螺丝自供给设备机械结构的优化设计

王浩楠+徐大明+陈伟木

摘 要：本文通过对一种新型螺丝自动供给设备的机械结构进行分析，并提出了对其螺丝筛选机构、螺丝传送机构和螺丝输出机构等各个部件进行优化的方案，使其改进后更适合于与电动螺丝刀相结合，实现螺丝的自动供给和安装，对提高生产装配的效率和质量具有很大的价值。

关键词：螺丝机；自动供给；结构优化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.21.021

拧螺丝作为玩具装配生产线上最为重要的一环，传统上采用的工具是电动螺丝刀或者是气动螺丝刀，而这类工具最大的缺点就是需要生产线上的工人高度集中精神，将一个个螺丝用手工操作的方式拧到安装目标上，螺丝的安装质量全靠工人的工作经验来保障，这除了关系到工人的工作效率和人身安全之外，也关系到产品的生产质量。随着工业生产现代化水平的提高，采用螺丝自动供给装置来代替工人手工自检螺丝已成为了现实[1]。本研究团队通过检索中华人民共和国国家知识产权局的专利查询系统，检索到一项名称为《一种新型螺丝自动供给设备》的专利，申请人为东莞新爱荣机械自动化设备有限公司，我们仔细研读了该专利文件的内容，并对其进一步进行优化设计，使其能够更好的配合动电动螺丝刀来实现螺丝自供给的操作。

1 主要研究内容的确定

根据专利文件《一种新型螺丝自动供给设备》所述，如图1-1所示，该设备主要由底座支架①、螺丝输出机构②、螺丝传送机构③、螺丝筛选机构④构成[2]。其工作原理是用电机驱动螺丝筛选机构中的送料圆筒不断转动，圆筒中的勾片将存于圆筒底部的螺丝勾起，当转到顶部时，螺丝会自动掉落到螺丝传送机构的导轨上，导轨在震动变压器驱动下，不断将螺丝传送到螺丝输出机构，以输出螺丝[2]。要达到将螺丝准确的送给电动螺丝刀，我们经过分析和研究，确定了从以下几个方面对该机构进行优化，以便电动螺丝刀能快速、稳定、准确的接收到每一颗螺丝：

（1）该螺丝筛选机构采用送料圆筒进行送料，整个圆筒需进行360度不断旋转，驱动功率大，我们将针对这一点进行优化设计，使其驱动功率变小、落料可控、并减小噪音；

（2）该螺丝筛选机构采用的是皮带传动，针对这一点我们将优化设计成纯机械传动，解决皮带松动改变送料圆筒转速的问题；

（3）为解决落到螺丝传送机构导轨上的螺丝出现螺丝重叠现象，我们将进一步优化传送机构装置，使其不用通过加大震动变压器的震动力度，将多余螺丝震出；

（4）进一步优化螺丝自动供给机构的体积和重量，使其占空间少，并易于移动和摆放。

2 螺丝自动供给设备机械结构的优化

2.1 螺丝筛选机构的优化

为了对螺丝筛选机构进行优化，我们分别设计了震动圆盘式筛选机构、两级变速阶梯式筛选机构、旋转圆盘筛选机构三种筛选方式。震动圆盘式筛选机构是在一个圆盘上由外及内设计三圈螺旋式筛选通道，让螺丝由外及内不断震动传送到圆盘中心点，然后落到送料导轨上，这个方案的缺点在于实施过程中偶尔有螺丝掉出导轨。两级阶梯式筛选机构我们采用两层阶梯，两级变速进行螺丝筛选，为了能将一颗螺丝传到导轨上，第二层阶梯我们还采用倒梯形设计，这种方案在传输螺丝的过程中唯一的缺点就是螺丝筛选的过程偶尔出现不连续的现象。旋转圆盘筛选机构是我们参考了旋转圆筒筛选机构而产生的设计方法，将圆筒变为圆盘，可降低直流电机驱动的功率，并减小筛选噪音。如图2-1为旋转圆盘筛选机构，整个圆盘内嵌勾片，将螺丝置于圆盘之內，用直流电机驱动圆盘旋转，当螺丝被勾片勾到上方时，会自动落到送料导轨之上。经过方案比较和试验，最后筛选机构我们采用了旋转圆筒筛选机构方案。

