對長徑比小于1.5的螺絲實現(xiàn)吹式上料的研究

徐江明

（博眾精工科技股份有限公司，江蘇 蘇州 215000）

1 螺絲上料的現(xiàn)狀

傳統(tǒng)工藝中，零件組裝大多采用螺絲連接，自動組裝時就要用到螺絲機(jī)和電批。傳統(tǒng)的做法是：每鎖一顆螺絲電批都要到螺絲機(jī)上去取，由于螺絲機(jī)體積比較大，不能隨電批移動而移動，而且為防止影響電批工作，螺絲機(jī)一般都遠(yuǎn)離工作區(qū)域安裝，因此，每鎖一顆螺絲電批都要到螺絲機(jī)上去取就顯得費時費力，沒有效率。

為了提高效率，有人發(fā)明了螺絲吹式上料，即螺絲機(jī)/振動裝置將螺絲按特定姿態(tài)有序排列后，進(jìn)行自動分料，將分離出的單顆料用氣流直接吹到電批下，在電批移動到下一個待鎖螺絲位置的過程中完成螺絲的拾取，等電批到位后直接鎖螺絲。如此吹式上料可以避免傳統(tǒng)方法需要長距離去螺絲機(jī)拾取螺絲的弊端，大大提高了鎖螺絲的效率。

螺絲吹式上料雖然效率高，但需要滿足一個條件：螺絲吹送時，在管道內(nèi)的姿態(tài)可控，不會發(fā)生翻轉(zhuǎn)或者位偏導(dǎo)致卡料。管道是軟管，運動中肯定發(fā)生變形，螺絲長度大于管道通孔的1.5倍以上，即螺絲的長度與其最大直徑的比值大于1.5倍以上才能確保螺絲吹送過程中不會因翻轉(zhuǎn)或者位偏導(dǎo)致卡料。對于長徑比小于1.5倍的螺絲用普通圓形管吹送，容易發(fā)生螺絲翻轉(zhuǎn)或者位偏，無法保證姿態(tài)和不卡料，必須使用特殊的管道

2 上料原理與方法

本文專門對長徑比小于1.5倍的螺絲，尤其是3C消費電子行業(yè)的微小螺絲（如M1×1左右）如何實現(xiàn)吹式上料進(jìn)行了研究。要想對長徑比小于1.5倍的微小螺絲進(jìn)行有效吹式上料必須克服四項關(guān)鍵技術(shù)難題：

一是螺絲振動上料有足夠的效率，即不卡料。

二是內(nèi)腔仿形設(shè)計的輸送軟管自由彎曲時不卡料。

三是螺絲吹送后能防反彈并快速定位。

四是確保螺絲輸送到電批正下方時精確定位且有效消除上料時累積的磁性的影響。

針對以上技術(shù)難點逐一攻關(guān)，最終設(shè)計出了一套有效的吹式上料組件，經(jīng)試用，完全達(dá)到了預(yù)定的效果。以下為吹式上料組件的結(jié)構(gòu)，如圖1。

圖1 吹式上料組件

吹式上料組件分成四部分，分別是振動盤組件、分料器、吹料管、接料定位器。其中振動盤與分料器可安裝在設(shè)備的任意位置（如最優(yōu)位置），保持固定不動，而接料定位器則安裝在電批上，隨電批移動而移動。

吹式上料的工作流程是：螺絲在振動盤中通過振動將螺絲有序排列并輸送到限位槽內(nèi)，等待取用。當(dāng)需要螺絲時，由分料器將限位槽內(nèi)的第一顆螺絲分離出來，并吹進(jìn)吹料管。在氣流的作用下，該顆螺絲快速通過吹料管到達(dá)定位接料器，并在定位接料器中先粗定位。然后，定位接料器中的送料桿推出，將螺絲精定位后打開遮擋物，使螺絲顯露在電批頭正下方，供電批取用。電批拾取螺絲后，送料桿退回，讓出電批鎖螺絲位置，電批直接鎖螺絲。下面就前文提到的四個關(guān)鍵技術(shù)分別進(jìn)行解釋說明。

2.1 螺絲振動上料有足夠的效率，即不卡料

傳統(tǒng)的振動盤一般在限位槽外的入口處設(shè)有傳感器，當(dāng)檢測到卡料時（判斷依據(jù)：限位槽出口處缺料，入口處持續(xù)有料），利用氣流將這些改變了姿態(tài)的被卡螺絲完全吹掉，讓后續(xù)姿態(tài)正確的螺絲繼續(xù)上料。但是，由于氣流方向大小不可控，新進(jìn)的螺絲（可能被吹歪）也不一定能保證姿態(tài)正確，因此，仍可能繼續(xù)卡料。如此反復(fù)，直到出口處檢測到有螺絲。此法費時較長，效率低，難以跟上機(jī)器運行的節(jié)拍。

