CN102441788A - 自动锁付机构及使用该自动锁付机构的自动锁付螺丝机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动锁付机构及使用该自动锁付机构的自动锁付螺丝机，该自动锁付机构主要包括安装底板、于安装底板相对固定设置的第一轴承安装板及第二轴承安装板、推动组件、压紧组件、旋进组件及控制组件，推动组件固定于安装底板，压紧组件设于第一轴承安装板及第二轴承安装板之上，推动组件带动压紧组件竖直向下运动，旋进组件包括气动螺丝刀，带动螺丝转动锁付。本发明通过控制组件、同步带轮和编码器控制气动螺丝刀的工作状态从而实现气动螺丝刀力矩信号可控，大大提高了自动锁付的速度。

Description

自动锁付机构及使用该自动锁付机构的自动锁付螺丝机

【技术领域】

本发明涉及机械加工螺丝锁付领域，特别涉及一种自动锁付机构及一种使用该自动锁付机构的自动锁付螺丝机。

【背景技术】

目前，在电子机械以及玩具家具等制造行业中，螺钉(螺杆螺柱)装配作业应用十分广泛，以往螺钉装配作业大部分是手工操作，通过人工将它们放置到螺钉孔位，再用螺丝刀逐个锁紧，存在生产效率低、劳动强度大等弊端，不利于企业生产规模的扩大和生产效益的提高。随着科技的发展、生产工艺的进步，越来越多的自动化设备投入到产线作业中，自动化作业替代了人工简单重复的流水线作业，有效的提高了企业的生产力和竞争力。随后市场上虽有部分手持型的螺钉锁付机，但仍需人工把持紧锁机构，用电动螺丝刀拧锁螺钉，也不能适应机械化和自动化大规模生产装配的需要。自动锁付螺丝机就是为了规模作业实现螺钉自动锁紧取代人工锁付而出现的。目前使用的自动锁付螺丝机根据所用螺丝刀的不同主要分为两种：一种为采用电动螺丝刀的自动锁付螺丝机，另外一种为使用气动螺丝刀的自动锁付螺丝机。但两者都存在一定缺陷：

1、电动螺丝刀一般转速不到1000r/min，锁付速度慢，效率低，而且连续使用的过程中容易发热，低转速高扭矩输出时甚至会发生过载，引起故障致使设备停机。虽然市场上有转速为2000r/min的无刷电动螺丝刀，但由于控制起来比较困难，同样存在发热严重、容易过载等问题，并没有广泛应用。

2、气动螺丝刀虽然转速可以达到3000r/min，但是由于气动螺丝刀的力矩控制信号输出一般为机械输出，存在着可控性差不稳定的缺陷，因此气动螺丝刀在自动锁付行业中也没有得到广泛的推广和应用。

【发明内容】

为了解决现有技术中电动螺丝刀转速低、容易发热过载而使用气动螺丝刀控制信号可控性差，不能用于自动锁付领域等缺点，本发明针对自动锁付装置的机械结构进行了优化设计，提供一种兼具电动螺丝刀的控制信号稳定及气动螺丝刀的转速高等优点，能够实现高速可控的自动锁付机构。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是提供一种自动锁付机构，包括：

安装底板、于所述安装底板相对固定设置的第一轴承安装板及所述第二轴承安装板、推动组件、压紧组件及旋进组件；

所述推动组件固定于所述安装底板，所述压紧组件设于所述第一轴承安装板及第二轴承安装板之上，所述推动组件带动压紧组件竖直向下运动，所述旋进组件包括一气动螺丝刀，所述气动螺丝刀通过所述压紧组件咬合于螺丝，并带动所述螺丝转动锁紧；

所述自动锁付机构还包括设于所述压紧组件之上的控制组件，所述控制组件在检测到所述螺丝锁紧停止转动的情况下控制所述旋进组件的气动螺丝刀停止旋进。

进一步，在上述自动锁付机构中，所述第一轴承安装板和所述第二轴承安装板相互平行地垂直固定于所述安装底板上。

进一步，在上述自动锁付机构中，所述推动组件包括锁付气缸和气缸安装板，所述锁付气缸与所述气缸安装板固定连接并通过所述气缸安装板固定在所述安装底板上，所述推动组件工作方向为竖直向下并与安装底板并行。

