机器人螺丝刀

灵活的系统有助于降低生产成本。

没有人指责威廉卖家的“螺丝松动”。卖家是19世纪的机械工程天才，制定了标准化螺纹的概念。他的简单想法迎来了150年前可互换零件和大规模生产的时代。

今年早些时候，为了纪念塞勒斯在费城富兰克林研究所发表的具有里程碑意义的演讲，举行了一场特殊的仪式。在他历史性的演讲中，塞勒斯敦促制造商采用他的螺杆标准，该标准很快得到了广泛的支持，并改变了美国制造业的面貌。

自18世纪50年代中期以来，普遍存在的螺丝并没有变化。但是，驱动螺钉的工具和技术已经前进。今天，新的工具，如六轴机器人，正在旧概念上旋转旋转。

不断上升的劳动力成本迫使制造商放弃手动螺丝和半自动紧固设备，转而采用全自动系统。虽然许多工程师曾经把机器人视为一种“奢侈品”，但它们现在被视为维持美国装配线运转的一种战略武器。

今天正在海外发送越来越多的螺丝螺旋应用，因为劳动力廉价且需要更少的努力。然而，通过利用机器人，美国制造商可以在每个螺丝刀主轴和每个螺钉的更快循环时间达到更高的周期，同时提高质量。

在过去，并不是所有的紧固应用都很适合铰接式机器人。但是，库卡机器人公司的技术经理迈克·博普雷指出，越来越多的制造工程师认为机器人是“一种有意的生产方法，而不是‘让我们看看机器人能不能做到’的方法。”“随着机器人技术的不断进步，成本下降，我们将看到这些设备变得更加复杂和灵活。”

机器人螺丝驱动不同于更传统的应用，如固定或手持螺丝驱动。爱普生机器人(Epson Robots)应用工程经理菲尔•巴拉蒂(Phil Baratti)解释说:“传统的螺丝传动是基于固定的位置和工具组件，几乎没有灵活性。”“如果你使用的是多轴联动螺丝，你需要在制造和放置时更加注意产品的可重复性。

“如果您有一个汇集器做螺丝刀，您的最大担忧将是人体工程学的身体挑战，”巴蒂斯警告说。实际上，一个人体工程学伤害的总成本很容易接近机器人的成本。

“在过去，螺丝螺丝是运行五年或更长时间的项目;大量的卷;迪克森自动工具公司副总裁Jim Dixon说，”灵活性不是一个关键词和硬 -工具自动化是当天的顺序。

“在传统的螺丝螺丝电池上，将使用每个位置的专用螺丝刀驱动两个或多个螺钉，”迪克森指出。“这些多个螺丝刀 - 有时具有奇怪的角度和预测的安装 - 非常昂贵，只能用高卷合理。如果需要转换，那将是非常耗时的。”

机器人提供巨大的灵活性。实际上，机器人螺丝刀使得易于进行快速转换和运行小，不同大小的相关组件。机器人可以从所有方向驱动螺钉，有时有不同的扭矩要求。它们还可以使用各种馈线为每种类型的紧固件推动不同尺寸的螺钉。

然而，有了机器人，零件的位置和堆叠的准确性成为一个关键的变量。通常情况下，机器人每循环一次都会去到完全相同的位置。如果零件被正确地固定并且堆叠的公差在设计上是一致的，那么结果将是一个非常可靠的生产系统。

当操作者在手动或固定螺丝驱动应用程序中处理零件时，夹具的精度往往不那么关键。事实上，夹具的精度可能不利于人工的产量。然而，在机器人应用中，装配必须由机器人来实现真正的自动吞吐量。这需要在转移阶段保持部件的安全性，并在紧固阶段在驱动器位置提供刚性支持。

六个更好吗？

机器人拧螺丝并不是一个全新的概念。事实上，它已经存在了超过15年。笛卡儿和SCARA机器人通常用于螺丝驱动应用。这些机器人比铰接式机器人更便宜，而且通常速度更快。大多数制造工程师将铰接式机器人与材料处理、喷漆和焊接应用联系在一起。

但是，通过正确类型的终端效应器和馈线，六轴机器人也可用作快速，柔性的螺丝刀。因为它们提供了与人类密切相关的铰接运动，所以六轴机器人是许多螺丝螺纹应用的理想选择。

不像笛卡尔机器人有一个直线的工作包络线，或者scara有一个圆柱形的工作包络线，六轴机器人有一个球形的工作包络线。铰接式机器人可以触及自身的上方、下方、四周和后方。它的手腕可以旋转紧固工具或将其旋转到一个角度。

六轴机器人提供了敏捷性和长程，他们可以处理复杂的零件几何形状。然而，铰接式机器人没有笛卡尔和scara那么快，而且它们更贵。制造工程师必须决定螺丝刀应用程序是否合理。

