，所述回转气缸的输出轴与悬臂固接，所述气动抓手在悬臂两侧对称设有两个，回转气缸带动悬臂转动，使两个气动抓手分别在振动盘上料装置与运输环线之间切换。

进一步地，所述气动抓手包括气动手指及夹具，气动手指与夹具可拆卸连接，气动手指带动夹具将管体或环圈夹起或放下，操作人员根据管体或环圈的规格选择合适的夹具，所述夹具包括抓手、支撑块及弹簧，所述支撑块设于抓手下方，弹簧的两端分别与支撑块及抓手相连，当压装组件向下压装管体与环圈时，支撑块能够起到辅助支撑的作用。

进一步地，所述钉体输送拧紧系统及螺母输送拧紧系统均包括振动盘上料装置、旋拧机构及转运滑台导轨，所述旋拧机构设于振动盘上料装置上方，旋拧机构包括旋拧滑台导轨、三爪气动手指、夹具、扭矩传感器及伺服电机，所述旋拧滑台导轨与转运滑台导轨固接，所述夹具与三爪气动手指的自由端可拆卸连接，三爪气动手指的固定端及伺服电机的输出端与扭矩传感器的两端固接，伺服电机的固定端与旋拧滑台导轨固接，伺服电机带动三爪气动手指将夹具夹取的钉体或螺母与芯杆上的螺纹配合旋转至适当位置，扭矩传感器可以对正在旋拧的零件进行合格检查，实时纠正装配问题，避免加工完成后还要进行旋拧高度检测，不合格品还要进行返工处理，大大节省了对装配后零件的检测以及返工浪费的时间。

进一步地，旋拧滑台导轨上设有位移传感器，配合扭矩传感器实时确定钉体的旋拧位置。

进一步地，所述芯杆输送系统或振动盘上料装置包括振动盘、直振器输料槽及错料机构，所述直振器输料槽的两端分别与振动盘及错料机构相连，芯杆、钉体或螺母在振动盘的震动下沿直振器输料槽排列向前运输至错料机构，根据需要依次转运系统或旋拧机构抓取，本发明使用的振动盘、直振器输送料槽、错料机构的结构不做限制，凡是现有技术中能够实现上述功能的结构均适用于本发明。

进一步地，还包括防错检测机构，所述防错检测机构设于错料机构一侧，防错检测机构包括回转手指气缸、转运滑台气缸和视觉检测装置，所述回转手指气缸与转运滑台气缸固接，所述视觉检测装置位于回转手指气缸上方，回转手指气缸夹取钉体或螺母，转运滑台气缸带动回转手指气缸运行到指定位置，视觉检测装置对钉体或螺母的姿态进行识别，当发现姿态错误时，通过回转手指气缸旋转将钉体或螺母调节至正确姿态，最后由转运滑台气缸将回转手指气缸复位。

进一步地，所述压装组件包括压装导轨滑台、连接板、工装钉，所述连接板与压装导轨滑台固接，连接板上设有安装孔，所述工装钉与安装孔上设有对应的螺纹，工装钉与安装孔通过螺纹可拆卸连接。压装导轨滑台带动工装钉向下运动，首先将环圈套设在工装钉上，之后继续向下运动，在支撑板的支撑作用下，将环圈压装至管体内，得到管体环圈组合体。

进一步地，所述钉体管体收口系统包括管体收口装置、钉体收口装置及出料箱，分度盘与管体收口装置之间、管体收口装置与钉体收口装置之间、钉体收口装置与出料箱之间分别设有转运系统。

进一步地，管体收口装置和/或钉体收口装置上设有视觉检测装置，通过视觉检测装置检测收口后的管体和/或钉体尺寸是否符合要求。本发明中使用的视觉检测装置结构不做限制，凡是现有技术中能够实现上述功能的视觉检测装置均适用于本发明。

进一步地，所述转运系统包括转运导轨滑台、升降气缸及夹取机构，所述升降气缸与转运导轨滑台固接，所述夹取机构与升降气缸的自由端固接。

相对于现有技术，本发明所述的用于螺纹抽钉的组装机构具有以下优势：

(1)本发明所述的用于螺纹抽钉的组装机构设计合理，结构紧凑，节省了生产线的占用空间，解决了目前螺纹抽钉装配加工带来的劳动强度大、人工依赖程度高的问题，对于人工装配带来的稳定性差的问题得到了很大改善。

(2)本发明所述的用于螺纹抽钉的组装机构通过各部件自动上料以及装配机构的配合，使得自动化生产线的效率得到了提高，摆脱了对于各工位之间周转的依赖，能将加工好的零件快速上料并装配，缩短了生产时间，提高了生产效率。

