CN105171398A - 一种旋紧机及利用该旋紧机对工件进行旋紧的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种旋紧机，包括机架、传动机构和升降旋紧机构以及设置在升降旋紧机构上的工装，在机架中部与该工装位置相应处设置有用于夹紧工件的夹具台，在所述机架上具有底座，传动机构与升降旋紧机构传动连接，还包括升降机构，与升降旋紧机构连接，其具有升降动力输入部分以及与升降动力输入部分相连接的传动杆，传动杆的末端与升降旋紧机构相连接；该传动机构与升降旋紧机构传动连接，该传动机构中设置有动力装置以及与该动力装置电连接的控制系统。还公开了一种使用该旋紧机对工件进行旋紧的方法。该旋紧机利用扭矩传感器对旋紧过程中的扭矩进行测量控制，操作简单、输出扭矩稳定，工作过程中只需人工上料，其他不需要人工参与。

Description

一种旋紧机及利用该旋紧机对工件进行旋紧的方法
技术领域
本发明涉及一种对工件旋紧的装置及方法，具体涉及一种工件旋紧机及利用该旋紧机对工件进行旋紧的方法。
背景技术
传统旋紧机在工作过程中,利用旋紧机构对工件进行旋转，旋紧过程中需要保证工件对正，并在旋紧后人工判断是否旋紧恰当，如工件对正不恰当，会发生螺纹错误，从而使得工件损坏。
另外，传动旋紧机在旋紧至设定扭矩时，即停止工作，但是如果存在垫圈等的变形是，往往导致扭矩不足，使得旋紧后的工件不合格。
发明内容
本发明是为了针对现有技术中存在的问题，在遇到误操作等的情况下防止由于扭矩过大而对螺纹造成损坏，导致零件报废造成损失，及保证实际扭矩达到所需要的设定值，而提出一种旋紧机和利用该旋紧机对工件进行旋紧的方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为，一种旋紧机，包括机架、传动机构和升降旋紧机构以及设置在升降旋紧机构上的工装，在机架中部与该工装位置相应处设置有用于夹紧工件的夹具台，在所述机架上具有底座，传动机构与升降旋紧机构传动连接，还包括升降机构，所述升降机构与升降旋紧机构连接，用于控制升降旋紧机构升降，其具有升降动力输入部分以及与升降动力输入部分相连接的传动杆，传动杆的末端与升降旋紧机构相连接；该传动机构与升降旋紧机构传动连接，用于驱动升降旋紧机构带动工装旋转运动，该传动机构中设置有动力装置以及与该动力装置电连接的控制系统。动力装置驱动升降旋紧机构旋转，带动工装旋紧工件，升降机构驱动升降旋紧机构上下运动，驱动工装靠近或远离工件，控制系统在旋紧过程中控制传动机构中的动力装置以低速或高速驱动，在达到合适的旋紧程度时，控制动力装置停止工作。
进一步地，传动机构中的动力装置为伺服电机，该伺服电机中设置有扭力传感器，该扭力传感器与控制系统相通信连接，用于测量工装旋紧过程的扭矩，传动机构通过齿轮啮合与升降旋紧机构传动连接。
进一步地，控制系统为PLC控制系统，伺服电机的扭力传感器给PLC反馈实时扭矩，PLC判断工作状态，为了保证内外螺纹完全啮合，在初始旋紧过程中伺服电机采用低转速，扭力传感器反馈高扭矩信号表示螺纹啮合不良，伺服电机停止工作并报警或控制系统报警。初始旋紧阶段后就进入高速旋转阶段，在达到设定的最大扭矩值的70-90％时，优选在达到设定的最大扭矩值得80％时，伺服电机减速进入低速旋紧阶段；在旋紧扭矩到达设定值后伺服电机再进行几次脉冲旋转到扭矩最大设定值，保证最大旋紧扭矩正确。
另外，升降机构的传动杆包括传动推杆、换向杠杆和升降杆，传动推杆的上端与换向杠杆的一端铰接，换向杠杆的中部与旋紧机机架铰接，换向杠杆的另一端与升降杆的下端连接，升降杆的另一端与升降旋紧机构下端连接，带动升降旋紧机构上下移动；升降机构动力升降输入部分包括人力杠杆或/和驱动缸，人力杠杆或/和驱动缸与传动推杆的下端连接，带动传动推杆上下移动。
