CN204935053U - 螺丝钉自动锁付机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种螺丝钉自动锁付机，包括机架、三轴机械手、自动上料机、安全防护装置和自动控制装置，能够实现螺丝钉的自动定位和锁付功能，其中：三轴机械手有两套，它们的前端各装有一套将螺丝钉输送到螺丝批前端并锁紧的螺丝钉锁付机构(21)。本实用新型具有实用性能较强，生产效率高，结构合理，工作稳定，维修方便等优点。

Description

螺丝钉自动锁付机

技术领域

本实用新型属于机械设备自动化研发领域，具体涉及一种双料道螺钉供料系统，能方便快捷的实现螺钉自动供料、自动定位的螺丝钉自动锁付机。

背景技术

目前的制造行业中，复杂结构的零件上数量众多的螺丝钉安装过程都是靠在生产线上的人工作业，且零件的快速定位夹具的设计都有一定的困难，浪费大量的人力和时间，使生产效率大打折扣。因此设计出这台新型设备，能够自动加紧工件，自动快速实现多个工位的螺丝钉锁付。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种新型的螺丝钉自动锁付机，以解决目前复杂工件螺丝钉锁紧的低效率下，改进供料模式和螺丝钉自动锁付定位过程中存在的弊病。

本实用新型的目的是这样实现的：包括机架、三轴机械手、自动上料机、安全防护装置和自动控制装置。其中，三轴机械手有两套，它们的前端各装有一套将螺丝钉输送到螺丝批前端并锁紧的螺丝钉锁付机构。

每套螺丝钉锁付机构主要由螺丝钉卡爪、气缸、电动螺丝批、滑轨、传感器和三块固定板组成，其中一块固定板安装在机械手前端；另一块固定板安装滑轨和用于推动滑块上的电动螺丝批上下移动的气缸，所述滑轨的两端装有传感器，该滑轨的滑块上安装电动螺丝批；第三块固定板设有圆孔，该圆孔安装螺丝钉卡爪。

所述的螺丝钉卡爪设有螺丝钉卡爪左部件和螺丝钉卡爪右部件；该卡爪内部有弹簧。

本螺丝钉自动锁付机还设有自动控制装置，该装置采用PLC+触摸屏的方式。

所述的自动控制装置主要由以电信号相连的工控机、PLC、继电器、保护开关组成。

本实用新型与现有技术相比具有以下的主要的优点和积极效果：

1.实用性能较强：

本实用新型将螺丝钉锁付过程的多个繁琐的步骤整合为一体，利用两个三轴机械手配合动作，可以精确找到锁付螺丝钉的位置，实现螺丝钉的供给系统和工件装夹系统自动化，成功解决了汽车前端盖在生产线上的快速装配问题，避免了生产过程中因装配效率低而产生的配件堆积，同时节省了人力，对工作环境要求简单，方便调整工位，使用于多种场合。

2.生产效率高：

在螺丝钉锁付方面，本螺丝钉自动锁付机用于锁紧螺丝钉时，每三秒可锁紧螺丝钉为两个。在工件装夹方面，采用自动判断加紧装置，安装工件的时间节约30％，比老式锁付机整体效率提高1.3倍。

3.结构合理，工作稳定，维修方便。螺丝钉锁付坐标方便设置，可以满足不同用户的不同需求，控制面板可以小角度旋转，方便观察，机械结构经过多次安装调整实验，可以在各种条件下稳定工作，结构模块化设计，出现故障可以定位故障源头，方便维修。

4.目前生产线上的螺丝钉锁紧机械大部分依靠人力操纵螺丝批，有人眼去定位螺丝孔的位置，机械部分仅起到节省人力的目的，本实用新型螺丝钉自动锁付机，对机械手加装了机械手的自动定位功能，在螺丝钉锁付过程中可以脱离人的操作，并且改变了传统的上料模式，将供料系统和螺丝钉自动锁紧机构进行结合，并在螺丝钉锁付机上装有传感器，可以记录螺丝钉的数量以及工作状态。螺丝钉的上料方式采用震动盘和气推相结合，卡槽率几乎为0。夹具采用仿形加工，选取适当材料避免磨损划伤表面，夹具上装有两个位置传感器，用来判断工件是否到位，可以自动完成上下料工作，因此实用性能有很大提升。

5.螺丝钉自动锁付机的四周设有保护网和安全光栅，可保障该螺丝钉自动锁付机的核心部件及操作人员的安全，螺丝钉自动锁付机顶端配有三色指示灯，可以随时观察机器的工状态。