(3)本发明所述的用于螺纹抽钉的组装机构在拧钉体时设置扭矩传感器和位移传感器，互相配合可以对正在旋拧的零件进行合格检查，实时纠正装配问题，避免加工完成后还要进行旋拧高度检测，不合格品还要进行返工处理，大大节省了对装配后零件的检测以及返工浪费的时间。

(4)本发明所述的用于螺纹抽钉的组装机构可以根据需要更换夹具以及工装钉，并修改参数设置，来适应多系列不同规格零件的批量生产，避免在加工不同批次零件时需要重新设置产线。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的用于螺纹抽钉的组装机构的立体结构示意图；

图2为本发明实施例所述的用于螺纹抽钉的组装机构的俯视结构示意图；

图3为本发明实施例所述的管体环圈压装系统的立体结构示意图；

图4为本发明实施例所述的管体环圈压装系统的俯视结构示意图；

图5为本发明实施例所述的运输环线的结构示意图；

图6为本发明实施例所述的压装组件的结构示意图；

图7为本发明实施例所述的管体振动盘上料装置的结构示意图；

图8为本发明实施例所述的钉体输送拧紧系统的俯视结构示意图；

图9为本发明实施例所述的钉体旋拧机构的结构示意图；

图10为本发明实施例所述的钉体管体收口系统的结构示意图。

附图标记说明：

1、分度盘；2、芯杆输送系统；3、管体环圈压装系统；31、运输环线；311、支撑板；312、运输带；313、支撑孔；314、步进电机；32、管体上料系统；321、管体振动盘上料装置；3211、管体振动盘；3212、管体直振器输料槽；3213、管体错料机构；3214、管体防错检测机构；32141、管体回转手指气缸；32142、管体转运滑台气缸；32143、气缸连接板；32144、管体视觉检测装置；322、管体悬臂机构；3221、管体回转气缸；323、管体气动抓手；33、环圈上料系统；331、环圈振动盘上料装置；332、环圈悬臂机构；333、环圈气动抓手；34、压装组件；341、压装导轨滑台；342、压装连接板；343、工装钉安装孔；344、工装钉；4、管体环圈组合体转运系统；5、钉体输送拧紧系统；51、钉体振动盘；52、钉体输送轨道；53、钉体旋拧机构；531、钉体旋拧滑台导轨；532、滑台导轨连接板；533、三爪气动手指；534、手指连接轴；535、钉体夹具；536、第一联轴器；537、扭矩传感器；538、第二联轴器；539、伺服电机；54、钉体转运滑台导轨；6、螺母输送拧紧系统；7、钉体管体收口系统；71、管体收口转运系统；72、管体收口装置；73、钉体收口转运系统；74、管体收口视觉检测装置；75、钉体收口装置；76、出料转运系统。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1-2所示，本发明的用于螺纹抽钉的组装机构，包括机架、设于机架上的分度盘1、环绕分度盘1设置的芯杆输送系统2、管体环圈压装系统3、钉体输送拧紧系统5、螺母输送拧紧系统6及钉体管体收口系统7，分度盘1与管体环圈压装系统3之间设有管体环圈组合体转运系统4，分度盘1与芯杆输送系统2之间设有芯杆转运系统，分度盘1底部设有旋转气缸，分度盘1上设有组装工装，用于放置待组装的零件。

如图3-4所示，管体环圈压装系统3包括固设于机架上的运输环线31、管体上料系统32、环圈上料系统33及压装组件34，管体上料系统32与环圈上料系统33相对设于运输环线31两侧，压装组件34设于运输环线31上方，管体上料系统32用于将管体运输至压装组件34下方的运输环线31上，环圈上料系统33用于将环圈运输至压装组件34下方的运输环线31上，如图6所示，压装组件34包括压装导轨滑台341、压装连接板342、工装钉344，压装连接板342与压装导轨滑台341固接，压装连接板342上设有工装钉安装孔343，工装钉344与工装钉安装孔343上设有对应的螺纹，工装钉344与工装钉安装孔343通过螺纹可拆卸连接；

如图5所示，运输环线31包括支撑板311、运输带312及步进电机314，支撑板311固设于机架上，运输带312环绕支撑板311设置，运输带312上设有支撑孔313，支撑孔313用于放置管体及环圈，支撑板311用于在压装组件34进行压装时对管体及环圈提供支撑，步进电机314用于驱动运输带312转动；

