一种钢丝螺套数字化安装系统的制作方法
一种钢丝螺套数字化安装系统的制作方法
随着特种车辆向无人化、轻量化、智能化发展，铝合金等轻质材料在车辆制造中的应用越来越广泛。然而，铝合金材料强度较低，使用过程中经常出现内螺纹损坏的情况，需要钢丝螺套作为内螺纹紧固件与铝合金箱体、壳体零件配合使用。传统的钢丝螺套人工安装方式存在安装质量一致性差、效率低等问题。为了解决这一难题，本发明提出了一种特种车辆铝合金箱体、壳体类零件钢丝螺套数字化安装系统，通过自动化执行上料、安装等过程，并对扭矩、深度、圈数等工艺参数进行精准控制，实现了钢丝螺套的高质量、高效率安装。
背景技术
随着特种车辆向着无人化、轻量化、智能化发展，采用了大量的铝合金等轻质合金材料的零件，而铝合金材料强度较低，使用过程中经常出现内螺纹损坏的情况，需要钢丝螺套作为内螺纹紧固件与铝合金箱体、壳体零件配合使用，既实现了零件减重，又保障了零件内螺纹连接强度。目前特种车辆铝合金箱体、壳体类零件用钢丝螺套通常采用人工安装方式，即操作人员利用简易工装根据经验手工将钢丝螺套安装在铝合金箱体、壳体零件的内螺纹中。
人工安装钢丝螺套的安装质量一致性差、安装质量差、效率低，究其原因是无法对安装的扭矩、深度、圈数等工艺参数进行实时监控，依靠操作工人的经验进行安装，导致了安装钢丝螺套零件的端面存在密封失效、螺纹使用寿命缩短等问题，进而带来质量隐患，同时，钢丝螺套安装质量存在明显不合格时，需要将钢丝螺套拔出重新安装，特种车辆上采用了大量的钢丝螺套，大量钢丝螺套的返工浪费大量的时间，进而降低了产品的生产效率，随着自动化、数字化技术的发展，人工安装钢丝螺套的方式与特种车辆的高质量、高效率制造需求越发不相适应。
自动化技术是提高质量和效率的有效方法之一，更多的应用于批量的生产场景，解决制造过程中的确定性难题，如码垛、搬运、涂胶、检测等，替代操作者的体力劳动，且能提高操作的稳定性，进而提高质量和效率；钢丝螺套安装过程中的扭矩、深度、圈数等工艺参数共同决定了钢丝螺套的安装质量，为了确保钢丝螺套安装质量，需要对工艺参数进行实时监控，再结合机器人、振动料筛等自动化装置，实现自动化、数字化技术的融合应用，形成提高钢丝螺套安装质量的可靠方法。
技术实现思路
针对人工安装钢丝螺套存在的安装质量一致性差、安装质量差、效率低等瓶颈难题，本发明提出一种特种车辆铝合金箱体、壳体类零件钢丝螺套数字化安装系统，对钢丝螺套上料、安装等过程进行自动化执行，并对扭矩、深度、圈数等工艺参数进行精准控制，进而实现钢丝螺套的高质量、高效率安装，同时，通过对工艺参数进行实时采集和积累，实现工艺参数的可追溯和优化。
本发明的技术方案如下：
一种钢丝螺套数字化安装系统，包括防护罩1、控制系统2、自动上料机构3、人机交互系统4、零件放置工装5、钢丝螺套安装工具库6、拧紧机构7；
零件放置工装5、钢丝螺套安装工具库6、拧紧机构7均放置在防护罩1内；
控制系统2放置在防护罩1下方，控制钢丝螺套上料、更换安装工具、安装钢丝螺套、工艺参数采集与监控等全部动作的实现；
自动上料机构3、人机交互系统4放置在防护罩1的外部，自动上料机构3与防护罩1的相对位置满足多种型号钢丝螺套的自动上料，人机交互系统4与防护罩1的相对位置确保操作人员操作的方便性。
进一步地，防护罩1包括三色警示灯8、轮子9、自动升降门10和防护光栅11。三色警示灯8布置在防护罩1的顶部，用于设备运行、停机、故障进行分别提示，轮子9布置在防护罩1的四角，用于钢丝螺套自动安装系统的快速移动，自动升降门10布置在防护罩1的前面，用于铝合金零件的上下料，防护光栅11布置在自动升降门10的后面，用于安全防护，并与钢丝螺套自动安装系统的控制系统2进行联动，设备工作状态下，操作人员触碰防护光栅，钢丝螺套自动安装系统立即停机，确保使用安全。
进一步地，自动上料机构3包括送料结构平台12、振动盘13和送料机构14；送料结构平台12放置在地面上，用膨胀螺栓在四角进行固定，用于放置振动盘13和送料机构14；振动盘13布置在送料结构平台12的外部，实现钢丝螺套的筛选、排列、上料，通过振动筛选出横柄朝下、开口朝上、圆柱直立的钢丝螺套，并将不符合规格要求的钢丝螺套剔除掉；送料机构14将振动料筛筛选出的钢丝螺套推送至钢丝螺套的上料口，等待被钢丝螺套专用安装工具抓取。
进一步地，送料机构14包括底座15、气缸一16、气缸二17、送料器一18、送料器二19、钢丝螺套导轨20、钢丝螺套导轨21；底座15布置在送料机构14的下方，通过螺栓与送料结构平台12固定；气缸一16与气缸二17垂直方向布置，为送料器提供动力；送料器一18与气缸一16同轴、送料器二19与气缸二17同轴、送料器一18与送料器二19垂直布置，送料器一18和送料器二19均布置在钢丝螺套导轨一20中；钢丝螺套导轨二21连接振动盘13和钢丝螺套导轨一20，确保振动盘13选出的钢丝螺套被送至送料机构14的钢丝螺套导轨20中。
