CN103495860B - 双头螺柱及螺母的自动拧紧装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双头螺柱及螺母的自动拧紧装置，包括弓形支座、安装于支座上部的丝杠和横向导轨、与丝杠连接的电机、与横向导轨垂直分布的纵向导轨、位于纵向导轨上部的拧紧汽缸、抬起装置、支撑爪，拧紧汽缸的汽缸轴通过连接件与拧紧机构连接；拧紧机构的驱动杆与拧紧头连接。本发明一种双头螺柱及螺母的自动拧紧装置用于细长工件上有规律分布的批量双头螺柱或螺母的自动拧紧，既保证了拧紧系统的可靠性、精度及抗干扰能力，还可以提高拧紧的一致性和拧紧效率。

Description

双头螺柱及螺母的自动拧紧装置

技术领域

本发明属于用于拧紧螺柱及螺母的装置，具体涉及一种双头螺柱及螺母的自动拧紧装置。

背景技术

双头螺柱是指两端均有螺纹的圆柱形紧固件，广泛应用于电力、化工、炼油、阀门、铁路、桥梁、钢构、汽摩配件、机械、锅炉钢结构、吊塔、大跨度钢结构和大型建筑等。双头螺柱联结是将双头螺柱一头拧入被联结件之一的螺孔，另一头穿过另一被联结件通孔，然后套上垫圈，拧紧螺母。双头螺柱的装配，需要借助专门的工具才能完成，通常采用的双头螺柱拧紧器是依靠外力转动螺套，将双头螺柱的尾端旋入螺套，再通过螺套内的顶杠与双头螺柱端面接触而产生的顶紧力将其首端旋入基体中，最后通过反向旋转力将螺套从双头螺柱上旋下。

螺母又称为螺帽是一种固定用工具，其中心有孔，孔的内侧有螺纹。螺母经常与大小相合的螺栓配合使用，以固定有关的接合部份,用以传递运动或动力的机械零件。螺母多呈六角形，其次为正方形。在进行机械装置装配时，螺母和螺栓联接是一种普遍的连接方式，因此用于螺母的拧紧手电钻是一个重要的手动工具，为了快递、高效地将螺母拧紧，在现有的用于螺母的拧紧手电钻中，都是把拧紧扳手与手电钻直接联接在一起，但是在拧紧过程中，拧紧套筒与螺母间会产生侧向压力，加上螺母与螺栓间的摩擦，侧向力会造成附加力矩，该附加力矩会对各拧紧轴的工作力矩起到一个反向的作用，属于一种有害力矩。根据螺栓分度圆直径与螺栓直径等参数的不同，附加力矩可达目标扭转的3％-6％，即会对螺母的拧紧力矩构成3％-6％范围内不可预测的影响。

针对单个细长工件有均匀分布的批量双头螺柱或者螺母需要拧紧，传统的双头螺柱或者螺母拧紧方法为人为地用电或气动扳手拧紧，其缺点是工作量大、耗时长、效率低，且拧紧程度不一，扭矩的大小难以量化地控制和显示。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中存在的术缺点而提出的，其目的是提供一种双头螺柱及螺母的自动拧紧装置。

本发明的技术方案是：

一种双头螺柱及螺母的自动拧紧装置，包括支座、丝杠、电机、横向导轨、纵向导轨、拧紧汽缸、抬起装置、支撑爪，所述支座呈弓形，由弓形上部、弓形下部和平台组成；弓形上部安装有相互平行的两条横向导轨和丝杠，丝杠位于两条横向导轨之间，丝杠的一端连接电机，移动螺母一侧与纵向导轨背面固定连接；弓形下部底端向支座开口一侧外延形成平台，两台抬起装置汽缸分别安装于平台上，两条抬起装置导轨安装在弓形下部与抬起装置相对应的位置；所述支撑爪固定于抬起装置上，支撑爪的宽度与输送带上缝隙的宽度相适合；传感器安装于输送带上；纵向导轨与横向导轨垂直分布，纵向导轨背部安装有两个横向移动滑块，横向移动滑块与纵向导轨背部构成C型，横向移动滑块开口处扣装在横向导轨的凹槽内，纵向导轨的上端安装有拧紧汽缸，拧紧汽缸的汽缸轴通过连接件与拧紧机构连接；拧紧机构背部安装有两个纵向移动滑块，纵向移动滑块与纵向导轨的结合方式与横向导轨和横向移动滑块的结合方式相同，拧紧机构的驱动杆与拧紧头连接，控制系统分别与电机、传感器、拧紧电机和扭矩传感器控制盒的信号连接，对其进行控制；所述拧紧头为双头螺柱拧紧头或者螺母拧紧头；