如图4所示，管体上料系统32及环圈上料系统33结构相同，管体上料系统32包括管体振动盘上料装置321、管体悬臂机构322、管体气动抓手323，环圈上料系统33包括环圈振动盘上料装置331、环圈悬臂机构332、环圈气动抓手333，以管体上料系统32为例，管体悬臂机构322设于管体振动盘上料装置321与运输环线31之间，管体气动抓手323与管体悬臂机构322固接，管体悬臂机构322带动管体气动抓手323夹取管体振动盘上料装置321输送的管体运送至压装组件34下方的运输环线31上，管体悬臂机构322包括管体回转气缸3221及悬臂，管体回转气缸3221的输出轴与悬臂固接，管体气动抓手323在管体悬臂两侧对称设有两个，管体回转气缸3221带动悬臂转动，使两个管体气动抓手323分别在管体振动盘上料装置321与运输环线31之间切换；

芯杆输送系统2、管体振动盘上料装置321及环圈振动盘上料装置331的结构相同，如图7所示，以管体振动盘上料装置321为例，包括管体振动盘3211、管体直振器输料槽3212及管体错料机构3213，管体直振器输料槽3212的两端分别与管体振动盘3211及管体错料机构3213相连，管体在管体振动盘3211的震动下沿管体直振器输料槽3212排列向前运输至管体错料机构3213，根据需要依次由管体气动抓手323抓取。

管体气动抓手323包括管体气动手指及夹具，气动手指与夹具可拆卸连接，气动手指带动夹具将管体或环圈夹起或放下，操作人员根据管体或环圈的规格选择合适的夹具，夹具包括抓手、支撑块及弹簧，支撑块设于抓手下方，弹簧的两端分别与支撑块及抓手相连，当压装组件34向下压装管体与环圈时，支撑块能够起到辅助支撑的作用；

工装钉344、环圈、管体在压装过程中的轴线重合，压装导轨滑台341带动工装钉344向下运动，首先将环圈套设在工装钉344上，之后继续向下运动，在支撑板311的支撑作用下，将环圈压装至管体内，得到管体环圈组合体。

钉体输送拧紧系统5及螺母输送拧紧系统6结构相同，以钉体输送拧紧系统5为例，如图8所示，包括钉体振动盘上料装置、钉体旋拧机构53及钉体转运滑台导轨54，钉体振动盘上料装置与管体振动盘上料装置321结构相同，如图8所示，钉体振动盘上料装置包括钉体振动盘51、钉体输送轨道52及钉体旋拧机构53，钉体旋拧机构53设于钉体振动盘上料装置上方，如图9所示，钉体旋拧机构53包括钉体旋拧滑台导轨531、三爪气动手指533、钉体夹具535、扭矩传感器537及伺服电机539，钉体旋拧滑台导轨531与钉体转运滑台导轨54通过滑台导轨连接板532固接，钉体夹具535与三爪气动手指533的自由端可拆卸连接，三爪气动手指533的固定端连接有手指连接轴534，手指连接轴534通过第一联轴器536与扭矩传感器537相连，伺服电机539的输出端通过第二联轴器538与扭矩传感器537的另一端固接，伺服电机539的固定端与旋拧滑台导轨固接，伺服电机539带动三爪气动手指533将夹具夹取的钉体或螺母与芯杆上的螺纹配合旋转至适当位置，扭矩传感器537可以对正在旋拧的零件进行合格检查，实时纠正装配问题，避免加工完成后还要进行旋拧高度检测，不合格品还要进行返工处理，大大节省了对装配后零件的检测以及返工浪费的时间。

钉体旋拧滑台导轨531上设有位移传感器，配合扭矩传感器537实时确定钉体的旋拧位置。

如图7所示，还包括管体防错检测机构3214，管体防错检测机构3214设于管体错料机构3213一侧，管体防错检测机构3214包括管体回转手指气缸32141、管体转运滑台气缸32142和管体视觉检测装置32144，管体回转手指气缸32141与管体转运滑台气缸32142通过气缸连接板32143固接，管体视觉检测装置32144位于管体回转手指气缸32141上方，管体回转手指气缸32141夹取管体，管体转运滑台气缸32142带动管体回转手指气缸32141运行到指定位置，管体视觉检测装置32144对管体的姿态进行识别，当发现姿态错误时，通过管体回转手指气缸32141旋转将管体调节至正确姿态，最后由管体转运滑台气缸32142将管体回转手指气缸32141复位，本发明中使用的管体视觉检测装置32144为工业相机及控制器，工业相机与控制器电性连接，控制器与管体回转手指气缸32141电性连接，根据需要还可以设置具有相同结构的芯杆防错检测机构、钉体防错检测机构或螺母防错检测机构。

如图10所示，钉体管体收口系统7包括管体收口装置72、钉体收口装置75及出料箱，分度盘1与管体收口装置72之间设有管体收口转运系统71，管体收口装置72与钉体收口装置75之间设有钉体收口转运系统73，钉体收口装置75与出料箱之间设有出料转运系统76。

