一、設(shè)計(jì)原理
緊固件自動(dòng)化組裝機(jī)的設(shè)計(jì)核心在于高效、穩(wěn)定、精準(zhǔn)、柔性地完成多零件裝配任務(wù)。其核心設(shè)計(jì)原理包括：
1、模塊化與集成化
A、將復(fù)雜的裝配過(guò)程分解為多個(gè)功能模塊(如上料、輸送、裝配、檢測(cè)、下料)。
B、各模塊高度集成，通過(guò)精密的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)流程無(wú)縫銜接。
C、便于維護(hù)、升級(jí)和適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求(通過(guò)更換模塊或調(diào)整參數(shù))。
2、精確排序與定向
A、利用振動(dòng)盤、直線送料器、料倉(cāng)、視覺(jué)引導(dǎo)等技術(shù)，解決散亂零件的自動(dòng)排序和方向識(shí)別問(wèn)題。
B、確保每個(gè)零件以正確的姿態(tài)和順序進(jìn)入裝配工位，這是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的關(guān)鍵前提。
3、高精度定位與裝配
A、采用精密的直線模組、伺服/步進(jìn)電機(jī)、氣動(dòng)/電動(dòng)執(zhí)行器、高剛性?shī)A具/治具。
B、結(jié)合傳感器(光電、接近、壓力、位移)實(shí)現(xiàn)零件的精確定位、抓取、壓裝、鉚接、旋擰等動(dòng)作。
C、確保裝配位置、力度(如扭矩控制)和深度的準(zhǔn)確性。
4、在線實(shí)時(shí)檢測(cè)
A、在關(guān)鍵工位(尤其是裝配前后)集成機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)、力傳感器、尺寸傳感器等。
B、實(shí)時(shí)檢測(cè)零件有無(wú)(缺件)、方向是否正確、裝配是否到位、尺寸是否合格、外觀是否有缺陷等。
C、實(shí)現(xiàn)質(zhì)量門控，自動(dòng)剔除不良品，保證成品良率。
5、智能化控制
A、核心采用PLC或工業(yè)PC作為控制中樞。
B、結(jié)合人機(jī)界面進(jìn)行參數(shù)設(shè)定、狀態(tài)監(jiān)控和故障診斷。
C、利用傳感器反饋形成閉環(huán)控制，確保動(dòng)作執(zhí)行的可靠性和一致性。
D、支持?jǐn)?shù)據(jù)采集與分析，用于過(guò)程優(yōu)化和追溯。
6、高可靠性與穩(wěn)定性
A、關(guān)鍵部件選用高耐磨、長(zhǎng)壽命材料。
B、設(shè)計(jì)合理的防護(hù)裝置(防塵、防屑)。
C、具備完善的故障報(bào)警和安全聯(lián)鎖機(jī)制(如光柵、急停按鈕)。
D、減少卡料、停機(jī)等異常情況，保證連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。
7、柔性化設(shè)計(jì)
A、可快速更換的夾具、模具和送料軌道。
B、程序化控制，通過(guò)HMI切換不同產(chǎn)品配方。
C、模塊化設(shè)計(jì)便于功能擴(kuò)展或調(diào)整。
二、 主要機(jī)構(gòu)
一臺(tái)典型的緊固件自動(dòng)化組裝機(jī)通常包含以下核心機(jī)構(gòu)：
1、供料與排序機(jī)構(gòu)
A、振動(dòng)盤：最常用，將散亂零件自動(dòng)排序并定向輸送出來(lái)。針對(duì)不同零件需要定制料盤軌道和內(nèi)壁結(jié)構(gòu)。
B、直線送料器：承接振動(dòng)盤輸出的零件，進(jìn)行平穩(wěn)輸送和二次定向/篩選。
C、料倉(cāng)/料斗：用于存儲(chǔ)批量零件，配合提升或輸送機(jī)構(gòu)向振動(dòng)盤或直接供料。
D、視覺(jué)引導(dǎo)供料系統(tǒng)：對(duì)于復(fù)雜形狀或難以用振動(dòng)盤排序的零件，使用視覺(jué)識(shí)別抓取(如SCARA機(jī)器人+視覺(jué))。
2、輸送與定位機(jī)構(gòu)
A、精密輸送軌道/滑道：引導(dǎo)零件按設(shè)定路徑和姿態(tài)進(jìn)入裝配工位。
B、分度盤/轉(zhuǎn)盤：圓周式布局多個(gè)工位，實(shí)現(xiàn)高效同步或異步裝配。
C、直線式輸送線：如皮帶線、同步帶線、精密線性模組驅(qū)動(dòng)的載具，將工件依次送至各工位。
D、精確定位夾具/載具：固定待裝配的基件或半成品，確保其在裝配過(guò)程中位置精確不變。
3、裝配執(zhí)行機(jī)構(gòu)
A、機(jī)械臂/關(guān)節(jié)機(jī)器人：通用性強(qiáng)，適用于復(fù)雜動(dòng)作和空間軌跡(如擰螺絲、多角度裝配)。
B、XYZ三軸/多軸直角坐標(biāo)機(jī)械手：結(jié)構(gòu)剛性好，速度快，精度高，適用于直線或平面內(nèi)的精準(zhǔn)裝配。