所述双头螺柱拧紧头包括上套筒、双头螺柱下套筒、顶杠、联接套筒、钢球和滚针，所述上套筒的中心形成通孔，通孔的孔径大小与顶杠的直径相匹配，上套筒的内壁形成有倾斜式限位槽，上套筒的下端沿圆周均布有上螺孔；所述双头螺柱下套筒的截面呈凸型，凸台部外径与通孔的孔径相匹配，中心形成异径孔，上段为光孔，孔径与钢球的直径相匹配，且小于通孔的孔径，双头螺柱下套筒的异径孔下段为螺纹孔，螺纹孔孔径与双头螺柱的直径匹配，双头螺柱下套筒的下端沿圆周均布有下螺孔，下螺孔为通孔，位置与上螺孔相匹配；所述钢球置于下套筒的光孔中；滚针安装在顶杠下端外壁上的滚针孔内，大小与限位槽相匹配；所述顶杠的上端形成有下固定销孔，顶杠的下端伸入上套筒的通孔中，上端伸入联接套筒的阶梯孔中，通过下固定销与联接套筒固定；所述联接套筒的中心形成阶梯孔，阶梯孔分为上、下两段，上段孔径大小与驱动杆的直径相匹配，下段的孔径大小与顶杠的直径相匹配；联接套筒的上端形成有上固定销孔，下端形成有下固定销孔，两者孔径大小分别与上固定销和下固定销大小相匹配；

所述螺母拧紧头的结构与双头螺柱拧紧头的结构基本相同，只有在螺母下套筒的异径孔下段为内六角孔，内六角孔孔径与螺母的外部六角形状匹配。

所述拧紧机构包括底面开有两个与驱动杆大小相匹配的通孔的箱体，箱体内部安装有两套分别依次连接的拧紧电机、传动轴、调速器和驱动杆，安装于驱动杆上的扭矩传感器，以及与扭矩传感器另一端连接的扭矩传感器控制盒，控制系统设置的扭矩数据通过扭矩传感器控制盒传输给扭矩传感器，进一步控制驱动杆的扭矩大小。

所述控制系统为INTEL单片机。

本发明一种双头螺柱及螺母的自动拧紧装置通过多种控制方式进行双头螺柱、螺母的拧紧，不仅能实现自动认帽、自动卸荷、自动拧紧等功能，还能有效地提高拧紧效率，特别适合于零部件上均匀分布的大批量双头螺柱的自动拧紧。同时，该装置也适用于其他有规律分布的批量双头螺柱拧紧。