进一步地，拧紧机构7包括工业相机22、拧紧杆23、拧紧轴25；工业相机22布置在拧紧机构7最下端，对完成钢丝螺套安装的零件表面进行拍照，用于安装表面质量的判定和质量追溯；拧紧杆23、拧紧轴25布置在同一轴线上；拧紧杆23、拧紧轴25连接在一起，实现联动；拧紧轴25工作时，带动拧紧杆23转动，进而带动钢丝螺套旋转，完成钢丝螺套安装；拧紧轴25配置位移传感器和扭矩传感器，当拧紧机构移动至自动上料机构3时，自动上料机构3将钢丝螺套推进至钢丝螺套安装工装24中，拧紧机构7移动至零件放置工装台处零件螺纹孔上方；拧紧机构7转动将钢丝螺套安装至螺纹孔内，位移传感器及扭矩传感器实时获取位移及扭矩数据。
进一步地，钢丝螺套安装工具库6包括工装放置平台26、钢丝螺套专用安装工装24、传感器27；工装放置平台26在钢丝螺套安装工具库6的底部，用于放置钢丝螺套安装工装24；传感器27用于对钢丝螺套安装工装24是否在位进行检测；钢丝螺套安装工具库6根据待安装钢丝螺套的铝合金零件的钢丝螺套种类放置多套钢丝螺套安装工装，增加钢丝螺套自动安装系统的柔性，提高设备利用率。
进一步地，控制系统2主要实现数据存储、信号处理和工艺参数实时监测，对扭矩、深度和圈数等工艺参数进行实时监测，如工艺参数超出工艺规定的工艺参数，控制系统报警提示并发出停机信号，钢丝螺套安装系统停机，人工进行检查；将照片、扭矩、深度、圈数、机器人程序、报警信息等进行集中存储。
进一步地，人机交互系统4配有主机及显示屏，控制系统2安装在主机内，显示屏实时显示报警信息、操作提示信息、工艺参数等，实现工艺参数监测的可视化。
进一步地，零件放置工装5根据需要配置多套工装，满足不同类型铝合金零件的固定，增加钢丝螺套自动安装系统的柔性，提高设备利用率。
本发明还提供了一种钢丝螺套数字化安装方法，包括以下步骤：
1)自动安装系统启动后，通过人机交互系统4触摸屏控制自动升降门10启动，自动升降门10自动升起；通过人机交互系统4触摸屏控制防护光栅11停止，防护光栅11停止工作；操作工人将待安装钢丝螺套的零件装夹在零件放置工装5上，将钢丝螺套倒入自动上料机构3的振动盘13中；通过人机交互系统4触摸屏控制自动升降门10关闭，自动升降门10自动关闭；通过人机交互系统4触摸屏控制防护光栅11工作，防护光栅11开始工作，至此，完成钢丝螺套压装前的准备工作；
2)选择待安装钢丝螺套零件的种类，通过人机交互系统4触摸屏控制钢丝螺套安装，自动送料机构14开始工作，通过振动盘13振动将固定位姿态的钢丝螺套筛选出并送至送料机构7的钢丝螺套导轨二21中，多个符合位姿要求的钢丝螺套在钢丝螺套导轨二21中排满后，气缸二17和送料器二19联动、气缸一16和送料器一18联动，推动钢丝螺套沿着钢丝螺套导轨一20中的导轨进行横向和纵向移动，至此，固定位姿的钢丝螺套被自动送料机构14运送至钢丝螺套待抓取位置，等待拧紧机构7的抓取；
3)6轴机器人末端安装着拧紧机构7，6轴机器人接收控制系统2发出的信号，机器人末端带着拧紧机构7移动至钢丝螺套安装工具库6处，通过电磁装置将钢丝螺套安装工装24装配至拧紧机构7中，6轴机器人末端带着拧紧机构7再移动至钢丝螺套待抓取位置，钢丝螺套被自动上料机构3的送料器二19推送至钢丝螺套安装工装24中，钢丝螺套安装工装24将拧紧杆23推送至钢丝螺套内孔中，钢丝螺套一字柄与拧紧杆23的一字槽配合，保证钢丝螺套随着拧紧杆23转动；机器人末端带着拧紧机构7移动至待安装钢丝螺套零件的螺纹孔上方，拧紧轴23开始转动，带动钢丝螺套转动，完成钢丝螺套安装；
4)重复上述的步骤2)、步骤3)，将零件的一个面的钢丝螺套全部安装完成，机器人带着拧紧机构7运动至初始位置，通过人机交互系统4触摸屏控制自动升降门10启动，自动升降门自动升起，通过人机交互系统4触摸屏控制防护光栅11停止，防护光栅11停止工作；操作工人更换零件钢丝螺套安装面，再重复执行步骤2)、步骤3)，直至完成零件所有钢丝螺套的安装。
本发明的效果
本发明的优点在于实现对钢丝螺套上料、安装等过程进行自动化执行，并对扭矩、深度、圈数等工艺参数进行精准控制，进而实现钢丝螺套的高质量、高效率安装，同时，通过对工艺参数进行实时采集和积累，实现工艺参数的可追溯和优化；不但解决了长期困扰特种车辆铝合金零件钢丝螺套人工安装效率低、装配质量一致难以提高的问题，为解决特种车辆向无人化、轻量化的快速发展背景下人工装配难度急剧增加的难题，拓展了自动化、数字化技术的应用范围，在特种车辆行业具有广泛的借鉴意义，相关的技术方案及系统组成具有通用性，可移植在同类型或者其他产品的装配过程中，直接应用即可达到效率提升、质量一致性提高的效果。