进一步，在上述自动锁付机构中，所述压紧组件包括锁付弹簧、弹簧导向轴、气动螺丝刀安装板、第一导向轴、第二导向轴、第一直线轴承和第二直线轴承，所述锁付弹簧套在所述弹簧导向轴之上，所述弹簧导向轴上端与所述锁付气缸固定连接，所述弹簧导向轴下端垂直穿设于所述气动螺丝刀安装板上；所述第一直线轴承和所述第二直线轴承分别固定在所述第一轴承安装板和所述第二轴承安装板上，所述第一导向轴和所述第二导向轴的上端均固定于所述气动螺丝刀安装板底部，所述第一导向轴和所述第二导向轴的下端分别与所述第一直线轴承和所述第二直线轴承相配合。

进一步，在上述自动锁付机构中，所述旋进组件还包括气动螺丝刀固定板、螺丝批头、锁咀头和压紧板，所述气动螺丝刀通过所述气动螺丝刀固定板垂直固定于所述气动螺丝刀安装板之上，所述螺丝批头上端与所述气动螺丝刀相连，所述螺丝批头下端穿设于所述锁咀头之内，所述锁咀头上端垂直于穿透所述压紧板并相互卡紧，所述压紧板两端分别与所述第一轴承安装板和所述第二轴承安装板在同一水平面上紧固，并与所述螺丝批头工作方向相互垂直。

进一步，在上述自动锁付机构中，所述控制组件包括编码器、第一同步带轮、第二同步带轮和同步带，所述第一同步带轮与所述螺丝批头转动相连，所述第二同步带轮和所述编码器均与固定在所述气动螺丝刀安装板上的转轴转动相连，所述第一同步带轮与所述第二同步带轮通过所述同步带作同步传动。

进一步，在上述自动锁付机构中，所述第一轴承安装板和所述第二轴承安装板上还设有与所述第一直线轴承和所述第二直线轴承相对应的通孔，所述第一导向轴和所述第二导向轴的下端垂直穿设于所述通孔并显露在所述第一轴承安装板和所述第二轴承安装板的下方。

进一步，在上述自动锁付机构中，所述锁付气缸设有一推杆，所述锁付气缸通过推杆与所述弹簧导向轴相连。

进一步，在上述自动锁付机构中，所述弹簧导向轴上下两端各有一个限位螺母，上端的限位螺母设置于所述锁付弹簧上方，下端的限位螺母设置于所述气动螺丝刀安装板的通孔之下。

进一步，在上述自动锁付机构中，所述推杆与所述弹簧导向轴通过所述弹簧导向轴的上端限位螺母螺接。

进一步，在上述自动锁付机构中，所述锁咀头包括套筒和咀头，所述套筒侧面与进料管相连旋紧，所述咀头位于所述套筒下方。

进一步，在上述自动锁付机构中，所述编码器为带有光电元件的光电编码器。

此外，本发明还提供一种配置有上述自动锁付机构的自动锁螺丝机。

与现有技术的自动锁付机构相比较，本发明的自动锁付机构通过同步带和编码器检测螺丝批头的工作状态，通过电信号控制气动螺丝刀和锁付气缸的工作，解决了气动螺丝刀由于力矩输出信号可控性差不能用于自动锁付作业的问题，兼具电动螺丝刀控制信号稳定及气动螺丝刀转速高等优点，实现了自动锁付的高速可控，大大提高了螺丝紧固的自动化水平。

【附图说明】

可参考附图并通过实例更加具体地描述本发明，在附图中：

图1是本发明自动锁付机构的侧面示意图；

图2是本发明自动锁付机构的正面示意图；

图3是本发明自动锁付机构的控制组件的放大示意图；

图4是本发明自动锁付机构的编码器的结构示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

如图1和图2所示，本发明的自动锁付机构主要包括安装底板1、第一轴承安装板2、第二轴承安装板3、推动组件、压紧组件、旋进组件及控制组件，推动组件带动压紧组件竖直向下运动，压紧组件带动旋进组件咬合压紧螺丝，旋进组件旋进锁紧螺丝，控制组件在检测到螺丝锁紧停止转动的情况下控制旋进组件的停转。