韦伯螺丝传动系统公司总裁吉姆·格雷厄姆说:“从0英寸到1.5英寸的AF螺栓范围内的紧固件都是用机器人固定的，而且在这个范围内，机器人的尺寸和风格通常是不同的。”“我们通常看到小型、轻型的通过或龙门式机器人，用于更小的螺丝和扭矩。随着尺寸的提升，我们看到X-Y笛卡尔和SCARA系统用于中型紧固件。较大的多轴机器人通常用于中高端紧固件尺寸。

“在许多应用中，笛卡尔系统根本不会到达，或者你不能将零件直接汇集在较小的机器人下方，”Graham Notes。“较大的机器人提供了更大的工作足迹，并具有更大的灵活性，采取多种任务，例如通过改变终点效应而获得材料处理，粘合剂分配或检查。”

“笛卡蒂争辩说：”笛卡尔机器人最适合自动螺丝刀。““它们可以处理较重的负载，并且随着大部分应用，它们不需要机器人上的旋转轴。旋转接头是机器人上最弱点，并且最容易受到臂工具末端产生的时刻。“

附加到六轴机器人的螺丝刀在欧洲更常见。但是，作为运营商和机器人窄之间的成本差异，美国制造商开始考虑此选项。

电装机器人公司(Denso Robotics)的销售经理布莱恩•琼斯(Brian Jones)表示:“机器人螺丝传动正在从传统的四轴机器人转向更灵活的六轴机器人，这得益于如今六轴机器人手臂的刚性增加。”“一个六轴机器人可以在不改变零件方向的情况下在多个平面上完成旋螺丝。”

但是，一些观察者质疑这种敏捷是否真的是必要的。“我们已经发现，在大多数应用程序中，三个或四轴机器人比能够访问紧固件位置并执行任务，”Aimco的业务开发经理Ken Maio说。

“与四轴机器人相比，六轴机器人的水平刚度的增加是非常有益的，”琼斯认为琼斯。当然，确定六轴机器人是否矫枉过正，取决于应用程序。

当驱动角度变化时，需要六轴机器人。钻头必须始终垂直于驱动平面。当平面角度改变时，两轴或四轴机器人是不够的。大多数工程师可能会让他们的操作人员使用手持式自动螺旋给料机来固定不同的角度。把一个紧固件装进一个体积小、容易操作的部件似乎符合上述描述。然而，拥有一个六轴机器人的美妙之处在于它对未来使用的适应性。

而且，与流行的信仰相反，并不总是需要特殊的工具。“许多手持式螺丝刀可以安装在机器人身上，”Maio Notes。“关键是能够在机器人需要时管理驾驶员的启动并一旦实现了扭矩一旦实现了扭矩。电动工具提供了这样做的可能性，但也可以修改许多空气螺丝刀。“

众多的应用程序

虽然六轴机器人螺丝刀不普遍，但它正在慢慢变得更受欢迎。“我们看到自动螺丝刀稳步增加，特别是由于厂商面临着灵活性，吞吐量和跟踪和监控每个螺钉的性能的能力，造成的厂商挑战，”爱普森的巴蒂说。

机器人是高扭矩应用在难以到达的地方或对人不安全的环境的理想选择。它们被用来组装各种各样的汽车部件，如发动机缸体，气缸盖，冷却装置和变速箱。机器人螺丝传动也被用于组装电子元件，如磁盘驱动器和消费品，如电器，卷尺和有线电视的变频器。

根据迪克森，“可以使用安装在机器人的自动螺丝刀可以组装的部件类型几乎没有限制。”

“任何应用都是机器人的理想选择，只要螺钉位置可以接近并且它们的位置合理符合”，“添加了库卡机器人的Beaupre。“涉及多个螺钉或螺母的高度重复操作是机器人的良好候选者。

Beaupre表示:“机器人螺丝在许多需要相对高扭矩、高生产率、多个紧固件、被组装组件的多种风格以及这些紧固件的不同插入轴的装配任务中具有优势。”他说，一般来说，操作员的限制会直接影响加工能力和生产能力的任何紧固工作都是机器人的理想选择。

机器人螺丝传动使制造商能够解决比一般操作人员更有挑战性的应用。AIMCO的Maio说:“紧固位置需要不同的进场角度就是一个例子。”“另一种可能是需要几个步骤的零件在螺丝刀的过程中。

“我们承诺的一项申请是一种电子元件，具有铺设在印刷电路板上的绝缘纸，”Maio解释道。“机器人提供了将多个螺钉驱动到一个松散的扭矩的能力，使剩余的螺钉驱动到最终扭矩，然后返回到松紧的拧紧螺钉，向它们施加最终扭矩。”

