微小型螺釘自動夾持系統技術研究

張少峰

摘要： 微型螺釘在精密電子儀器領域應用極為廣泛，目前微型螺釘的生產技術已較為成熟，然而將這些微型螺釘應用于產品中還須要做進一步的機械加工與在線檢測，那么就需要對微型螺釘進行二次裝夾，目前無法實現微型螺釘自動化單顆的高精度定位與加緊。有鑒于此，本裝置的目的在于提供一種微型螺釘自動裝夾的功能，以解決現有微型螺釘不能夠實現單顆高精度自動定位與夾緊的問題。通過多批次的生產應用，效果良好，將目前的手動裝夾完全轉換為全自動裝夾，極大的減輕了勞動力，不僅滿足產品的質量要求，還大幅度的提高生產效率，具有良好的推廣應用價值。

關鍵詞： 微小型零件;自動化;獨立高精度定位與夾緊

引言

以螺釘為代表的微小型零件是鐘表等微型結構系統中重要的連接零件，但是由于其結構微小，需要使用手動裝夾的方法安裝或檢測，將會使輔助時間遠遠增加，并且勞動強度也比較大。

微、薄、輕、雜是微小型零件的常見特征，導致了零件難以抓取、易被損傷，成為實現自動化的障礙。

自動夾持裝置工作原理

典型的微小螺釘，外圓和高度均只有幾毫米，進行大批量生產時，之前的裝夾方式主要是手動作業，將每一個顆個零件預先擰在一個基板上或安裝在三爪卡盤上，然后再進行加工，所以手動擰緊每一顆零件浪費了大量的裝夾時間，加工效率極底。

基于此，自動夾持裝置的設計遵循以下的思路：

首先要解決零件自動排序的問題，而且是在零件處于雜亂狀態下通過裝置對零件進行分類、排序和自動送料;

其次要解決自動裝夾的問題，這個必須依靠機械裝置來實現，它的主要功能是對零件的抓取、運動和定位，這個三個動作必須一氣呵成，且定位的同時實現夾緊;

最后，在實現上述兩個主要功能的基礎上，要對整個系統進行精準的邏輯控制，使得各個動作發生的時序要按照預設的程序進行，整合成一個系統。

整個裝置由以下幾部分組成：系統控制器、基于振動盤的零件排序裝置、直線送料裝置、柔性夾持機械手、多功能定位夾緊模塊，具體實施的主要流程如下：

把待加工的零件倒入振動盤料斗，通過振動盤的振動作用對零件位置進行篩選排序，將零件自動送入直線送料器;然后在通過直線送料器將零件送入機械手卡槽內，實現機械手對零件的有效抓取;最后直線氣缸推動機械手將零件送入工作臺的氣動三爪中心內，將零件夾緊，從而完成整個裝夾過程。

關鍵單元研制

振動盤

振動盤是一種能自動定向、排序的送料結構，它能實現各種產品有序排列，是自動夾持裝置中重要的輔助裝置。

振動盤料斗的設計和制造是振動盤實現功能的關鍵。為了滿足這種微型零件的精密排序送料，料斗設計為漸開螺旋線結構，也便于數控機床的加工。同時，為了解決零件排序時在軌道內上升容易出現多排上升的情況，將軌道的寬度設計為小于零件外圓直徑，這樣可以保證單列零件上升、多余的則會重新掉入振動盤內。

在零件自動排序時，還會出現大端向下，小端向上這種情況，由于在上升過程中位置基本不會發變化，這種情況下零件是不會掉入出料口槽內的，解決方法是在料斗的側壁上加裝一個斜線撥片，因為大端向下，小端向上的零件的高度尺寸大于正常上升的零件尺寸，所以會被斜線撥片重新撥入料斗內，重新調整位置然后再繼續上升。

直線送料裝置

微型零件在振動盤里面排好序出來將進入直線送料器，等待機械手抓取上料。同時，在該機構中安裝了光電傳感器，感應直線送料器為滿載狀態時，系統自動停止振動盤，對振動盤實現自動啟停功能，提高振動盤的使用壽命。

柔性夾持機械手

上料機構主要由機械手、底座、直線氣缸、動滑軌、靜滑軌、彈簧等組成。

機械手上料裝置默認為縮回狀態，此時活動卡手與固定卡手的位置正好處于動滑軌的開口處。壓緊裝置與氣缸之間產生斜面配合，壓緊裝置繞旋轉中心向右旋轉實現打開狀態，此時零件由直線上料裝置滑入活動卡手與固定卡手的動滑軌內。

當氣缸通氣時，氣缸推動機械手伸出，壓緊裝置失去與氣缸的斜面配合，壓緊裝置在內部彈簧作用力下向左旋轉壓緊零件，限制了零件的Z向自由度。零件在固定卡手的推動下在滑軌內向前滑動，直到將零件送入三爪氣缸中心準確停止。三爪卡盤在壓縮空氣的作用力下，自動夾緊零件。

多功能定位夾緊模塊

工作臺由旋轉氣缸、三爪氣缸、活動三爪、固定三爪、工作臺本體、和支撐座等零件組成。

打破傳統三爪夾緊的結構，將三爪設計為定爪和動爪相結合的定位方式，實現了進料槽和夾持孔的動態調整，解決了微型螺釘軸向與徑向易掉落的難題。通過調節氣壓控制動爪夾緊力，實現螺紋不被損傷。通過對旋轉氣缸加裝緩沖型限位模塊提高立臥式自動轉換重復定位精度。

控制系統

控制系統主要作用分為電路控制和氣路控制兩大部分。

主電路采用低壓電源，首先是將220V電降壓輸出為人體安全電壓DC24V，將電壓輸送給PLC、振動盤變頻器、電磁閥、等其它檢測報警傳感器提供主電源，確保設備的用電安全，系統控制器是采用SIEMENS S7—200的PLC控制整個電路的邏輯關系，設備中加裝計數器，實現加工數量的自動計數。

氣路控制是利用壓縮空氣，把空氣進行過濾、調壓、潤滑處理后、使得壓縮空氣大于0.7Mpa，將壓縮空氣輸送到4組電磁閥，通過電路控制完成各個氣動零件的動作。

系統集成與應用效果

使用自動夾持裝置可以對微小型螺釘進行多種類型的加工提供裝夾，可實現的功能包括;自動測量裝夾，自動銑削裝夾，自動鉆削裝夾，自動鋸削裝夾。工作臺可以實現立臥自動轉換，更方便的滿足了零件的多樣性加工。

結論

經過生產驗證，全自動裝夾系統總體方案可行有效，不僅保證了產品的合格率、質量的穩定性，減輕了勞動力，而且還極大的提高了生產效率，為類似產品的全自動定位裝夾提供了良好的借鑒。通過本套裝置成功的解決裝夾瓶頸難題，本套裝置在突破各關鍵技術的基礎上實現小型化、模塊化和機電一體化設計，在國內有較高的先進性。

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