附图说明

图1是本发明双头螺柱及螺母的自动拧紧装置的主视图；

图2是本发明双头螺柱及螺母的自动拧紧装置的左视图；

图3是本发明双头螺柱及螺母的自动拧紧装置的俯视图；

图4是本发明中的拧紧机构的结构示意图；

图5是图1中A部分的局部放大图；

图6是图2中B部分的局部放大图；

图7是本发明中双头螺柱拧紧头的装配结构示意图；

图8是本发明中螺母拧紧头的装配结构示意图；

图9是本发明中拧紧头的上套筒的结构示意图；

图10是本发明中拧紧头的双头螺柱下套筒的结构示意图；

图11是本发明中拧紧头的螺母下套筒的结构示意图；

图12是本发明中拧紧头的螺母下套筒的仰视图；

图13是本发明中拧紧头的顶杠的结构示意图；

图14是本发明中拧紧头的联接套筒的结构示意图。

其中：

1支座2丝杠

3电机4横向导轨

5纵向导轨6拧紧汽缸

7拧紧机构8拧紧头

8’双头螺柱拧紧头8”螺母拧紧头

9抬起装置10支撑爪

11传感器12控制系统

13输送带14细长工件

101弓形上部102弓形下部

103平台201移动螺母

401凹槽402横向移动滑块

501纵向移动滑块601汽缸轴

602连接件701箱体

702拧紧电机703传动轴

704调速器705扭矩传感器

706扭矩传感器控制盒707驱动杆

801上套筒802双头螺柱下套筒

802’螺母下套筒803顶杠

804联接套筒806钢球

807滚针808上固定销

809下固定销810内六角螺栓

811通孔812限位槽

813上螺孔814凸台部

815光孔816螺纹孔

816’内六角孔817下螺孔

818下固定销孔819滚针孔

820阶梯孔821上固定销孔

822双头螺柱822’螺母

901抬起装置汽缸902抬起装置导轨。

具体实施方式

下面，参照附图和实施例对本发明双头螺柱及螺母的自动拧紧装置进行详细说明：

如图1～3所示，一种双头螺柱及螺母的自动拧紧装置，包括支座1，所述支座1呈弓形，包括弓形上部101、弓形下部102和平台103。

弓形上部101安装有相互平行的两条横向导轨4和丝杠2，丝杠2位于两条横向导轨4之间，丝杠2的一端连接电机3，移动螺母201一侧与纵向导轨5背面固定连接，移动螺母201与丝杠2啮合，当丝杠2转动时，移动螺母201带动纵向导轨5沿横向导轨4左右移动；

弓形下部102底端向支座1开口一侧外延形成平台103，两台抬起装置汽缸901分别安装于平台103上，两条抬起装置导轨902安装在弓形下部102与抬起装置9相对应的位置，抬起装置9在抬起装置汽缸901的作用下沿抬起装置导轨902上下移动。

所述支撑爪10固定于抬起装置9上，支撑爪10的宽度与输送带13上缝隙的宽度相适合，支撑爪10的上部形成半圆形凹槽。

传感器11安装于输送带13上。

如图5、6所示，纵向导轨5与横向导轨4垂直分布，纵向导轨5背部安装有两个横向移动滑块402，横向移动滑块402与纵向导轨5背部构成C型，横向移动滑块402开口处扣装在横向导轨4的凹槽401内，纵向导轨5的上端安装有拧紧汽缸6，拧紧汽缸6的汽缸轴601通过连接件602与拧紧机构7连接。

如图4所示，拧紧机构7背部安装有两个纵向移动滑块501，纵向移动滑块501与纵向导轨5的结合方式与横向导轨4和横向移动滑块402的结合方式相同，拧紧机构7在拧紧汽缸6的汽缸轴601的带动下沿纵向导轨5上下移动，拧紧机构7的驱动杆707与拧紧头8连接。

拧紧机构7包括底面开有两个与驱动杆707大小相匹配的通孔的箱体701，箱体701内部安装有两套分别依次连接的拧紧电机702、传动轴703、调速器704和驱动杆707，安装于驱动杆707上的扭矩传感器705，以及与扭矩传感器705另一端连接的扭矩传感器控制盒706，控制系统设置的扭矩数据通过扭矩传感器控制盒706传输给扭矩传感器705，进一步控制驱动杆707的扭矩大小；

如图7～14所示，拧紧头8具有两种结构，其一是在安装双头螺柱时使用的双头螺柱拧紧头8’，其二是在安装螺母时使用的螺母拧紧头8”。其中双头螺柱拧紧头8’包括上套筒801、双头螺柱下套筒802、顶杠803、联接套筒804、钢球806和滚针807，所述上套筒801的中心形成通孔811，通孔811的孔径大小与顶杠803的直径相匹配，上套筒801的内壁形成有倾斜式限位槽812，上套筒801的下端沿圆周均布有上螺孔813；

所述双头螺柱下套筒802的截面呈凸型，凸台部814外径与通孔811的孔径相匹配，中心形成异径孔，上段为光孔815，孔径与钢球806的直径相匹配，且小于通孔811的孔径，双头螺柱下套筒802的异径孔下段为螺纹孔816，螺纹孔816孔径与双头螺柱822的直径匹配，双头螺柱下套筒802的下端沿圆周均布有下螺孔817，下螺孔817为通孔，位置与上螺孔813相匹配；

所述钢球806置于下套筒802的光孔815中；

滚针807安装在顶杠803下端外壁上的滚针孔819内，其直径与限位槽812的宽度相匹配；所述顶杠803的上端形成有下固定销孔818，顶杠803的下端伸入上套筒801的通孔811中，上端伸入联接套筒804的阶梯孔820中，通过下固定销809与联接套筒804固定；所述联接套筒804的中心形成阶梯孔820，阶梯孔分为上、下两段，上段孔径大小与驱动杆707的直径相匹配，下段的孔径大小与顶杠803的直径相匹配；联接套筒804的上端形成有上固定销孔821，下端形成有下固定销孔818，两者孔径大小分别与上固定销808和下固定销809大小相匹配。