C、專用裝配頭：
C1、旋擰單元：伺服電批或氣動(dòng)螺絲刀，帶扭力控制，用于擰緊螺釘/螺母。
C2、壓裝單元：伺服/氣動(dòng)/液壓缸，實(shí)現(xiàn)精確壓入(如銷、軸套、鉚釘壓鉚)。
C3、鉚接單元：旋鉚、壓鉚、沖鉚等專用頭。
C4、點(diǎn)膠/涂油單元：在裝配前對(duì)特定部位進(jìn)行點(diǎn)膠或涂潤(rùn)滑脂。
D、精密夾具/吸嘴：用于抓取和放置零件。
4、檢測(cè)與監(jiān)控機(jī)構(gòu)
A、機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)：攝像頭+光源+軟件，用于零件有無(wú)檢測(cè)、方向識(shí)別、位置糾偏、尺寸測(cè)量、外觀缺陷(劃痕、污漬)檢查、裝配結(jié)果確認(rèn)(如墊圈是否裝入、螺母是否擰到位)。
B、傳感器網(wǎng)絡(luò)：
B1、光電/光纖傳感器：檢測(cè)零件有無(wú)、到位。
B2、接近傳感器：檢測(cè)金屬零件位置。
B3、壓力/力傳感器：監(jiān)控壓裝力或擰緊力。
B4、位移傳感器：測(cè)量壓裝深度或零件位置。
B5、扭矩傳感器：監(jiān)控?cái)Q緊扭矩(常集成在電批中)。
C、在線測(cè)量?jī)x：對(duì)關(guān)鍵尺寸進(jìn)行實(shí)時(shí)抽檢或全檢。
5、剔除與分選機(jī)構(gòu)
A、氣動(dòng)吹嘴/推桿：將檢測(cè)到的不良品從生產(chǎn)線上快速剔除。
B、分選滑道/料盒：分別收集良品和不良品。
6、下料與包裝機(jī)構(gòu)
A、輸送帶：將成品輸出。
B、機(jī)械手/推桿：將成品整齊碼放到料盤或包裝盒中。
C、計(jì)數(shù)裝置：對(duì)成品進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)。
D、簡(jiǎn)易包裝單元：如自動(dòng)封口、貼標(biāo)等(部分集成或作為后續(xù)工序)。
7、傳動(dòng)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
A、伺服電機(jī)/步進(jìn)電機(jī)：提供精確的位置、速度和力矩控制。
B、氣動(dòng)元件：氣缸、電磁閥、真空發(fā)生器，用于實(shí)現(xiàn)快速、經(jīng)濟(jì)的直線運(yùn)動(dòng)和抓取。
C、減速機(jī)/同步帶/絲杠/直線導(dǎo)軌：傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)，保證精度和平穩(wěn)性。
8、控制系統(tǒng)
A、PLC：邏輯控制核心，處理傳感器信號(hào)，控制執(zhí)行器動(dòng)作。
B、HMI：人機(jī)交互界面，參數(shù)設(shè)定、狀態(tài)顯示、報(bào)警信息、生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。
C、運(yùn)動(dòng)控制卡/伺服驅(qū)動(dòng)器：控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)軌跡。
D、機(jī)器視覺(jué)處理系統(tǒng)：獨(dú)立或集成于工控機(jī)中。
E、安全回路：急停按鈕、安全光柵、門鎖開(kāi)關(guān)等，保障人員和設(shè)備安全。
三、 自動(dòng)化組裝流程(以典型螺釘+墊圈+螺母為例)
基件上料：需要裝配緊固件的部件(如金屬片、塑料件)通過(guò)振動(dòng)盤、輸送帶或機(jī)械手自動(dòng)上料并精確定位在夾具/載具上。
1、零件供料與排序
A、螺釘供料：振動(dòng)盤將螺釘排序定向，通過(guò)直線送料器送至取料位。
B、墊圈供料：振動(dòng)盤或料倉(cāng)將墊圈排序定向并送出。
C、螺母供料：振動(dòng)盤將螺母排序定向(注意螺紋方向)并送出。
2、零件裝配（順序可能根據(jù)設(shè)計(jì)調(diào)整）
A、步驟1 (可選 - 預(yù)置墊圈)：機(jī)械手或?qū)Ｓ脵C(jī)構(gòu)拾取墊圈，放置到基件的指定孔位上。
B、步驟2 (穿螺釘)：機(jī)械手或螺釘吸取/夾取裝置拾取螺釘，將其穿過(guò)基件的孔(以及預(yù)放的墊圈)。
C、步驟3 (放置螺母)：另一側(cè)的機(jī)械手或機(jī)構(gòu)拾取螺母，將其對(duì)準(zhǔn)螺釘?shù)穆菁y端。
D、步驟4 (擰緊)：旋擰單元(伺服電批或螺母擰緊頭)下降，夾住螺母(或螺釘頭部)，按照預(yù)設(shè)的扭矩和角度(或圈數(shù))將螺母擰緊到螺釘上，形成可靠連接。或者，螺釘保持不動(dòng)，螺母被擰緊。
E、(對(duì)于更復(fù)雜的緊固件如組合螺釘、帶膠墊等，流程會(huì)包含更多步驟)。
3、在線檢測(cè)
A、在裝配過(guò)程中或完成后，視覺(jué)系統(tǒng)檢查：螺釘/螺母是否到位?墊圈是否缺失或放反?裝配后高度/外觀是否符合要求?