进一步地，升降旋紧机构包括花键轴和驱动花键轴旋转的末级齿轮，花键轴的下端设置有用于安装工装的夹头，花键轴上设置有对轴承定位的两个导向定位块以及驱动花键轴升降的设置于定位套内的升降套筒，定位套固定在机架上，升降套筒与推拉块相连接，推拉块与升降杆的端部铰接，实现升降旋紧机构的升降运动。
进一步地，两个导向定位块都具有与花键轴配合的花键孔，花键轴可以在该导向定位块中上下移动，导向定位块的径向、轴向通过轴承定位在支架上，两个导向定位块的一个端部抵靠在末级齿轮上，其分别抵靠在末级齿轮的两侧，从而实现了末级齿轮的轴向定位；升降套筒设置于定位套内并可相对定位套上下滑动，升降套筒内部通过升降止推轴承套设在花键轴的下部，并相对于花键轴固定。另外，为了提高升降旋紧机构的寿命，且降低升降的摩擦，升降套筒与定位套之间还可设置衬套，该衬套选用具有低摩擦系数、高耐磨性的材料，例如锡青铜、铅基合金、铝基合金、铸铁、酚醛树脂、聚四氟乙烯等材料。
进一步地，升降机构中还设置有推杆复位机构，该推杆复位机构为复位弹簧，其通过支撑架设置于底座上。
本发明还公开了一种利用上述旋紧机对工件进行旋紧的方法，主要特征为，第A步，将工件定位在旋紧机上；
第B步，驱动升降旋紧机构的花键轴下降，带动工装就位；
第C步，控制伺服电机低速旋紧，旋紧过程通过扭矩传感器测量旋转扭矩，并向控制系统发送测量数据，如果在低速旋紧过程中扭矩传感器检测到高扭矩时，伺服电机停止工作，控制系统报警，如果在低速旋紧过程中未出现高扭矩信号，伺服电机进入高速旋紧过程；
第D步，扭矩传感器测量到的扭矩值达到最大设定扭矩时，伺服电机停止工作，升降旋紧机构复位，工作完成。
进一步地，在第C步完成、伺服电机进入高速旋紧过程后，在第D步之前还包括第C1步，扭矩传感器再次测量到高扭矩信号时，控制系统控制伺服电机进入低速旋紧过程。
进一步地，代替第D步，设置有第D1步，在测量到最大设定扭矩后，控制系统控制伺服电机进入脉冲旋紧阶段，在设定次数的脉冲旋紧后，当扭矩传感器检测到扭矩达到最大设定扭矩值后，伺服电机停止工作，升降旋紧机构4复位，当扭矩传感器检测到的扭矩没有达到最大设定扭矩值时，继续脉冲旋紧。
进一步地，在所述第C步的控制系统报警时，升降旋紧机构4复位并重复第B步、第C步，直到无报警信号。
该工件旋紧方法，首先将工件设置到位，旋紧过程为低速旋紧→高速旋紧→低速旋紧→脉冲旋紧，旋紧过程中通过扭矩传感器监控旋转扭矩，当在第一个低速旋紧过程中扭矩传感器检测到高扭矩时，伺服电机停止工作并报警；第一个低速旋紧过程中未出现高扭矩反馈的，伺服电机进入高速旋紧过程，当在高速旋紧过程中扭矩传感器检测到扭矩为设定值的70-90％时，优选为80％时，伺服电机进入第二个低速旋紧过程，当在第二个低速旋紧过程中检测到扭矩值达到最大设定扭矩后，伺服电机进入脉冲旋紧阶段，当在脉冲旋紧阶段检测到扭矩达到最大设定扭矩值后，伺服电机停止工作，旋紧机复位。
本发明的有益效果为：该旋紧机利用伺服电机驱动升降旋紧机构旋转，带动工装旋紧工件，伺服电机中设有扭矩传感器，可以对旋紧过程中的扭矩进行测量控制，控制系统在旋紧过程中控制传动机构中的动力装置以低速或高速驱动，从而避免了操作不当损伤零件。所公开的旋紧工件的方法，旋紧过程中通过低速旋紧→高速旋紧→低速旋紧→脉冲旋紧整个过程，使得旋紧可靠，工件扭矩稳定，工作过程中只需人工上、下料，其他过程不需要人工参与。该旋紧机操作简单、输出扭矩稳定。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为图1中A部的放大图；
图3为升降机构除去人力杠杆后采用驱动缸驱动的实施例图。
附图标记说明：