综上，本实用新型由于采用了双机械手的结构，通过合理的控制，成功的解决了密集的运动路线下的碰撞问题，并通过添加传感器对机器整个工作状态进行实时的监控，发生意外或供料不足时能够及时发出报警。这些改进使得在复杂的工件工作状态下，螺钉的锁紧效率大大提高，实现了螺钉的上料、工件加紧、定位、螺丝钉锁紧、工件卸料的一体化。机械手的运动方便设定，可以实现不同尺寸工件的螺丝钉锁付，能够满足了不同用户的需要。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构图。

图2为工件及夹具图。

图3为图2的俯视图。

图4为螺丝钉卡爪结构图。

图5为图6的左视图。

图6为螺钉锁付机构支撑板零件图。

图7为图6的左视图。

图8为图6的俯视图。

图9位快速夹钳结构图。

图10为螺丝钉自动锁付机构模型图。

图中：1.下部机架；2.脚轮；3.地脚；4.滑块；5.工作台面；6.X轴直线副导轨；7.X轴直线副导轨滑块；8.X轴直线导轨；9.Z轴直线导轨之滑块；10.Z轴直线导轨；11.电动螺丝批；12.上部机架；13.按钮盒；14.触摸屏；15.三色灯；16.第一有机玻璃；17.第二有机玻璃；18.第三有机玻璃；19.第四有机玻璃；20.第五有机玻璃；21.螺丝钉锁付机构；22.工件；23.震动盘；24.安全光栅；25.夹具底板；26.夹具支撑；27.压紧气缸；28.螺丝钉卡爪；29.螺丝钉进入口；30.电动螺丝批顶入口；31.螺丝钉卡爪左部件；32.螺丝钉卡爪右部件；33.第一螺丝钉锁付机构的固定板；34.第二螺丝钉锁付机构的固定板；35.第三螺丝钉锁付机构的固定板；36.夹钳柄；37.橡胶压头；38.夹钳底座；39.气缸；40.滑块；41.滑轨；42.螺丝钉。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步的说明，但不以任何方式对本实用新型加以限制，基于本实用新型教导所作的任何变换，均落入本实用新型的保护范围。

本实用新型提供的螺丝钉自动锁付机，其结构如图1所示，包括机架、机械手、螺钉锁紧机构、自动上料机、安全防护装置和自动控制装置，通过这些部件之间的控制、联系与反馈，实现其功能。其中：自动上料机装在机架的下部，通过管道将螺丝钉推入螺丝批内，螺丝钉锁紧设备与机械手链接，随机械手一起运动，通过传感器等测量元件进行自动化控制。

所述机架由上部机架12、下部机架1和工作台面5组成，如图1，其中：上机架安装有第一有机玻璃16、第二有机玻璃17、第三有机玻璃18、第四有机玻璃19、第五有机玻璃20和安全光栅24以及报警器指示三色灯15，五块有机玻璃和安全光栅可以有效保障操作人员和设备的安全，三色指示灯分为黄、红、绿，分别代表急停、警报和正常运行。上机架外部装有按钮盒13和触摸屏14，用于人工控制机器的运行。下机架采用80*80方钢焊接而成，保证足够的强度与刚性要求，封板用钣金；下机架的底部装有6只环球2.5寸万向脚轮2及6只M16地脚3，地脚用于长时间的支撑，并可打孔以固定在地面上，防止机器在使用时由于惯性发生移动和晃动，当需要移动设备时，可以旋转地脚的螺母，调整地脚的高度使万向脚轮着地，可以移动整个设备，方便随时调整本螺丝钉自动锁付机的位置。位于上下机架结合部分的工作台面5，其底面板采用6061铝合金制作，表面氧化。

为了保证生产效率要求，采用独立运动的两套机械手和两套螺钉锁付机构对产品进行螺钉锁付，两套机械手可以同时运动，效率提高一倍。在高速、高冲击力的环境下能够平稳无干涉的工作。