本上料機(jī)構(gòu)在限位槽內(nèi)的入口處設(shè)有傳感器，當(dāng)檢測無料時，利用間隙性的吹氣將改變了姿態(tài)的螺絲吹開（停止吹氣的時間為物料通過的時間），形成振蕩，實現(xiàn)物料姿態(tài)的微調(diào)，確保螺絲的快速輸送而不卡料。本設(shè)計是將未檢測到有螺絲作為卡料的依據(jù)，也就是前方不缺料的情況下就開始按卡料處理，從而確保供料的及時性（圖2）。

圖2 不卡料的振動上料結(jié)構(gòu)

2.2 內(nèi)腔仿形設(shè)計的輸送軟管自由彎曲時不卡料

針對長徑比小于1.5倍的螺絲，傳統(tǒng)的吹式上料用的是硬質(zhì)內(nèi)腔仿形管。使用時電批保持固定不動，由待鎖的產(chǎn)品移動來完成多顆螺絲的鎖附。由于移動產(chǎn)品位置的機(jī)構(gòu)比較龐大，對于多工序的自動化流水線來說顯然不太適合，最好的方式就是產(chǎn)品不動，由電批移動完成多顆螺絲的鎖附，此時，就必須用到柔性內(nèi)腔仿形管。傳統(tǒng)方法若采用柔性管，使用時柔性管在隨電批移動的過程中肯定會發(fā)生形變，使仿形腔變形而卡料。

本上料組件所用的柔性吹料管能夠確保自由彎曲時不卡料。如圖三左側(cè)所示，柔性管的外形設(shè)計成長方形，且仿形腔內(nèi)螺絲的軸線與長邊平行。由于長方形的兩個方向厚度不同，抗彎強(qiáng)度也不同，因此，自由狀態(tài)下只會向強(qiáng)度弱的方向彎曲，仿形截面只在強(qiáng)度弱的方向上微小變形，但由于螺絲為圓柱形且軸線與長邊平行，變形方向上屬于線接觸，微小變形不足以卡住螺絲。如圖3右側(cè)所示，只有當(dāng)螺絲軸線與長邊垂直時，才會因螺絲兩端接觸面變形而發(fā)生卡料。

圖3 吹料管結(jié)構(gòu)對比

2.3 螺絲吹送后能防反彈并快速定位

本組件設(shè)計了防反彈裝置，如圖4所示，在仿形通道內(nèi)設(shè)有彈線，彈線傾斜設(shè)置，當(dāng)螺絲吹進(jìn)的時候，將彈線的端部頂起，無障礙通過，并快速恢復(fù)自由狀態(tài)。當(dāng)螺絲撞擊阻擋反彈時，彈線的端部會頂住螺絲，完成粗定位。圖示彈線結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是：螺絲前進(jìn)的時候，彈線的阻力極小，反彈時彈線的阻力極大，能確保螺絲的粗定位。

圖4 防反彈定位結(jié)構(gòu)

2.4 確保螺絲輸送到電批正下方時精確定位且有效消除上料時累積的磁性的影響

螺絲吹到位后的定位與輸送（將螺絲輸送到電批正下方）是一個難題，原因有兩個：一是螺絲在振動盤內(nèi)頻繁摩擦?xí)a(chǎn)生磁性，影響定位。二是一般的輸送定位結(jié)構(gòu)都為半包圍結(jié)構(gòu)，輸送時易掉件。如圖5所示，傳統(tǒng)做法是利用磁力吸附或真空吸附來實現(xiàn)定位。若采用磁性吸附，安裝在定位結(jié)構(gòu)處的磁鐵會使整個結(jié)構(gòu)磁化，難以控制磁力線的方向，易導(dǎo)致螺絲定位不充分。若采用真空吸附，螺絲表面為螺紋結(jié)構(gòu)，表面不光滑使得真空吸附始終處于破真空狀態(tài)，吸附力不強(qiáng)。又由于螺絲小，自帶弱磁性，定位受到干擾，因此，此方法有定位不充分和掉件的風(fēng)險。

圖5 傳統(tǒng)送料結(jié)構(gòu)

本文所述吹式上料組件，如圖6所示，工作時接料定位器在隨電批運動的過程中能夠始終保持螺絲處于一個密閉的空間內(nèi)，不會發(fā)生物料的翻轉(zhuǎn)、滑落等危險。只有當(dāng)螺絲到達(dá)電批正下方時才將螺絲露出，露出前利用斜面將螺絲壓入精定位孔內(nèi)，實現(xiàn)精定位。由于壓入的過程螺絲橫向受力，與精定位孔垂直，所以即使螺絲自帶磁性也不會影響螺絲的精定位。因此，能夠確保物料輸送的穩(wěn)定性，既精確定位又不掉件。

圖6 全封式送料結(jié)構(gòu)

3 結(jié)語

本文介紹的吹料組件，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)長徑比小于1.5的螺絲吹式上料，提高上料的效率，而且還具有以下優(yōu)點：一是結(jié)構(gòu)模塊化、小型化，便于大批量生產(chǎn)。二是柔性化連接，供料裝置的安裝位置沒有空間限制，便于設(shè)備的整體布局。因此，本文所述結(jié)構(gòu)值得推廣運用。