机架1，底座11,升降机构2，人力杠杆21，驱动缸22，人力杠杆铰接点211，传动推杆23，换向杠杆24，换向铰接点241，升降杆25，升降铰接点251，推杆复位机构26，支撑架261，传动机构3，伺服电机31，一级传动齿轮321，过渡齿轮322，末级齿轮323，升降旋紧机构4，花键轴41，夹头411，导向定位块42、43，定位套44，定位螺钉441，升降套筒45，升降止推轴承451，衬套452，衬套定位螺钉4521，推拉块46，工装5，夹具台6。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细的描述。
如图1、2所示，本发明实施例的旋紧机，包括机架1、传动机构3和升降旋紧机构4以及设置在升降旋紧机构4上的工装5，该工装5用于对工件进行旋紧作业，在机架1中部与该工装5位置相应处设置有用于夹紧工件的夹具台6，工件预先防止在该夹具台6上进行夹紧。在机架1上具有底座11，传动机构3与升降旋紧机构4传动连接，该旋紧机具有升降机构2，该升降机构2与升降旋紧机构4连接，用于控制升降旋紧机构4升降，其具有升降动力输入部分以及与升降动力输入部分相连接的传动杆，传动杆的末端与升降旋紧机构4相连接。
如图1、3所示，升降机构2的传动杆包括传动推杆23、换向杠杆24和升降杆25，传动推杆23的上端与换向杠杆24的一端铰接，换向杠杆24的中部通过换向铰接点241铰接在固定在机架1上的支撑块上，换向杠杆24的另一端与升降杆25的下端连接，升降杆25的另一端与升降旋紧机构4下端的推拉快46铰接，能带动升降旋紧机构4上下移动；升降机构2的动力升降输入部分包括人力杠杆21或者驱动缸22，也可以人力杠杆21与驱动缸22一块使用，人力杠杆21的中部通过人力杠杆铰接点211铰接在机架上，驱动缸22固定在底座11上，驱动刚22可以为气缸或液缸，人力杠杆21或/和驱动缸22与传动推杆23的下端连接，带动传动推杆上下移动。升降机构2中设置有推杆复位机构26，此处推杆复位机构26为复位弹簧，其通过支撑架261设置于底座11上，复位弹簧和支撑架261对称设置于传动推杆23的两侧，复位弹簧通过两端的固定螺钉分别与支撑架261与传动推杆23中部连接。
所述传动机构3与升降旋紧机构4传动连接，用于驱动升降旋紧机构4带动工装旋转运动，所述传动机构3中设置有动力装置以及与该动力装置电连接的控制系统。传动机构3中的动力装置为伺服电机31，如图1所示，伺服电机31输出轴上设有以及传动齿轮321，其与过渡齿轮321啮合，过渡齿轮321与升降旋紧机构4上的末级齿轮323啮合，从而实现驱动花键轴41旋转。
如图1、2所示，升降旋紧机构4包括花键轴41和驱动花键轴41旋转的末级齿轮323，花键轴41的下端设置有用于安装工装5的夹头411，花键轴41上设置有通过轴承进行定位的导向定位块42、43，导向定位块42、43设置有与花键轴41配合的花键孔，如图所示，导向定位块42、43相背的外侧肩部分别抵靠在止推轴承上，上部的止推轴承通过端盖定位在支架1上，下部的止推轴承通过套筒和端盖定位在定位套44内，以及驱动花键轴41升降的设置于定位套44内的升降套筒45，而定位套44由通过螺钉固定在支架1上，从而使得导向定位套42、43径向、轴向定位在支架1上，两个导向定位块42、43的相对的内侧端部抵靠在末级齿轮323上，实现末级齿轮323的定位。
升降套筒45设置于定位套44内并可相对定位套44上下滑动，升降套筒45内部通过升降止推轴承451套设在花键轴41的下半部分，如图2所示，升降套筒上、下部分别设置有止推轴承，上部的止推轴承内圈抵靠在花键轴41的轴肩上，下部的止推轴承内圈抵靠在与花键轴41固定连接的夹头411或花键轴41轴端挡板(图中没有示出)上，从而使得升降套筒45相对于花键轴41轴向固定，且花键轴41可相对该升降套筒45旋转运动。定位套44通过固定螺钉固定在机架1上，升降套筒45与推拉块46相连接，推拉块46与升降杆25的端部铰接，实现升降旋紧机构4的升降运动。为了提高升降旋紧机构的寿命，且降低升降的摩擦，升降套筒45与定位套44之间设置有衬套452，该衬套452选用具有低摩擦系数、高耐磨性的材料，例如锡青铜、铅基合金、铝基合金、铸铁等，也可选用非金属材料例如酚醛树脂、聚四氟乙烯等材料，它们具有较低的噪音。
