一种能适用于多种批头定向整列送料装置研究

洪五贵

（江苏帝浦拓普智能装备有限公司，江苏 昆山 215300）

1 前言

在现代工业制造中，螺丝得到了大量应用，随着使用的螺丝种类越来越多，这样导致拧紧螺丝的批头结构种类也越来越多（如一字、十字、米字、星型、方头、六角头、Y型头部等）。固定螺丝的电动螺丝刀（俗称电批）出货时，多种规格的批头会装在批头盒随着出货。原有的批头装盒生产模式为手工装配，生产效率低，装配质量不稳定，为解决手工装配的问题，笔者自主研发了一台批头自动装骨架设备。因批头有以下特点，导致批头自动定向整列供料成为主要的技术瓶颈。

（1）批头热处理后为了防止其生锈，会泡在防锈油里面袋装出货。所以震动盘供料、柔性供料滚筒式料仓供料、卷带供料、柔性振动供料方式不适合供料。

（2）批头主要材料为铁，与磁铁接触会导致其产生磁性。所以震动盘供料、柔性供料、滚筒式料仓供料方式不适合供料。

（3）批头种类多，可以分为一字、十字、米字、星型、方头、Y型头部等，生产型号更换频繁，要求批头供料系统通用性强，所以弹夹供料、托盘供料、卷带供料、提升机供料、柔性振动供料不适合供料。需要开发一种新的能适用于多种批头定向整列送料装置，来克服以上缺点。

2 多种批头定向整列送料装置的特点

（1）模块化设计。整个机构设计成一个模组，外形尺寸为250mm×250mm×250mm，可以单独使用，也可以作为自动装批头机器的一个模组。

（2）通用性强。长度相同、头部不同形状的批头，不需要更换任何，直接可以通用供料。

（3）泛用性强。不同尺寸规格的批头，只要更换上料筛选板，调整推送行程，即可实现供料。

（4）应用范围广。通过验证发现不仅可以供批头，还可以供其他零部件，如垫片、T型工件、晶圆等，只需要修改料仓，上料筛选板，推送杆等零部件，即可实现定向整列供料。

3 多种批头定向整列送料装置的主体结构和工作原理

3.1 多种批头定向整列送料装置的主体结构

主体结构如图1所示。

图1 主体结构

3.2 多种批头定向整列送料装置的工作原理

如图1所示，马达01旋转驱动齿轮组件02动作，带动凸轮滚子03旋转，驱动滑槽连接板04带动上料筛选板08上下动作，在料仓09内实现的上下有规律的动作，在上料筛选板上升到定点过程中，上料筛选板中的凹槽带起批头上升，批头在重力的作用下，有部分批头留在上料板的定位槽中，其余部分的批头则掉落回料仓，上料筛选板停在定点时，在定位槽中未排列整齐的批头，被毛刷11在扫料气缸12的带动下，来回扫料过程中，掉入料仓09，推料气缸13带动推杆10，推动批头在定位槽中匀速向前移动，料筛选板08上凹槽内的批头被推入定位工件07内，测料气缸18带动检测杆16检测批头前后方向，如批头方向不对，则旋转气缸17旋转，批头在工件11内选装180°，批头方向正确后，侧压气缸05带动压杆06压出批头，防止推料气缸13带动推杆10回到原点过程中，带回批头，动推杆10回到原点后，上压板气缸15打开盖板14，侧压气缸05后退，批头定向整列定位好后，待取走。

3.3 多种批头定向整列送料装置的设计要点——举例说明主要的元件马达1的选型计算

（1）已知条件，每次上料筛选板上升过程中，上面批头上最大数量为40颗，质量M₁约0.2kg，其中上料筛选板08的质量M₂为0.1kg，滑槽连接板04的质量M₃为0.03 kg，固定上料筛选板08与滑槽连接板04的螺丝质量M₄为0.02kg，上料板08最大速度υ为0.1m/s，最大加速时间t为1s，齿轮1齿数Z₁为25，厚度L₁为10mm,直径D₁为25mm：齿轮2齿数Z₂为45，厚度L₂为20mm,直径D₂为45mm。

（2）马达1的选型计算：

①负载转矩计算：物体在垂直方向受力合力FH为：

其中：

所以：Fh=1.96+0.98+0.294+0.196+0.03+0.02+0.006+0.004=3.49N

合力产生的力矩Mh为：

其中，r为滚轮11到齿轮组件1中心的距离,r=12mm：

经过齿轮组件变速后，需要的扭矩为

②电机转速计算：

齿轮2的转速为：

则齿轮1的转速为：

③初选电机：因空间和成本考虑，初定选择带减速机的微型直流电机，电压24V，初选带减速机的微型直流电机的负载转速n为要大于278.55r/min即可。由M可知，需要的输出扭矩是0.02792N·m，大于0.02792即可。

则电机选型：

料盘上下实现的传动方式为，电机-齿轮1-齿轮2-滚轮-槽轮，将每一级的传动效率初定为0.95，则总效率为η=0.95×0.95×0.95×0.95≈0.6561

则电机的扭矩为T₁：考虑到对减速电机的要求是速度要大于278.55r/min，扭矩大于0.3455kg·cm。

即可查找ASLONG品牌的微型直流减速电机JGB37-545-24V，只有24v，减速比18.8，负载转速为255，负载扭矩为0.37kg.cm，所以确定型号为JGB37-545-24V-319RPM。

④负载惯量计算：

齿轮1的负载惯量,其中L₁为齿轮1的厚度0.01m，D₁为齿轮1的直径0.025m

齿轮2的负载惯量,其中L₂为齿轮1的厚度0.02m,D₂为齿轮1的直径0.045m。

可动负载惯量为J₃：

全负载惯量为J:

⑤电机选择核定：

负载转矩<电机的额定转矩

所有负载惯量<λ×电机的惯量JR（）：

由上式可知，λ小于电机推荐的15倍以下，所以电机合适。

4 结语

本装置解决了多种批头定向整列送料的问题，有利于批头装盒，装骨架自动化实现,现公司已大量导入此装置到电动工具行业中，已批量生产100多台（例如，一种批头自动组装机（专利号ZL 2019 2 1129128.2），一种批头自动装盒设备专利号（ZL 2020 2 0460667.0）,通过市场使用反馈后，效果良好。同时，只需要更换定位工件11，上料板3，就可以适应多种产品（晶圆，螺丝，螺母，贴片）的自动供料，兼容性、适用性及推广性极强。此装置已成为公司标准模组，发明专利（专利号ZL 2020 1 0250569.9）已受理，正在公示中。此装置有着良好的市场前景！