推动组件固定于安装底板1，推动组件包括锁付气缸111和气缸安装板112，锁付气缸11包括一推杆1111，锁付气缸111与气缸安装板112固定相连并通过气缸安装板112固定在安装底板1上，推动组件工作方向为竖直向下，与安装底板1平行。

压紧组件设于第一轴承安装板2及第二轴承安装板3之上，压紧组件包括锁付弹簧4、弹簧导向轴5、气动螺丝刀安装板6、第一导向轴7、第二导向轴8、第一直线轴承9和第二直线轴承10。气动螺丝刀安装板6上设有一通孔，锁付弹簧4套在弹簧导向轴5之上，弹簧导向轴5上下两端各有一个限位螺母510，上端的限位螺母510设置于锁付弹簧4上方，下端的限位螺母510设置于气动螺丝刀安装板6的通孔之下。弹簧导向轴5上端与锁付气缸111的推杆1111通过限位螺母510螺接，弹簧导向轴5下端垂直穿设于气动螺丝刀安装板6上的通孔，由于弹簧导向轴5下端的限位螺母510的存在，避免了弹簧导向轴5下端从气动螺丝刀安装板6上的通孔中脱出。

第一直线轴承9和第二直线轴承10分别固定述第一轴承安装板2和第二轴承安装板3上，第一轴承安装板2及第二轴承安装板3相互平行地垂直固定在所述安装底板1上，第一轴承安装板2和第二轴承安装板3上还设有与第一直线轴承9和第二直线轴承10相对应的通孔，第一导向轴7和第二导向轴8的上端均固定于所述气动螺丝刀安装板6底部，第一导向轴7和第二导向轴8的下端垂直穿设于该通孔，在气动螺丝刀安装板6向下压紧时第一导向轴7和第二导向轴8作上下轴线运动，并显露在第一轴承安装板2和第二轴承安装板3的下方。

旋进组件包括气动螺丝刀11、气动螺丝刀固定板12、螺丝批头13、锁咀头14和压紧板15，气动螺丝刀11通过气动螺丝刀固定板12垂直固定于气动螺丝刀安装板12之上，螺丝批头13上端与气动螺丝刀11相连，螺丝批头13下端穿设于所述锁咀头14之内，锁咀头14上端垂直于穿透于所述压紧板15并相互卡紧，所述压紧板15两端分别与第一轴承安装板2和第二轴承安装板3在同一水平面上紧固，并与螺丝批头13工作方向相互垂直。锁咀头14包括套筒140和咀头141，套筒140侧面与进料管16相连旋紧，咀头141位于套筒140下方，螺丝从进料管16进入锁咀头14之后，咀头141夹持螺丝。

如图3和图4所示，控制组件包括编码器17、第一同步带轮18、第二同步带轮19和同步带20，第一同步带轮18与所述第二同步带轮19通过所述同步带20作同步传动，第一同步带轮18与螺丝批头13转动相连，气动螺丝刀安装板6上安装有一转轴21，第二同步带轮18和编码器17通过轴承22均与转轴21转动相连，编码器17为带有光电元件170的光电编码器，用于检测第二同步带轮18的运动状态。

本发明的工作过程如下：

a、螺丝压紧阶段

在自动锁付开始后，螺丝经分料机构吹出进入进料管16，经过进料管16到达锁咀头14的套筒140之中，由于套筒140垂直设置，螺丝由于自重处于垂直下落状态，落入锁咀头14底部的咀头141内。锁付气缸111开始工作，推动推杆1111向下运动，推动施加推力于弹簧导向轴5，弹簧导向轴5也向下运动，下端穿设于气动螺丝刀安装板6上的通孔。套在弹簧导向轴5之上的锁付弹簧4由于上端受到弹簧导向轴5上方的限位螺母510限制，下端受到气动螺丝刀安装板6的限制，当锁付弹簧4开始压缩时，同时推动气动螺丝刀安装板6向下，气动螺丝刀安装板6推动第一导向轴7和第二导向轴8沿轴向向下运动，分别穿设于第一直线轴承9、第一轴承安装板2和第二直线轴承10、第二轴承安装板3，并显露在第一轴承安装板2和第二轴承安装板3下方，此时气动螺丝刀安装板6开始向下运动。由于相互之间的紧固连接，气动螺丝刀安装板6带动气动螺丝刀11和螺丝批头13向下运动使得螺丝批头13压在需要安装的螺丝上。