管体收口装置72上设有管体收口视觉检测装置74，钉体收口装置75上设有钉体收口视觉检测装置，管体收口视觉检测装置74及钉体收口视觉检测装置均为工业相机，通过工业相机检测收口后的管体和/或钉体尺寸是否符合要求。

管体环圈组合体转运系统4、芯杆转运系统、管体收口转运系统71、钉体收口转运系统73及出口转运系统结构相同，以管体环圈组合体转运系统4为例，包括转运导轨滑台、升降气缸及夹取机构，升降气缸与转运导轨滑台固接，夹取机构与升降气缸的自由端固接。

本发明的用于螺纹抽钉的组装机构的工作原理如下：

芯杆输送系统将芯杆放置在分度盘的组装工装上；

管体环圈压装系统将环圈压装至管体内形成管体环圈组合体，由转运系统将管体环圈组合体套设在分度盘上的芯杆上；

钉体输送拧紧系统调节钉体的姿态，并将钉体套设在芯杆上并旋紧；

螺母输送拧紧系统调节螺母的姿态，并将螺母套设在芯杆上并旋紧，得到预装配螺纹抽钉；

转运系统将预装配螺纹抽钉运送至钉体管体收口系统，钉体管体收口系统将预装配螺纹抽钉上的钉体及管体收紧，完成装配。

Claims (7)

1.一种用于螺纹抽钉的组装机构，其特征在于：包括机架、设于机架上的分度盘、环绕分度盘设置的芯杆输送系统、管体环圈压装系统、钉体输送拧紧系统、螺母输送拧紧系统及钉体管体收口系统，所述分度盘与管体环圈压装系统及芯杆输送系统之间设有转运系统，分度盘上设有组装工装，所述管体环圈压装系统包括固设于机架上的运输环线、管体上料系统、环圈上料系统及压装组件，所述管体上料系统与环圈上料系统相对设于运输环线两侧，所述压装组件设于运输环线上方，所述管体上料系统及环圈上料系统均包括振动盘上料装置、悬臂机构、气动抓手，所述悬臂机构设于振动盘上料装置与运输环线之间，所述气动抓手与悬臂机构固接，所述悬臂机构包括回转气缸及悬臂，所述回转气缸的输出轴与悬臂固接，所述气动抓手对称设于悬臂两侧，所述气动抓手包括气动手指及夹具，气动手指与夹具可拆卸连接，所述夹具包括抓手、支撑块及弹簧，所述支撑块设于抓手下方，弹簧的两端分别与支撑块及抓手相连，所述钉体输送拧紧系统及螺母输送拧紧系统均包括振动盘上料装置、旋拧机构及转运滑台导轨，所述旋拧机构设于振动盘上料装置上方，旋拧机构包括旋拧滑台导轨、三爪气动手指、夹具、扭矩传感器及伺服电机，所述旋拧滑台导轨与转运滑台导轨固接，所述夹具与三爪气动手指的自由端可拆卸连接，三爪气动手指的固定端及伺服电机的输出端与扭矩传感器的两端固接，伺服电机的固定端与旋拧滑台导轨固接。

2.根据权利要求1所述的用于螺纹抽钉的组装机构，其特征在于：所述运输环线包括支撑板、运输带及步进电机，所述支撑板固设于机架上，所述运输带环绕支撑板设置，运输带上设有支撑孔，所述步进电机用于驱动运输带转动。

3.根据权利要求1所述的用于螺纹抽钉的组装机构，其特征在于：所述芯杆输送系统或振动盘上料装置包括振动盘、直振器输料槽及错料机构，所述直振器输料槽的两端分别与振动盘及错料机构相连。

4.根据权利要求3所述的用于螺纹抽钉的组装机构，其特征在于：还包括防错检测机构，所述防错检测机构设于错料机构一侧，防错检测机构包括回转手指气缸、转运滑台气缸和视觉检测装置，所述回转手指气缸与转运滑台气缸固接，所述视觉检测装置位于回转手指气缸上方。

5.根据权利要求1所述的用于螺纹抽钉的组装机构，其特征在于：所述压装组件包括压装导轨滑台、连接板、工装钉，所述连接板与压装导轨滑台固接，连接板上设有安装孔，所述工装钉与安装孔可拆卸连接。

6.根据权利要求1所述的用于螺纹抽钉的组装机构，其特征在于：所述钉体管体收口系统包括管体收口装置、钉体收口装置及出料箱，分度盘与管体收口装置之间、管体收口装置与钉体收口装置之间、钉体收口装置与出料箱之间分别设有转运系统。

7.根据权利要求1或5所述的用于螺纹抽钉的组装机构，其特征在于：所述转运系统包括转运导轨滑台、升降气缸及夹取机构，所述升降气缸与转运导轨滑台固接，所述夹取机构与升降气缸的自由端固接。