螺絲打頭機之調模分量驗證研究

前言

在現今螺絲產業中，大部分之模具相關研究著重於成形、應力與壽命分析等，而在設備調校領域則是以機械手臂整合或加工機等為多，與螺絲生產設備調校相關之文獻甚少。在設備調校的研究領域中，溫[1]等人藉由螺絲外形取像模組搭配旋轉機構，可取得以軸心為基礎之螺絲投影尺寸資訊，並將此量測資訊整合後建立螺絲關鍵尺寸，再加入模座之微量測試調整後依序從設備上取得數顆螺絲進行外型量測資訊整合，經此研究開發之軟體系統解析後即可獲得多冲模螺絲成形設備中相對需求尺寸規範標準值差異之所需調校分量。Choi[2]等人提出了一種透過辨識螺絲資訊可以改正機器手臂零偏移之演算法，即使其他幾何參數可能存在誤差，所提出的算法也改善了機器手臂的準確性。機器手臂在固定其它關節情況下，通過旋轉某個關節來建立圓形軌跡，然後透過雷射追蹤儀測量其端點，通過最小圓擬合計算螺旋資訊，因此可以通過補償與運動學模型相關來提高位置精度。Su[3]等人研究針對傳統模切機開發了一種新型刀具校準技術，將交叉雷射射線將切割模具輪廓發射到切割平台，通過影像處理估算刀具的角度及其中心偏差。所提方法與傳統的機械刀具校準機構相比，該機構不僅在沒有輔助機械夾持裝置的情況下效率高且避免了執行多次測試切割以進行手動校準，實現了刀具的精確固定且節省材料。Kao[4]等人針對傳統膠印機關鍵部件間隙手動機械調整的不足，提出了一種自動調整間隙的方法，利用位移感測器監測間隙的變化並透過觸控螢幕結合步進馬達，簡化了手動操作膠印機間隙自動調整的流程。Lu[5]等人為了提高展開臂等大空間展開機構的關節裝配精度，設計了一種高精度、多自由度的自動姿態調整系統。採用經緯儀和立方體鏡組成的測量系統，獲取調整後關節的空間位置數據；通過並聯機構實現多關節自由度位移的調節、設計中央整合軟體對整個系統進行控制並以粗調－微調－判斷－微調的閉迴路方式完成關節的自由度調整，使展開臂的最終展開精度滿足相應要求。本文以傳統扣件螺絲生產設備為對象，而其中螺絲生產設備可簡易分為單模多冲與多模多冲，一般外型簡易且需求量高的小型螺絲適用於單模多冲的一模二冲成形機，外型複雜需要更多道次成形則適用多模多冲成形機。本文提出了一套改善調模作業的程序，以一模二冲螺絲成形機作為研究對象，藉由研究其關鍵部位模座調整移動量、螺絲偏心分量與調整螺絲移動量之關係並實驗驗證，期能以所提方法協助調模作業進而提升調模效率。

實驗調模設備

1. 一模二冲螺絲打頭機

一模二冲螺絲打頭機屬於一種二道次螺絲冷鍛設備，主要生產以簡易形狀頭型之小螺絲為主，每分鐘約可生產150 至200 顆螺絲。其運作流程為線材矯直、進線剪斷、再送料至母模側成型桿身部分，頭型部份則在公模側的第一道次也就是一冲進行預成形，第二道次則完成成形最終扣件之形狀。其型號一般以生產螺絲之尺寸為分類，螺絲桿徑2 mm 以下為0 號車；至4 mm 為(3/16)分半車；至6 mm 為(1/4)二分車；至8 mm 為(5/16)二分半車等原則[6]。本文所使用的機台型號為(1/4)二分車，量測之扣件螺絲則為M6 六角頭螺絲。該類機台由後側的皮帶輪帶動連桿使公模側(冲模)進行前後直線運動，與母模側(主模)進行撞擊，即是俗稱的鍛造成形，公模側的模座除了前後運動亦同時在兩個皮帶輪旋轉周期完成一冲鍛造與二冲鍛造，因此設備大部分用於簡易小螺絲之成形，而較多成形變化部位皆在頭部，故又稱螺絲打頭機。