b、螺丝旋紧阶段

当螺丝批头13压紧螺丝之后，系统通过电磁阀门控制气动螺丝刀11转动，螺丝批头13此时也开始旋转，带动螺丝旋转并同时向下运动，进而锁紧螺丝将螺丝固定安装于物料之上。如果在锁付气缸111单一行程中螺丝没有彻底锁紧，锁付气缸111的推杆1111不再向下运动时，由于锁付弹簧4压缩张力的释放，锁付弹簧4下端仍将推动气动螺丝刀安装板6及固定在气动螺丝刀安装板6之上的气动螺丝刀11向下运动，保证螺丝批头13跟随螺丝向下运动，使得螺丝批头13在旋转锁紧过程中不会脱离螺丝，从而彻底旋紧螺丝。

c、螺丝锁付完毕

螺丝批头13旋紧螺丝向下运动，由于螺丝批头13和第一同步带轮18同轴旋转，螺丝批头13的旋转运动状态与第一同步带轮18相同，通过同步带20的传动反应到第二同步带轮19，编码器17检测通过第二同步带轮19的运动状态可以掌握螺丝批头13的运动状态。当锁付完毕螺丝锁紧之后，螺丝批头13停转，第二同步带轮19也停转，气动螺丝刀11和锁付气缸111仍然处于工作状态，当编码器17感应检测到第二同步带轮19停转后即判定锁付完毕，并且发出力矩到达信号至系统，系统控制气动螺丝刀11停转，同时控制锁付气缸111向上拉动回复至初始位置，三轴机械手运动至下一工作坐标，该螺丝自动锁紧完毕。同时根据螺丝批头13的状态控制气动螺丝刀11和锁付气缸111的工作，以及控制三周机械手的运动，此设计发明解决了气动螺丝刀力矩控制信号不能用于系统控制的问题，使气动螺丝刀11可以应用于自动锁付行业，极大的提高自动锁付的速度。

值得一提的是本实施例中同步带轮传动机构所用的皮带可以是平带也可以是V带，同样也可以是圆带以及多楔带，所用带轮直径可以相等也可以不相等，只要编码器的检测端能够准确检测到带轮的转动状态就可以掌握螺丝批头的转动状态。同样，本实施例中采用的同步带轮机构也可以用齿轮传动机构代替，齿轮可以相等也可以不相等。

本发明还提供一种配置有上述自动锁付机构的自动锁螺丝机。

与现有技术的自动锁付机构相比较，本发明的自动锁付机构采用同气动螺丝刀，通过同步带轮传递螺丝批头的转动状态，由编码器以电信号的方式控制气动螺丝刀和锁付气缸的工作，解决了气动螺丝刀由于力矩输出信号可控性差不能用于自动锁付行业的问题，兼具电动螺丝刀控制信号稳定及气动螺丝刀转速高等优点，实现了自动锁付的高速可控，大大提高了螺丝紧固的自动化水平。

需要指出的是，在本发明一实施例中提到的“第一”、“第二”等用语仅是根据需要采用的文字符号，在实务中并不限于此，并且该文字符号可以互换使用。

在上述实施例中，仅对本发明进行了示范性描述，但是本领域技术人员在阅读本专利申请后可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改。

Claims (13)

1.一种自动锁付机构，其特征在于，包括：

安装底板、于所述安装底板相对固定设置的第一轴承安装板及第二轴承安装板、推动组件、压紧组件及旋进组件；

所述推动组件固定于所述安装底板，所述压紧组件设于所述第一轴承安装板及所述第二轴承安装板之上，所述推动组件带动所述压紧组件竖直向下运动，所述旋进组件包括一气动螺丝刀，所述气动螺丝刀通过所述压紧组件咬合于螺丝，并带动螺丝转动锁紧；