Boris Baeumler是Deprag Inc.的应用工程师，回忆起最近的一个机器人螺丝刀项目。“我们提供了两个双轴螺丝刀，可以集成到FANUC的两个六轴机器人。每个机器人都喂给四个大型加工中心。在适当的时候，机器人将我们的螺丝刀呈现给加工中心，以进行一些中加工的装配工作轴承帽，“他说。

无论应用类型还是应用类型，制造商通常都是通过相同因素驱动的机器人：质量，吞吐量和跟踪和维护自动螺丝螺纹所涉及的数据的能力。

“这包括座椅扭矩，扭矩深度，交叉螺纹和剥离线，”Baratti。“我们在从硬盘驱动组件到密封卫星部件的情况下，在电子元件的包装中纳入了许多机器人。

“这些类型的组件中涉及的紧的公差需要将驾驶员的可重复呈现给螺孔，并且通常能够相对于组装的部件呈现不同高度的螺钉。这是在机器人实际上得到的地方传统的固定站螺丝刀。“

但是，所用的螺钉的类型和尺寸经常确定机器人是否有意义。带内部驱动器凹槽的螺钉通常是最佳的。但是，应避免开槽螺钉。

“良好的参与，减少的力量是至关重要的，”Baeumler说明。他说菲利普斯或卷发头螺钉是强制性的机器人系统。

优点

机器人螺丝刀提供众多优点，例如准确性，可重复性和灵活性。机器人已经变得更加实惠，更容易编程。并且，它们可以使用视觉系统在目标孔上准确零。

螺钉通常被熔入柔性管。如果紧固件不借给喂食，机器人可以轻松将螺丝刀拿到馈线，并使用真空从分离巢中挑选它。如有必要，可以在杂志或轨道中预加载螺钉，以使其成为移动驱动器。

PennEngineering Fastening Technologies的工装和自动化项目经理罗杰·巴顿(Roger Patton)表示:“机器人螺丝传动的主要优势是灵活性。”“灵活性的形式，移动驱动器到工件上的任何地方，而不是操纵工件对准驱动器的轴。此外，在同一单元内生产不同配置工件的能力形式的灵活性。

巴顿补充说:“在非机器人的应用中，工件通常是通过手工或其他形式的自动化来提供给驾驶员的。”然后驱动器只在一个轴上移动——通常是垂直的——来安装螺丝。在机器人螺丝驱动应用中，驱动器通常通过机器人带到工件上，螺丝安装在任何轴上。”

可重复性是使用机器人进行螺丝螺旋应用的另一个优点。“制造过程没有主观性或模糊的方法，”韦伯的格雷厄姆说。“基于实时进入小区的模型，灵活性并且具有改变装配任务的能力提供了巨大的好处。[您可以]维护一个可以处理[您]抛出的任何生产细胞。

“随着多个碗馈线架和快速变化的终极效果，机器人可以通过更换预定义序列的工具来处理多种风格和大小的紧固件。相应的馈线将把紧固件输送到驱动单元和预编程的扭矩 - 角度参数立即可用于每个特定紧固件。“

然而，工程师还必须对机器人的所有好处免于一些潜在的缺点。例如，成本通常被引用为一个大缺点。除非完全利用机器人，否则它可能比传统的硬模具更具成本均衡。

“使用机器人的螺丝刀的一般缺点通常是成本和速度，”Patton指出。“在专用工作单元中，工件定向到驾驶员，可以定位有几个驱动器以同时安装紧固件。在大多数机器人应用中，一个驱动器顺序地放入所有螺钉，这需要更多的时间。由于每个机器人螺丝刀需要两者驾驶员和机器人，在应用中使用多个机器人通常是成本普及的。“

根据Epson的BARATTI，螺丝刀系统的初始设置通常更昂贵，并且严格。“系统设计师需要考虑到产品的呈现给机器人和工具的工作面的垂直性，”他解释道。然而，“这在使用Scara或Cartesian机器人时保持了这么做。

“铰接式机器人也有它们的缺点，”巴拉蒂补充说。“与用于机器人应用的其他类型的工具相比，用于机器人的螺丝传动机构既笨重又庞大。因此，将螺丝驱动装置安装到六轴臂上需要一个重型有效载荷机器人，这可能是一个更昂贵的解决方案。”

一些观察人士不赞同初始成本理论。“初始成本是一种误解，”马尤说。“大多数机器人系统都能让制造商节省劳动力，使系统在非常长的时间内收回成本。”然而，与简单的硬工具电池或工作站相比，安全要求更加复杂和昂贵。

技术复杂性，比如编程和维护，是工程师需要考虑的另一个重要因素。例如，一些机器人系统是复杂的，需要专门的知识。对于现有的工厂人员来说，其他机器人相对容易维护，只需要从供应商那里得到最少的培训。