CN105773126A - 四轴同步螺栓精准扭矩紧固设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机械装配自动化设备，更具体地说，涉及一种实现精确扭矩紧固连接的自动化设备。四轴同步螺栓精准扭矩紧固设备，主要包括：机架、直线导轨、拧紧机构、活动夹具、托台、限位块，所述直线导轨的数量为二、平行布置于所述机架上，所述托台和所述限位块均固连于所述直线导轨上，所述活动夹具活动连接于所述直线导轨上；所述拧紧机构的数量为二、对称布置于所述活动夹具的两侧。四轴同步螺栓精准扭矩紧固设备，本发明适用于机械装配过程中，实现多个零件的同步紧固连接，并且拧紧时的驱动力稳定可靠；不仅提高了效率，而且提高了紧固质量。
Description
技术领域
本发明涉及机械装配自动化设备，更具体地说，涉及一种实现精确扭矩紧固连接的自动化设备。
背景技术
在机械装配的过程中大量使用气动螺丝刀实现对螺栓的紧固连接，气动螺栓刀的输出扭矩受气压高低的影响非常大，使得螺栓的锁紧力矩不一致，影响了设备的可靠使用。
在机械装配的过程中大量使用普通电动螺丝刀实现对螺栓的紧固连接，由于普通电动螺丝刀缺少扭矩采集系统，实的对螺栓的连接力矩不稳定，影响了设备的可靠使用。
在传统的螺栓连接过程中，大量依赖人工劳动实现螺栓的紧固连接，大量宝贵的人力资源浪费在简单重复的螺栓连接作业中。
因此需要开发自动化设备，实现对某些特定产品的自动化作业，并确保螺栓紧固连接的稳定可靠。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种四轴同步螺栓精准扭矩紧固设备，本发明适用于机械装配过程中，实现多个零件的同步紧固连接，并且拧紧时的驱动力稳定可靠；不仅提高了效率，而且提高了紧固的质量。
一种四轴同步螺栓精准扭矩紧固设备，主要包括：机架、直线导轨、拧紧机构、活动夹具、托台、限位块，所述直线导轨的数量为二、平行布置于所述机架上，所述托台和所述限位块均固连于所述直线导轨上，所述活动夹具活动连接于所述直线导轨上；所述拧紧机构的数量为二、对称布置于所述活动夹具的两侧；
所述拧紧机构包括伺服锁紧机构、二号滑块、连接板、固定板、短气缸，所述二号滑块活动连接于所述直线导轨上，所述连接板的两端固连于所述二号滑块，所述伺服锁紧机构分别固连于所述连接板的两端，所述固定板固连于所述直线导轨，所述短气缸固连于所述固定板，所述短气缸的短活塞杆固连于所述连接板；
所述伺服锁紧机构包括：伺服电机两个、减速器两个、扭矩传感器两个、套筒两个，所述伺服电机的输出轴连接所述减速器，所述减速器的输出轴连接所述扭矩传感器，在所述扭矩传感器的输出轴上固连和所述螺栓相匹配的所述套筒。
所述活动夹具主要包括：一号滑块、长气缸、支撑板，所述一号滑块活动连接于所述直线导轨上，所述支撑板的两端固连于所述一号滑块，所述长气缸固连于所述机架，所述长气缸的长活塞杆固连于所述支撑板。
优选地，所述套筒的内径与所述扭矩传感器的输出轴的直径差值为0.2mm，所述套筒与所述扭矩传感器浮动连接。
优选地，所述大铁板放置于所述活动夹具的支撑板上，并通过滚子定位，所述螺栓穿过所述滚轮放置于所述托台，所述螺母放置于螺母卡紧孔，并通过卡板夹紧。
优选地，所述托台在所述直线导轨上的位置可调，所述限位块配有距离传感器。
优选地，所述伺服电机处于扭矩模式下，所述减速器为行星齿轮减速器，速比为十至五十。
和传统技术相比，本发明四轴同步螺栓精准扭矩紧固设备具有以下积极作用和有益效果：
四轴同步螺栓精准扭矩紧固设备，在工作过程中，两个所述长气缸的长活塞杆均收缩，带动所述支撑板朝远离所述限位块的方向运动，使得所述活动夹具顶紧所述大铁板，此时，两个所述短气缸的短活塞杆均伸长，推动连接板朝靠近所述大铁板的方向运动。四个所述伺服电机处于扭矩模式下且输出扭矩为T，转速为n转每分钟，所述减速器的输出扭矩为T，转速为n/转每分钟，所述扭矩传感器的输出扭矩为T，转速为n/转每分钟，带动所述套筒一起转动，并将T的扭矩传递于所述螺栓上，并推动所述滚轮在所述托台中朝靠近所述大铁板的方向运动，由于所述活动夹具顶紧所述大铁板，所述螺母通过所述卡板夹紧，使所述螺栓旋转进入所述螺母中，当所述螺栓与螺母的预紧力达到T的时候，四个所述伺服电机均卸载，所述伺服电机处于扭矩模式下且输出扭矩为，所述拧紧机构无动力输出，且处于静止状态、卸载模式下。此时，两个所述短气缸的短活塞杆均收缩，拉动连接板朝远离所述大铁板的方向运动。所述套筒脱离所述螺栓，随后，两个所述长气缸的长活塞杆均伸长，带动支撑板朝靠近所述限位块的方向运动，使得所述活动夹具松开所述大铁板，完成一次所述螺栓和滚轮与所述螺母的装配连接。