所述自动锁付机构还包括设于所述压紧组件之上的控制组件，所述控制组件在检测到所述螺丝锁紧停止转动的情况下控制所述旋进组件的气动螺丝刀停止旋进。

2.根据权利要求1所述的自动锁付机构，其特征在于，所述第一轴承安装板和所述第二轴承安装板相互平行地垂直固定于所述安装底板上。

3.根据权利要求1所述的自动锁付机构，其特征在于，所述推动组件包括锁付气缸和气缸安装板，所述锁付气缸与所述气缸安装板固定连接并通过所述气缸安装板固定在所述安装底板上，所述推动组件工作方向为竖直向下并与安装底板平行。

4.根据权利要求3所述的自动锁付机构，其特征在于，所述压紧组件包括锁付弹簧、弹簧导向轴、气动螺丝刀安装板、第一导向轴、第二导向轴、第一直线轴承和第二直线轴承，所述锁付弹簧套在所述弹簧导向轴之上，所述弹簧导向轴上端与所述锁付气缸固定连接，所述弹簧导向轴下端垂直穿设于所述气动螺丝刀安装板上；所述第一直线轴承和所述第二直线轴承分别固定在所述第一轴承安装板和所述第二轴承安装板上，所述第一导向轴和所述第二导向轴的上端均固定于所述气动螺丝刀安装板底部，所述第一导向轴和所述第二导向轴的下端分别与所述第一直线轴承和所述第二直线轴承相配合。

5.根据权利要求1所述的自动锁付机构，其特征在于，所述旋进组件还包括气动螺丝刀固定板、螺丝批头、锁咀头和压紧板，所述气动螺丝刀通过所述气动螺丝刀固定板垂直固定于所述气动螺丝刀安装板之上，所述螺丝批头上端与所述气动螺丝刀相连，所述螺丝批头下端穿设于所述锁咀头之内，所述锁咀头上端垂直穿透于所述压紧板并相互卡紧，所述压紧板两端分别与所述第一轴承安装板和所述第二轴承安装板在同一水平面上紧固，并与所述螺丝批头工作方向相互垂直。

6.根据权利要求5所述的自动锁付机构，其特征在于，所述控制组件包括编码器、第一同步带轮、第二同步带轮和同步带，所述第一同步带轮与所述螺丝批头转动相连，所述第二同步带轮和所述编码器均与固定在所述气动螺丝刀安装板上的转轴转动相连，所述第一同步带轮与所述第二同步带轮通过所述同步带作同步传动。

7.根据权利要求4所述的自动锁付机构，其特征在于，所述第一轴承安装板和所述第二轴承安装板上还设有与所述第一直线轴承和所述第二直线轴承相对应的通孔，所述第一导向轴和所述第二导向轴的下端垂直穿设于所述通孔并显露在所述第一轴承安装板和所述第二轴承安装板的下方。

8.根据权利要求4所述的自动锁付机构，其特征在于，所述锁付气缸设有一推杆，所述锁付气缸通过推杆与所述弹簧导向轴相连。

9.根据权利要求4所述的自动锁付机构，其特征在于，所述弹簧导向轴上下两端各有一个限位螺母，上端的限位螺母设置于所述锁付弹簧上方，下端的限位螺母设置于所述气动螺丝刀安装板的通孔之下。

10.根据权利要求9所述的自动锁付机构，其特征在于，所述推杆与所述弹簧导向轴通过所述弹簧导向轴的上端限位螺母螺接。

11.根据权利要求5所述的自动锁付机构，其特征在于，所述锁咀头包括套筒和咀头，所述套筒侧面与进料管相连旋紧，所述咀头位于所述套筒下方。

12.根据权利要求6所述的自动锁付机构，其特征在于，所述编码器为带有光电元件的光电编码器。

13.一种自动锁螺丝机，其特征在于，所述自动锁螺丝机配置有根据权利要求1-12中任意一项权利要求所述的自动锁付机构，用于自动锁付螺丝。

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