所述的两套机械手结构相同，为现有技术。每套机械手由X轴、Y轴、Z轴的三个直线导轨和副直线导轨、控制运动的六个伺服电机以及伺服电机驱动器和相应的电路组成；其中X轴直线导轨8、Z轴直线导轨10以及Y轴直线导轨均配有滑块4。X轴、Y轴、Z轴的三个副直线导轨也配有滑块，例如在X轴方向有X轴直线副导轨滑块7，在Z轴方向有Z轴直线导轨之滑块9，导轨和滑块为标准结构和尺寸，安装方法与现有三维机械手相同。机械手可以在螺丝钉自动锁付机内部空间按X、Y、Z轴三个方向移动。运动过程中，伺服电机驱动器控制伺服电机按一定的速度和转数运动，伺服电机带动X、Y、Z轴三个方向的丝杠转动，从而控制机械手的移动。该机械手由工控机控制，机械手前部连接电动螺丝批和控制螺丝钉运动的气缸、卡爪等机械部件(也就是螺丝钉锁付机构部分)，能够准确的找到螺丝孔的位置，效率提高一倍以上。使用过程中，伺服电机驱动器受上位工控机控制，发出信号给伺服电机，伺服电机带动丝杠按一定的速度和圈数旋转，带动机械手和安装在机械手前部的螺丝批到达指定位置，送料设备开始工作，螺丝钉通过轨道进入螺丝批前段，气缸推动螺丝批运动，将螺丝钉推入螺丝孔，并旋转锁紧。

所述两套螺丝钉锁付机构21是本实用新型的重点创新结构，在图1中用虚线框代表，它们分别装在两套机械手前端，该机构的主要作用是将螺丝钉输送到螺丝批的前端并锁紧，从而解决了现有螺丝钉锁付机必须靠人力实现螺丝钉锁付的难题，以往的螺丝钉锁付工作靠人手将螺丝钉放入电动螺丝批的批头处进行锁紧，而本实用新型设计制造出了特殊的螺丝钉卡爪和支撑板等结构，实现电动螺丝批和卡爪之间可控的动态连接，使得形状复杂难以控制的螺丝钉可以快速无误的锁入工件内部，整个过程无需任何人为操作，实现了完全的自动化。该机构的具体安装模型如图10所示，下面对该机构进行详尽的描述。螺丝钉锁付机构21，如图4，由螺丝钉卡爪28、气缸39、电动螺丝批11、滑轨41、滑块40、传感器等组成，其中：电动螺丝批采用日东或奇力速电动螺丝批，为现有设备，该电动螺丝批扭力参数由卖方提供，扭力可机械设定并具有记数功能，扭力、数量未达到设定值自动报警提示，配合控制系统能准确的实现功能。由于加工工件有大尺寸的凹陷，并且要脱离人工操作满足自动化的需求，需要对标准尺寸的电动螺丝批进行改装，加长螺丝批的批头部分的长度。每套螺钉锁付机构设有支撑板，参见图6，包括第一螺丝钉锁付机构的固定板33、第二螺丝钉锁付机构的固定板34和第三螺丝钉锁付机构的固定板35，其中固定板34安装在机械手前端，滑轨安装在固定板33上，电动螺丝批安装在滑轨的滑块上，可以上下控制移动，传感器安装在滑轨两端，用于检测电动螺丝批的运动位置，螺丝钉卡爪28安装在固定板35的圆孔里，图7中的圆孔中锁有螺母，当拧紧螺母时，库顶板35上的圆孔收缩，用于锁紧螺丝钉卡爪28。利用卡爪的特殊结构控制螺丝钉的抓放，输送螺丝钉的管道与螺丝钉进入口29相连，螺丝钉42通过与螺丝钉自动上料机相连的管道，采用气动方式由螺丝钉进入口29进入螺丝钉卡爪28，并被该卡爪加紧。该卡爪设有螺丝钉卡爪左部件31和螺丝钉卡爪右部件32，该卡爪内部有弹簧，螺丝钉卡爪左部件31和螺丝钉卡爪右部件32两个部分之间平常状态是通过弹簧力合并的，电动螺丝批的批头通过电动螺丝批顶入口30进入螺丝钉卡爪28，当电动螺丝批在气缸的推动下，螺丝批的批头延Z轴向下顶入卡爪时，卡爪就会受力松开，从螺丝钉卡爪左部件和右部件之间的部位释放螺丝钉，由于电动螺丝批的批头部位本身自带的磁力作用，会紧紧的吸在电动螺丝批的批头上，随后机械手带动整个螺丝钉锁付机构延Z轴方向向下移动到螺丝孔相应的高度，将螺丝钉42顶入螺丝孔内，电动螺丝批开始旋转锁紧，实现螺丝钉锁付功能。

在操作台底板上装有定位夹具，该夹具采用ABS仿形加工，上铺绒布放置产品划伤。该夹具支撑中装有光电传感器，用于检测产品的有无，通过夹具保证锁付螺钉垂直于台面。当工件22到位后，压紧气缸伸出，使快速夹钳自动加紧，安装完成后气缸收缩，快速夹钳可以自动松开，方便取走工件。