该伺服电机31中设置有扭力传感器，该扭力传感器与PLC控制系统相通信连接，用于测量工装5旋紧过程的扭矩。工作时，伺服电机的扭力传感器给PLC反馈实时扭矩，PLC判断工作状态，在初始旋紧过程中伺服电机采用低转速，扭力传感器反馈高扭矩信号表示螺纹啮合不良，伺服电机停止工作并报警；初始旋紧阶段后就进入高速旋转阶段，在达到设定的最大扭矩值的70-90％时，优选为80％是，伺服电机减速进入低速旋紧阶段；在旋紧扭矩到达设定值后伺服电机再进行几次脉冲旋转到扭矩最大设定值，保证最大旋紧扭矩正确。
本发明还涉及一种利用旋紧机对工件进行旋紧的方法，包括多个先后步骤，第A步，将工件定位在旋紧机上；第B步，驱动升降旋紧机构4的花键轴41下降，带动工装5就位；第C步，控制伺服电机低速旋紧，旋紧过程通过扭矩传感器测量旋转扭矩，并向控制系统发送测量数据，如果在低速旋紧过程中扭矩传感器检测到高扭矩时，伺服电机停止工作，控制系统报警，如果在低速旋紧过程中未出现高扭矩信号，伺服电机进入高速旋紧过程；第D步，扭矩传感器测量到的扭矩值达到最大设定扭矩时，伺服电机停止工作，升降旋紧机构4复位，工作完成。
在第C步完成、伺服电机进入高速旋紧过程后，在第D步之前还包括第C1步，扭矩传感器再次测量到高扭矩信号时，控制系统控制伺服电机进入低速旋紧过程。
代替第D步，设置有第D1步，在测量到最大设定扭矩后，控制系统控制伺服电机进入脉冲旋紧阶段，在设定次数的脉冲旋紧后，当扭矩传感器检测到扭矩达到最大设定扭矩值后，伺服电机停止工作，升降旋紧机构4复位，当扭矩传感器检测到的扭矩没有达到最大设定扭矩值时，继续脉冲旋紧。
在所述第C步的控制系统报警时，升降旋紧机构4复位并重复第B步、第C步，直到无报警信号。
一个具体工作过程为：
1.被加工零件放置在工作台面上。
2.按启动按钮，气缸1推动传动机构，使工装5套入工件。
3.电机经减速箱减速后带动工装旋转，经工装抱紧后的零件跟着旋转。
4.由扭力传感器给PLC反馈实时扭矩，PLC判断工作状态。即在刚开始的一段时间内采用低转速(为了保证内外螺纹完全啮合)，此阶段如遇到高扭矩则表示螺纹啮合不良。系统即停止工作，并报警。如没有问题则进入高速旋转阶段。在80％的扭矩时立即减速保证低速旋紧。在扭矩到达设定值时进行几次脉冲到设定值，以保证扭矩的正确性。

Claims (12)

1.一种旋紧机，包括机架(1)、传动机构(3)和升降旋紧机构(4)以及设置在升降旋紧机构(4)上的工装(5)，在机架(1)中部与该工装(5)位置相应处设置有用于夹紧工件的夹具台(6)，在所述机架(1)上具有底座(11)，传动机构(3)与升降旋紧机构(4)传动连接，其特征在于，
还包括升降机构(2)，所述升降机构与升降旋紧机构(4)连接，用于控制升降旋紧机构(4)升降，其具有升降动力输入部分以及与升降动力输入部分相连接的传动杆，传动杆的末端与升降旋紧机构(4)相连接；
所述传动机构(3)与升降旋紧机构(4)传动连接，用于驱动升降旋紧机构(4)带动工装旋转运动，所述传动机构(3)中设置有动力装置以及与该动力装置电连接的控制系统。
2.根据权利要求1所述的旋紧机，其特征在于，传动机构(3)中的动力装置为伺服电机，该伺服电机中设置有扭力传感器，该扭力传感器与控制系统相通信连接，用于测量工装(5)旋紧过程的扭矩，传动机构(3)通过齿轮啮合与升降旋紧机构(4)传动连接。
3.根据权利要求2所述的旋紧机，其特征在于，所述控制系统为PLC控制系统，伺服电机(31)的扭力传感器给PLC反馈实时扭矩，PLC判断工作状态，在初始旋紧过程中伺服电机采用低转速，扭力传感器反馈高扭矩信号表示螺纹啮合不良，伺服电机(31)停止工作并报警；初始旋紧阶段后就进入高速旋转阶段，在达到设定的最大扭矩值的70-90％时，伺服电机减速进入低速旋紧阶段；在旋紧扭矩到达设定值后伺服电机再进行几次脉冲旋转到扭矩最大设定值，保证最大旋紧扭矩正确。
