一种双工位螺钉自动化装配设备的制作方法

本发明涉及汽车零部件生产的技术领域，具体涉及一种双工位螺钉自动化装配设备。

背景技术：

一辆汽车是通过约30,000个零件所组装而成的，其大部分的零件装配都会以螺钉作为紧固方式，并且大部分都是人工操作，由于人工群体的技能熟练程度不等、细心程度也各不相同，螺钉紧固后产品的质量难以保证，此外，人工打螺钉无法保证螺钉枪与螺钉孔绝对的垂直，很容易将螺纹孔打歪，而螺钉装配属于紧固功能的范畴，每个螺钉紧固时都有对应的扭矩要求，由于垂直度的关系，现场施工时也会遇到实际扭矩未达标的现象；如果遇到产量较高的产品时，人工的方式往往较难满足产能需求，加班加点或者增配新人员后质量控制亦会下降，以及螺钉错打或漏打。

因此，如果能发明一台设备能够提升产能，做到几个人的工作变得由一台设备和一个人就能完成；做到每批次所有的产品质量控制能够在一个较高且稳定的范围内；做到原本需要增配的人工成本变成不需要增加甚至于减少；做到同类型不同项目的产品只需要更换小部分零件即可多项目共用设备。

螺钉装配技术看似简单易懂，从技术上来讲实际要求是非常高的，要满足被装配螺钉的垂直度、扭矩值达标；要满足产品放置设备后的精度可靠、又不能使产品变形；要通过设备的工序设计来最大程度提升工时节拍(速度)；要满足人体功能学使人员操作时十分便利；要满足不会出现螺钉错打或漏打现象；要满足有轻微要满足设备运行精度在0.1mm范围等等。所以设备的性能要求高、制造精度高、结构设计难度高等各项高要求，所以附加值亦高。

技术实现要素：

针对汽车零件装配时螺钉紧固采用人工操作方式存在的问题，本发明提出一种双工位螺钉自动化装配设备，提高工作效率、保证产品质量、降低成本。

为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：一种双工位螺钉自动化装配设备包括电气模块和机构模块，其中电气模块包括主电路、控制电路、可编程控制器、交流伺服电机、交流伺服驱动器、扭矩枪和螺丝供料机；主电路用于各用电配件的供电；控制电路用于控制设备各个部分的动作；可编程控制器用于控制设备各个部分动作的时序、存储位置信息和报警信号；扭矩枪用于执行拧螺丝动作，并由可编程控制器控制动作、并反馈扭矩监测信息；螺丝供料机用于螺丝的自动供料；交流伺服电机用于驱动电机的转动，并反馈电机脉冲数；交流伺服驱动器与交流伺服电机、可编程控制器连接，用于接收可编程控制器的指令并驱动交流伺服电机；主电路与各用电配件依次电连接，所述可编程控制器通过信息号线与各部分连接。

机构模块包括机台框架、高精度伺服模组、气缸和工作小车；机台框架用于放置设备各部件；高精度伺服模组通过联轴器与交流伺服电机连接，用于实现工作位置的精确控制；气缸用于带动扭矩枪完成拧螺丝动作；工作小车下设有移动装置和固定装置，方便设备的转移和固定。

进一步地，上述电气模块还包括正负极限及原点感应器，正负极限及原点感应器用于向交流伺服电机提供初始位置，并限制交流伺服电机运动范围。

进一步地，上述电气模块还包括触摸屏，触摸屏使用串口通信线与可编程控制器连接，用于监控设备实时状态，设置位置参数，监控设备异常信息。

进一步地，上述电气模块还包括固定块，固定块用于连接高精度伺服模组和扭矩枪。

进一步地，上述电气模块还包括弹簧机构，弹簧机构用于避免螺丝供料机和产品硬性接触，留有缓冲余地，避免损坏产品。

进一步地，上述电气模块还包括坦克链，坦克链用于各类信号线和气管走线。

进一步地，上述机构模块的高精度伺服模组共有三组，分别为高精度伺服模组X向矢量、高精度伺服模组Y向矢量、高精度伺服模组Z向矢量，高精度伺服模组X向矢量与高精度伺服模组Y向矢量平衡放置于机台框架上，高精度伺服模组Z向矢量，通过联轴器与交流伺服电机连接，伺服电机与交流伺服驱动器连接，再通过IO信号线与可编程控制连接。