所述定位夹具采用气动控制快速夹钳实现功能，由图2中的夹具底板25、夹具支撑26、压紧气缸27组成。夹具底板25通过螺母连接安装在下机架上。夹具支撑26具有与工件类似的仿形结构，其内部空间符合工件的外形，可以方便的用于放置复杂形状的工件，避免工件的划伤。所述快速夹钳的结构如图9所示，由橡胶压头37、夹钳底座38和夹钳柄36组成，其中橡胶压头37用于压紧工件；夹钳底座38装在夹具底板25上；夹钳柄36连接压紧气缸27，当压紧气缸伸出时，橡胶压头即可压紧工件。

所述螺丝钉自动上料机是以震动盘为基础部件的改进设备，其作用是将杂乱无序的螺丝钉整理、排列、计数并输送给螺丝钉锁付机构。采用了管道式的供料方法，用气体推动螺丝钉在管道内部的运动，并且增添了检测装置，有效防止管道内部螺丝钉的堆积和发生缺料情况。由于本只用新型采用了两套机械手，为了满足同时供料的要求，针对特定规格的螺丝钉，震动盘内部设计了特殊的料道结构，增添了相应的控制输送的开关环节，实现对两个电动螺丝批的同时独立供料。其中振动盘为现有设备。因每种螺丝钉的尺寸规格不同，对螺丝钉的整理排序的方法也不一样，所以采用一种螺丝钉的自动上料机只能应用于相应规格的螺丝钉。该自动上料机主要由装在下机架上的振动盘23、装在振动盘内部螺丝钉各个出口的传感器、与分料气缸相连的电磁阀和控制部分等组成，并且同时含有两套螺丝钉输送机构，分别输送至两套独立工作的机械手。详细部件如下，其中的作用分别是：电源开关：控制供料机整机电源；螺丝吹送电磁阀：将分料气缸分出的螺丝吹送至锁嘴；螺丝分料电磁阀：用于驱动分料气缸；电路控制盒：控制系统包括信号通讯中心；分料螺丝气缸：将轨道的螺丝分出；缺料检测开关：用于检测轨道是否缺料；螺丝出口：连接锁嘴管道的螺丝出口；螺丝振动盘：负责螺丝的陈列和排列；螺丝分料气缸：与电磁阀相连的气缸，气缸伸缩时，将轨道的螺丝分出；缺料检测开关：是一个光电开关，用于检测轨道是否缺料；振动盘控制器：振动盘电源供给和控制及其振动强度的调节。这些结构一起组成了自动上料系统。所述的螺丝钉震动盘内部的料道是根据螺丝钉的规格尺寸设定额，只能应用于某种特定型号的螺丝钉，并且震动轨道采用二料道，分别对安装在两个机械手上的两个螺丝钉锁付机构自动供料，卡钉率≤0.1％。当电源通电后，震动控制器启动，振动盘将螺丝钉排列整齐，分料电磁阀控制分料气缸，将螺丝钉送入输送轨道，检测并计数，当收到机械手给的送料信号后，螺丝吹送电磁阀接通，气阀吹气将螺丝钉顺利输送至螺丝钉锁付机构的卡爪处，通过螺丝批将螺丝钉旋转钉入工件，缺料检测开关则是用来检测管道内部是否缺料，提醒操作人员按时加料。通过以上部件的结合实现了数据采集以及可控的自动化上料功能。

所述安全防护装置是指机玻璃板、位置传感器、三色指示灯15和装在上机架前部的安全光栅传感器24等组成的监控保护系统。在机器运行过程中，安全防护装置监控整台机器的工作状态，发生意外时候能够自动急停复位等。所述安全光栅可以采用施耐德公司的产品，当螺丝钉自动锁付机工作时，一旦有物体进入机械手工作范围，就会遮挡到光栅发出的交互红外信号，光栅察觉到有物体介入可能影响到设备或人的安全后，会发出信号给上位机，实现急停等安全程序，同时三色指示灯15根据不同工作状态闪烁提醒，具有逻辑性强、安全、互锁的运行特点。

所述自动控制装置，装在螺丝钉自动锁付机底部的电控箱里，用于控制整个螺丝钉自动锁付机的运行。主要由工控机、PLC、继电器、保护开关等电气元件组成，通过信号线连接触摸屏14、伺服电机控制器、按钮盒13、电磁阀和振动盘控制器进行对设备的动作控制；通过信号线连接位置传感器、安全光栅24和缺料检测开关等反馈元件对设备状态进行监控。该自动控制装置采用PLC+触摸屏的方式，触摸屏采用华研的LED显示屏，均为现有设备。