4.根据权利要求1-3任一所述的旋紧机，其特征在于，升降机构(2)的传动杆包括传动推杆(23)、换向杠杆(24)和升降杆(25)，传动推杆(23)的上端与换向杠杆(24)的一端铰接，换向杠杆(24)的中部与旋紧机机架(1)铰接，换向杠杆(24)的另一端与升降杆(25)的下端连接，升降杆(25)的另一端与升降旋紧机构(4)下端连接，带动升降旋紧机构(4)上下移动；升降机构(2)的动力升降输入部分包括人力杠杆(21)或/和驱动缸(22)，人力杠杆(21)或/和驱动缸(22)与传动推杆(23)的下端连接，带动传动推杆上下移动。
5.根据权利要求1-3任一所述的旋紧机，其特征在于，所述升降旋紧机构(4)包括花键轴(41)和驱动花键轴(41)旋转的末级齿轮(323)，花键轴(41)的下端设置有用于安装工装(5)的夹头(411)，花键轴(41)上设置有对轴承定位的两个导向定位块(42、43)以及驱动花键轴(41)升降的设置于定位套(44)内的升降套筒(45)，定位套(44)固定在机架(1)上，升降套筒(45)与推拉块(46)相连接，推拉块(46)与升降杆(25)的端部铰接，实现升降旋紧机构(4)的升降运动。
6.根据权利要求5所述的旋紧机，其特征在于，所述导向定位块(42、43)具有与花键轴(41)配合的花键孔，其径向、轴向通过轴承定位在支架(1)上，两个导向定位块(42、43)的一个端部抵靠在末级齿轮(323)上，实现末级齿轮(323)的定位；
升降套筒(45)设置于定位套(44)内并可相对定位套(44)上下滑动，升降套筒(45)内部通过升降止推轴承(451)套设在花键轴(41)的下部，并相对于花键轴(41)固定。
7.根据权利要求6所述的旋紧机，其特征在于，升降套筒(45)与定位套(44)之间设置有衬套(452)。
8.根据权利要求4所述的旋紧机，其特征在于，升降机构(2)中还设置有推杆复位机构(26)，该推杆复位机构(26)为复位弹簧，其通过支撑架(261)设置于底座(11)上。
9.一种利用权利要求1-8的旋紧机对工件进行旋紧的方法，其特征在于：第A步，将工件定位在旋紧机上；
第B步，驱动升降旋紧机构(4)的花键轴(41)下降，带动工装(5)就位；
第C步，控制伺服电机低速旋紧，旋紧过程通过扭矩传感器测量旋转扭矩，并向控制系统发送测量数据，如果在低速旋紧过程中扭矩传感器检测到高扭矩时，伺服电机停止工作，控制系统报警，如果在低速旋紧过程中未出现高扭矩信号，伺服电机进入高速旋紧过程；
第D步，扭矩传感器测量到的扭矩值达到最大设定扭矩时，伺服电机停止工作，升降旋紧机构(4)复位，工作完成。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在第C步完成、伺服电机进入高速旋紧过程后，在第D步之前还包括第C1步，扭矩传感器再次测量到高扭矩信号时，控制系统控制伺服电机进入低速旋紧过程。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，代替第D步，设置有第D1步，在测量到最大设定扭矩后，控制系统控制伺服电机进入脉冲旋紧阶段，在设定次数的脉冲旋紧后，当扭矩传感器检测到扭矩达到最大设定扭矩值后，伺服电机停止工作，升降旋紧机构(4)复位，当扭矩传感器检测到的扭矩没有达到最大设定扭矩值时，继续脉冲旋紧。
12.根据权利要求9-11任一所述的方法，其特征在于，在所述第C步的控制系统报警时，升降旋紧机构4复位并重复第B步、第C步，直到无报警信号。
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