本发明的技术方案可以带来以下有益效果：

采用本发明的双工位螺钉自动化装配设备紧固螺钉与人工操作方式紧固螺钉相比，可以提高工作效率，将多人的工作变得由一台设备和一个人就能完成；可以提高装配质量，每批次所有的产品质量能够控制在一个较高且稳定的范围内；可以降低成本，原本需要增配的人工成本变成不需要增加甚至于减少；可以设备共享，同类型不同项目的产品只需要更换小部分零件即可多项目共用设备。

附图说明

图1为本发明的双工位螺钉自动化装配设备结构示意图。

图2为本发明扭矩枪机构示意图。

图3为本发明高精度伺服模组机构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施实例对本发明作进一步描述。

如图1所示为本发明结构示意图，包括电气模块和机构模块，其中电气模块包括主电路、控制电路、可编程控制器、交流伺服电机、交流伺服驱动器、扭矩枪和螺丝供料机；主电路用于各用电配件的供电，包括触摸屏、交流伺服电机、交流驱动器等用电配件。控制电路用于控制设备各个部分的动作，包括螺丝机供料、位置定位、扭矩枪的各种动作；可编程控制器用于控制设备各个部分动作的时序、存储位置信息和报警信号；扭矩枪用于执行拧螺丝动作，并由可编程控制器控制动作、并反馈扭矩监测信息；螺丝供料机用于螺丝的自动供料，螺丝供料机为外部标准配件，放置在设备的后部，未在图1中体现；交流伺服电机有两组线路：一组电机动力线，用于驱动交流伺服电机的转动；一组编码器线，用于反馈电机脉冲数。交流伺服驱动器有四组线路：两组线路与交流伺服电机连接，分别为编码器线和交流伺服电机动力线；另两组位分别为IO控制线，用于连接可编程控制器，另一组为线路为交流伺服驱动器供电。主电路与各用电配件依次电连接，所述可编程控制器通过信息号线与各部分连接；

机构模块包括机台框架、高精度伺服模组、气缸和工作小车；机台框架用于放置设备各部件；高精度伺服模组通过联轴器与交流伺服电机连接，用于实现工作位置的精确控制；气缸用于带动扭矩枪完成拧螺丝动作；工作小车下设有移动装置和固定装置，方便设备的转移和固定。

如图2所示，本发明的电气模块还包括正负极限及原点感应器，正负极限及原点感应器用于向交流伺服电机提供初始位置，并限制交流伺服电机运动范围。还包括固定块，固定块用于连接高精度伺服模组和扭矩枪。还包括弹簧机构，弹簧机构用于避免螺丝供料机和产品硬性接触，留有缓冲余地，避免损坏产品。

作为本发明的优选实施例，本发明的电气电气模块还包括触摸屏，触摸屏使用串口通信线与可编程控制器连接，用于监控设备实时状态，设置位置参数，监控设备异常信息。

作为本发明的优选实施例，本发明的电气模块还包括坦克链，坦克链用于各类信号线和气管走线。

如图3所示，本发明机构模块的高精度伺服模组共有三组，分别为高精度伺服模组X向矢量、高精度伺服模组Y向矢量、高精度伺服模组Z向矢量，高精度伺服模组X向矢量与高精度伺服模组Y向矢量平衡放置于机台框架上，高精度伺服模组Z向矢量，通过联轴器与交流伺服电机连接，伺服电机与交流伺服驱动器连接，再通过IO信号线与可编程控制连接。

本发明工作过程如下：当按下启动按钮，可编程控制器中的程序满足启动条件开始执行，可编程控制器控制螺丝机供料开始供料，同时发出指令给交流伺服电机，交流伺服电机通过联轴器连接高精度伺服模组，当供料完成，高精度伺服模组X、Y向矢量电机接收脉冲信号移动到指定位置，当高精度伺服模组X、Y向矢量电机移动指定位置后，高精度伺服模组Z向矢量电机移动到拧螺丝位置，再接着气缸带动扭矩枪完成拧螺丝动作，动作完成后回到初始位置，当另一个位置需要执行拧螺丝动作时，重复上述动作，直到达到螺丝数量设定值后，回到初始位置，设备停止运行直到下次启动。扭矩枪自带扭矩检测功能，当产品扭矩没有达到设定值时，程序可识别产生的错误或异常，从而提醒造作人员检查异常。