B、力傳感器監(jiān)控?cái)Q緊扭矩是否達(dá)標(biāo)。
C、位移傳感器確認(rèn)壓裝深度。
4、分選與剔除：根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，控制系統(tǒng)發(fā)出指令。良品進(jìn)入下一環(huán)節(jié);不良品被氣動(dòng)裝置迅速剔除到廢料盒。
5、成品下料與計(jì)數(shù)：裝配完成且合格的部件由機(jī)械手或輸送帶送出，并自動(dòng)計(jì)數(shù)，可能進(jìn)行簡(jiǎn)單的碼垛或送入包裝區(qū)域。
6、循環(huán)：載具或轉(zhuǎn)盤復(fù)位，開(kāi)始下一個(gè)工作循環(huán)。
四、 適用行業(yè)
緊固件自動(dòng)化組裝機(jī)因其高效、穩(wěn)定、高精度的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于對(duì)緊固件有大量裝配需求的行業(yè)：
1、汽車制造業(yè)：是最大的應(yīng)用領(lǐng)域。用于組裝發(fā)動(dòng)機(jī)零部件、變速箱、底盤、車身、內(nèi)飾件、線束端子、電子控制單元等上的大量螺栓、螺母、螺釘、卡扣、鉚釘、銷軸等。
2、電子電器行業(yè)
A、消費(fèi)電子：手機(jī)、電腦、平板、家電(電視、空調(diào)、洗衣機(jī))外殼組裝、內(nèi)部結(jié)構(gòu)件固定。
B、通訊設(shè)備：服務(wù)器、路由器、交換機(jī)、基站設(shè)備組裝。
C、連接器：各種端子、連接器的組裝常涉及微型螺釘、鉚釘。
3、家電行業(yè)：冰箱、洗衣機(jī)、烤箱、微波爐、吸塵器等產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)件和外殼的緊固件裝配。
4、機(jī)械與工業(yè)設(shè)備制造：各類機(jī)床、泵閥、電機(jī)、減速機(jī)、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、輸送設(shè)備等產(chǎn)品組裝中的緊固件連接。
5、家具與五金行業(yè)：金屬家具、辦公家具、衛(wèi)浴五金、鎖具、工具等產(chǎn)品組裝。
6、新能源行業(yè)
A、光伏：太陽(yáng)能電池板框架、支架、逆變器組裝。
B、鋰電池：電池模組/Pack 的結(jié)構(gòu)件連接(需注意防爆要求)。
C、風(fēng)電：部分小型部件的組裝(大型螺栓通常需要專用擰緊設(shè)備)。
7、航空航天：部分小型、標(biāo)準(zhǔn)化的緊固件組裝(如內(nèi)飾件、非關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件)，對(duì)精度和可靠性要求極高。
8、醫(yī)療器械：部分診斷設(shè)備、治療設(shè)備、手術(shù)器械中的精密緊固件裝配(需滿足潔凈環(huán)境要求)。
緊固件自動(dòng)化設(shè)備組裝機(jī)是現(xiàn)代智能制造的關(guān)鍵裝備之一。其設(shè)計(jì)融合了精密機(jī)械、傳感檢測(cè)、運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)器視覺(jué)和智能軟件等多領(lǐng)域技術(shù)，通過(guò)高度協(xié)同的模塊化機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了緊固件從無(wú)序到有序、從散件到可靠成品的全自動(dòng)、高效率、高質(zhì)量裝配過(guò)程。隨著工業(yè)4.0和智能制造的發(fā)展，這類設(shè)備正朝著更高柔性、更強(qiáng)智能化(AI優(yōu)化)、更易維護(hù)、更好人機(jī)協(xié)作以及更完善的數(shù)據(jù)互聯(lián)方向持續(xù)演進(jìn)，以滿足日益復(fù)雜的生產(chǎn)需求和不斷提升的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。其廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域凸顯了其在提升工業(yè)基礎(chǔ)制造能力方面的重要價(jià)值。