2.2 螺丝传送机构的优化

采用旋转圆盘筛选机构方案仍存在落料难以控制的缺点，当勾片勾起两颗以上的螺丝时，落到送料导轨上的螺丝有可能重叠或横放到导轨之上，因此有必要对送料过程的机构进行优化，使螺丝在导轨上一颗一颗排列好进行震动传输。当多颗螺丝落到送料导轨上，采用加大震动强度的方法将多余螺丝震出导轨的方式是不可取的，由于安装到玩具上的螺丝规格较小，震动强度加大，容易让螺丝卡在导轨上，有时也会将正常传送的螺丝震出导轨，同时也加大了机构发出的噪音。因此，本团队没有在导轨上再想办法，而是在导轨之外设计一套刷子传动机构，该传动机构可带动一把刷子，在直流电机控制之下，不断刷掉导轨上重叠和摆放不正的螺丝，其结构如图2-2所示，它分别由圆形齿轮①、扇形传动轮②、限位螺杆③、椭圆形传动轮④构成，当直流电机带动椭圆形传动轮转动后，限位螺杆上下摆动，使得扇形传动轮来回转动的角度控制在45度，这样也就限制了圆形齿轮按45度角转动，当在圆形齿轮上安装带刷子的轴成后，刷子也会按45度角左右摆动，抹去导轨上重叠的螺丝。

2.3 螺丝输出机构的优化

为了使每次能准确输出一颗螺丝，本团队将螺丝输出机构进一步优化，如图2-3所示，它主要由限位挡板①、螺丝夹块②、传动夹板③、传动轴④构成。当螺丝到达螺丝输出机构时就被螺丝夹块夹住，此时若气缸推动传动轴，传动夹板带动螺丝夹块就会移动，当移动到小箱体内螺丝输出孔位置时，限位挡板挡住传动夹板继续移动，保证螺丝准确落到输出孔的位置，等待输出。

2.4 螺丝自动供给机构底座方案的确定

底座是整个螺丝自动供给设备的支撑和部件之间的连接。采用铝合金型材作为底座，其优点是成本低廉，重量轻，但由于整个螺丝自动供给机构需要通过震动来传送螺丝，铝合金型材吸震能力弱，因此不宜作为本机构的底座。采用铸铁作为底座，其优点是承载能力高，吸震能力强，但重量重，可修改性不强，由于本机构一旦成型，就不用进行修改，因此本机构采用铸铁作为底座更加理想[3]。

3 螺丝自动供给设备优化后的工作流程

经过优化之后的螺丝自动供给设备，需要通过气、电协助，将螺丝从筛选机构一直传送到输出机构，其工作流程如图3-1所示。

具体工作过程是当机构收到安装螺丝信号时，先行检测传送机构的导轨上是否存在螺丝，如果螺丝不够，则启动电机驱动圆盘旋转进行螺丝筛选，同时另一台电机驱动刷子传动机构工作，抹掉送料导轨上重叠或横放的螺丝，安装在导轨下的震动变压器以设定的频率震动，使得螺丝按顺序传送到螺丝输出机构的卡口，再由气缸推动螺丝输出机构将螺丝送出，从而实现螺丝的自动供给。

4 总结

随着工业自动化生产技术水平的不断提高，螺丝自动供给设备具有广阔的应用前景。通过改进和优化螺丝自动供给设备的螺丝筛选机构、螺丝传送机构和螺丝输出机构，使其结构更加简单、传动更加平稳、稳定性高、可靠性强、体积变小，移动方便，操作进一步简化[2]。此机构可与改造过的电动螺丝刀通过气、电连接，实现螺丝自动传送到螺丝刀头，并自动进行安装，大大提高了生产线工人拧螺丝的效率，改善了螺丝的安装质量，一定程度也保障了工人的人身安全，必将得到越来越多的应用。

参考文献：

[1]刘强，赵紫谦，沈子昂，李浩.浅谈螺丝刀的改进与创新[J].科技与企业，2013（17）：312.

[2]冯国明，张英军，陈平，陈豫川，李良.一种新型螺丝自动供给设备：中国，201510020815.0 [P].2015-01-15.

[3]林建刚，陈建瑶，曹平何，润琴.基于单片机控制的龙门式自动送锁机器人的研制[J].科学与财富，2016（07）：117-118.

项目经费：2017年度广东省大学生科技创新培育项目：螺丝自供给的电动螺丝刀装置（编号：pdjh2017a0731）

作者简介：王浩楠（1997-），男，广东汕头人，学生，研究方向：机械设计。endprint