上套筒801与双头螺柱下套筒802通过内六角螺栓810相连接构成双头螺柱拧紧头；

如图8、11、12所示，其中螺母拧紧头8”的结构与双头螺柱拧紧头8’的结构基本相同，只有在螺母下套筒802’的异径孔下段为内六角孔816’，内六角孔816’孔径与螺母822’的外部六角形状匹配。

所述控制系统12为INTEL单片机。

本发明的使用方法：

ⅰ.将双头螺柱822或者螺母822’预装在细长工件14的相应位置上，将细长工件14置于输送带13上；

ⅱ.输送带13将细长工件14输送到双头螺柱及螺母的自动拧紧装置前，位于输送带13的传感器11发送位置信号给控制系统12，控制系统12控制输送带13停止输送，细长工件14停止，此时细长工件14位置得到定位；

ⅲ.控制系统12控制抬起装置汽缸901运动，抬起装置9在其带动下将支撑爪10上的细长工件14抬起至指定高度停止；

ⅳ.控制系统12发送信号，电机3带动丝杠2转动，丝杠2的移动螺母201带动纵向导轨5在横向导轨4上移动至初始位置停止，纵向导轨5上的拧紧机构7位置得到定位；

ⅴ.控制系统12发送信号，拧紧汽缸9带动拧紧机构7在纵向导轨5上移动，拧紧机构7下降指定位移，此时拧紧机构7下端连接的拧紧头8下降至细长工件14的双头螺柱822或螺母822’上；

ⅵ.控制系统12发送信号，拧紧机构7中的拧紧电机701启动，通过驱动杆707带动拧紧头8转动，拧紧头8的双头螺柱下套筒802或螺母下套筒802’与细长工件14上的双头螺柱822或螺母822’配合，同时拧紧汽缸运动带动拧紧机构随双头螺柱822或螺母822’的拧紧而下移，细长工件14上的双头螺柱822或螺母822’得到拧紧；

ⅶ.当双头螺柱822或螺母822’拧紧到指定扭矩后，扭矩传感器705接受扭矩信号并反馈给控制系统12，控制系统12将信号反馈给调速器704，进行拧紧调速，当双头螺柱822或螺母822’拧紧到所需扭矩时，控制系统12控制拧紧电机702停止转动，拧紧结束；

ⅷ.双头螺柱822或螺母822’拧紧后，拧紧汽缸6带动拧紧机构7上升回原位；

ix.电机3带动丝杠2旋转，丝杠2带动纵向导轨5上的拧紧机构7沿横向轨道4移动指定距离，此距离与细长工件14上的双头螺柱822或螺母822’的间距一致；

x.重复步骤ⅴ～ⅷ的动作，直至拧紧完最后一组双头螺柱822或螺母822’；

xi.双头螺柱822或螺母822’全部拧紧后，抬起装置9落下，细长工件14落到输送带13上，拧紧过程结束。

本发明通过多种控制方式进行双头螺柱、螺母的拧紧，装置具有自动认帽、自动卸荷、手动正转及同时拧紧功能，可以实现选定轴的正转或反转，以及自动定位、拧紧功能；拧紧装置采用扭矩控制、信号反馈等多种控制方式进行螺柱或螺母的拧紧，通过控制、协调各轴控单元来实现整个系统拧紧的协调控制；主控单元及轴控单元以先进的INTEL单片机为控制核心，采用模块化结构，保证了系统的可靠性、系统的精度及抗干扰能力，又使其便于维修和扩展；采用高性能的伺服系统，实现无级调速，可以在量程范围内随意设定扭矩目标值及角度目标值；具有自诊断及报警功能，可判别工艺参数和拧紧结果，并给出声、光指示；装置能显示统计拧紧产量及拧紧结果，与PC联机，接收拧紧曲线，以便显示和打印。本发明用于细长工件上有规律分布的批量双头螺柱或螺母的自动拧紧，既保证了拧紧系统的可靠性、精度及抗干扰能力，还可以提高拧紧的一致性和拧紧效率。

Claims (3)