本实用新型创新的采用了双三轴结构，一套上料装置同时独立提供两个电动螺丝批的螺丝供给，提高了效率和响应的快速性；在机器工作过程中加入了多个传感器，能够及时反馈信息，能够防止机器碰撞和保护操作人员的安全；机架合金连接牢固，提高了机械手功率，能在重载下平稳工作；夹具方面的仿真设计和自动检测工件位置、自动加紧工件机械结构的创新，为工件的定位和加紧提供了方便；设计制造出了螺丝钉锁付机构，包括螺丝钉卡爪和锁付机构的支架等，实现了复杂形状的螺丝钉自动定位锁紧功能；供料系统和数据采集系统的改善，不仅节省了人力而且在操控性能上也有很大提高，主要用于汽车前盖通风部位的螺丝钉锁付。

本实用新型提供的上述螺丝钉自动锁付机，其工作过程是：螺丝钉自动锁付机控制采用PLC+触摸屏的方式，运行模式包括自动运行、单步运行、手动运行三种模式。设备接通电源后，机器首先自动复位，机械手自动回复原位，并抬起Z轴，防止上次操作对本次操作的影响，然后按需要选择一种工作模式，确定工作模式后机器进入工作状态，安全光栅24开始检测工作，人工将工件放在操作台的夹具槽内，夹具支撑26内部传感器进行放错检测，确定工件位置是否正确，传感器检测到有工件正确放入后，由自动控制装置发出动作指令，压紧气缸27推动装在夹具底板25上的快速夹钳柄36运动，自动进行产品加紧定位，安全光栅检测无遮挡，确定操作人员在安全范围后系统控制自动上料机的运行，螺丝吹送电磁阀打开，在气体的推动下自动供料，并通过传感器检测供料是否顺利，无误后，机械手通过X、Y、Z轴的运转运行到指定位置，螺丝钉通过管道进入锁付机构内部的螺丝钉卡爪28里，锁付机构内部的气缸通气，使安装在锁付机构支撑板，参见图6，滑轨上电动螺丝批延Z轴向下运动，电动螺丝批的批头由顶入口30顶入卡爪内部，迫使卡爪张开释放螺丝钉，螺丝钉由于磁力吸附在电动螺丝钉的批头上，然后位于三轴机械手前端的螺丝钉锁付机构21在Z轴伺服电机的带动下，继续延Z轴向下运动，到达Z轴指定螺丝孔高度时便将螺丝钉压入螺丝孔内，螺丝批的批头开始旋转，并伴随整个螺丝钉锁付机构向下移动，锁紧螺丝钉并计数，按要求依次锁紧工件上的每个螺丝钉位置后，机械手复位同时夹具自动松开，操作面板给出信号，提示操作人员取走工件，完成整个工作过程。

Claims (5)

1.一种螺丝钉自动锁付机，包括机架、三轴机械手、自动上料机、安全防护装置和自动控制装置，其特征在于：三轴机械手有两套，它们的前端各装有一套将螺丝钉输送到螺丝批前端并锁紧的螺丝钉锁付机构(21)。

2.如权利要求1所述的螺丝钉自动锁付机，其特征在于：每套螺丝钉锁付机构(21)主要由螺丝钉卡爪(28)、气缸(39)、电动螺丝批(11)、滑轨(41)、传感器和三块固定板组成，其中一块固定板(34)安装在机械手前端；另一块固定板(33)安装滑轨和用于推动滑块上的电动螺丝批上下移动的气缸，所述滑轨的两端装有传感器，该滑轨的滑块上安装电动螺丝批(11)；第三块固定板(35)设有圆孔，该圆孔安装螺丝钉卡爪(28)。

3.如权利要求2所述的螺丝钉自动锁付机，其特征在于：螺丝钉卡爪(28)设有螺丝钉卡爪左部件(31)和螺丝钉卡爪右部件(32)；该卡爪内部有弹簧。

4.如权利要求1所述的螺丝钉自动锁付机，其特征在于：设有自动控制装置，该装置采用PLC+触摸屏的方式。

5.如权利要求4所述的螺丝钉自动锁付机，其特征在于：自动控制装置主要由以电信号相连的工控机、PLC、继电器、保护开关组成。