1.一种双头螺柱及螺母的自动拧紧装置，包括支座（1）、丝杠（2）、电机（3）、横向导轨（4）、纵向导轨（5）、拧紧汽缸（6）、抬起装置（9）、支撑爪（10），所述支座（1）呈弓形，由弓形上部（101）、弓形下部（102）和平台（103）组成；弓形上部（101）安装有相互平行的两条横向导轨（4）和丝杠（2），丝杠（2）位于两条横向导轨（4）之间，丝杠（2）的一端连接电机（3），移动螺母（201）一侧与纵向导轨（5）背面固定连接；弓形下部（102）底端向支座（1）开口一侧外延形成平台（103），两台抬起装置汽缸（901）分别安装于平台（103）上，两条抬起装置导轨（902）安装在弓形下部（102）与抬起装置（9）相对应的位置；所述支撑爪（10）固定于抬起装置（9）上，支撑爪（10）的宽度与输送带（13）上缝隙的宽度相适合；传感器（11）安装于输送带（13）上；纵向导轨（5）与横向导轨（4）垂直分布，纵向导轨（5）背部安装有两个横向移动滑块（402），横向移动滑块（402）与纵向导轨（5）背部构成C型，横向移动滑块（402）开口处扣装在横向导轨（4）的凹槽（401）内，纵向导轨（5）的上端安装有拧紧汽缸（6），拧紧汽缸（6）的汽缸轴（601）通过连接件（602）与拧紧机构（7）连接；拧紧机构（7）背部安装有两个纵向移动滑块（501），纵向移动滑块（501）与纵向导轨（5）的结合方式与横向导轨（4）和横向移动滑块（402）的结合方式相同，拧紧机构（7）的驱动杆（707）与拧紧头（8）连接，控制系统（12）分别与电机（3）、传感器（11）、拧紧电机（702）和扭矩传感器控制盒（706）的信号连接，对其进行控制，其特征在于：所述拧紧头（8）为双头螺柱拧紧头（8’）或者螺母拧紧头（8”）；

所述双头螺柱拧紧头（8’）包括上套筒（801）、双头螺柱下套筒（802）、顶杠（803）、联接套筒（804）、钢球（806）和滚针（807），所述上套筒（801）的中心形成通孔（811），通孔（811）的孔径大小与顶杠（803）的直径相匹配，上套筒（801）的内壁形成有倾斜式限位槽（812），上套筒（801）的下端沿圆周均布有上螺孔（813）；所述双头螺柱下套筒（802）的截面呈凸型，凸台部（814）外径与通孔（811）的孔径相匹配，中心形成异径孔，上段为光孔（815），孔径与钢球（806）的直径相匹配，且小于通孔（811）的孔径，双头螺柱下套筒（802）的异径孔下段为螺纹孔（816），螺纹孔（816）孔径与双头螺柱（822）的直径匹配，双头螺柱下套筒（802）的下端沿圆周均布有下螺孔（817），下螺孔（817）为通孔，位置与上螺孔（813）相匹配；所述钢球（806）置于下套筒（802）的光孔（815）中；滚针（807）安装在顶杠（803）下端外壁上的滚针孔（819）内，大小与限位槽（812）相匹配；所述顶杠（803）的上端形成有下固定销孔（818），顶杠（803）的下端伸入上套筒（801）的通孔（811）中，上端伸入联接套筒（804）的阶梯孔（820）中，通过下固定销（809）与联接套筒（804）固定；所述联接套筒（804）的中心形成阶梯孔（820），阶梯孔分为上、下两段，上段孔径大小与驱动杆（707）的直径相匹配，下段的孔径大小与顶杠（803）的直径相匹配；联接套筒（804）的上端形成有上固定销孔（821），下端形成有下固定销孔（818），两者孔径大小分别与上固定销（808）和下固定销（809）大小相匹配；

所述螺母拧紧头（8”）的结构与双头螺柱拧紧头（8’）的结构基本相同，只有在螺母下套筒（802’）的异径孔下段为内六角孔（816’），内六角孔（816’）孔径与螺母（822’）的外部六角形状匹配。

2.根据权利要求1所述的一种双头螺柱及螺母的自动拧紧装置，其特征在于：所述拧紧机构（7）包括底面开有两个与驱动杆（707）大小相匹配的通孔的箱体（701），箱体（701）内部安装有两套分别依次连接的拧紧电机（702）、传动轴（703）、调速器（704）和驱动杆（707），安装于驱动杆（707）上的扭矩传感器（705），以及与扭矩传感器（705）另一端连接的扭矩传感器控制盒（706），控制系统设置的扭矩数据通过扭矩传感器控制盒（706）传输给扭矩传感器（705），进一步控制驱动杆（707）的扭矩大小。

3.根据权利要求1所述的一种双头螺柱及螺母的自动拧紧装置，其特征在于：所述控制系统（12）为INTEL单片机。