四轴同步螺栓精准扭矩紧固设备，采用所述长气缸和所述短气缸分别来推动所述支撑板和连接板快速移动，提高了效率，同时由于气体的可压缩性，使得在拧紧所述螺栓时，不会对所述伺服电机产生冲击载荷，使所述螺栓与所述螺母的装配过程更加缓和、无冲击。采用四个所述伺服电机同步运动，保证了装配精度，同时也提高了效率。此外，所述扭矩传感器实时检测输出扭矩，实现将所述滚轮和螺栓紧固到所述大铁板上拧紧时所需精确的扭矩，以保证螺纹连接安全、可靠。
将所述螺母放置于所述螺母卡紧孔，并通过所述卡板夹紧，避免了所述螺栓与所述螺母拧紧过程中，所述螺母的位置变化而不利于装配。所述大铁板放置于所述活动夹具的支撑板上，通过可更换的所述滚子定位，使得所述大铁板上的四个安装孔与所述螺母卡紧孔对齐，更好的保证了四个所述螺栓与螺母安装过程的同轴度要求，此外，所述套筒的内径比所述扭矩传感器的输出轴的直径大0.2mm，可实现所述套筒与所述扭矩传感器浮动连接，由于四个所述螺栓与螺母不可能同时做好高度同轴，当所述螺栓和所述螺母存在不同轴误差时，.mm的间隙可以自动弥补这个不同轴误差，以便更准确的进行装配。另外，可根据装配的所述大铁板的尺寸来调节所述托台在所述直线导轨上的位置，调节完后再进行固定，这样更好更方便的实现了装配柔性化和自动化要求。
所述螺栓与所述螺母拧紧后，所述活动夹具在所述长气缸作用下，迅速移动，由于所述限位块配有距离传感器，通过实时测量两个所述活动夹具之间距离，来控制所述长气缸的运动，从而避免了两个所述活动夹具的碰撞，保证了装配的安全性和可靠性。
附图说明
图1是本发明四轴同步螺栓精准扭矩紧固设备的结构示意图；
图2是本发明四轴同步螺栓精准扭矩紧固设备在拆装状态下的结构示意图；
图3是本发明四轴同步螺栓精准扭矩紧固设备的待装配组件在拆装状态下的结构示意图；
图4是本发明四轴同步螺栓精准扭矩紧固设备的拧紧机构的结构示意图；
图5是本发明四轴同步螺栓精准扭矩紧固设备的活动夹具的结构示意图；
图6是图1所示A部位的局部结构的放大图；
图7是图5所示B部位的局部结构的放大图；
图中：
机架1、拧紧机构2、托台3、待装配组件4、直线导轨5、活动夹具6、限位块7、一号滑块8、长气缸9、长活塞杆10、支撑板11、伺服电机12、减速器13、扭矩传感器14、套筒15、二号滑块16、连接板17、短气缸18、短活塞杆19、螺栓20、滚轮21、大铁板22、螺母23、滚子24、螺母卡紧孔25、卡板26、固定板27。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步地详细说明，但不构成对本发明的任何限制，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述，提供了一种四轴同步螺栓精准扭矩紧固设备，可安装于工业流水线上用来实现将滚轮和螺栓紧固到设备上，达到拧紧时精确的扭矩，以保证螺纹连接安全、可靠，同时可提高装配效率和精度。
在本实施方式里，以将滚轮和螺栓紧固到大铁板为例，描述四轴同步螺栓精准扭矩紧固设备的工作过程和原理。
以下首先描述待装配组件的结构。
图3是待装配组件在拆装状态下的结构示意图。待装配组件4包括：滚轮21四个、螺栓20四个、螺母23四个、大铁板22一个，所述螺栓20和所述滚轮21通过所述螺母23固连于所述大铁板22上。
以下描述四轴同步螺栓精准扭矩紧固设备的结构组成。
图1是四轴同步螺栓精准扭矩紧固设备的结构示意图，图2是四轴同步螺栓精准扭矩紧固设备在拆装状态下的结构示意图。四轴同步螺栓精准扭矩紧固设备，主要包括：机架1、直线导轨5、拧紧机构2、活动夹具6、托台3、限位块7，所述直线导轨5的数量为二、平行布置于所述机架1上，所述托台3和所述限位块7均固连于所述直线导轨5上，所述活动夹具6活动连接于所述直线导轨5上；所述拧紧机构2的数量为二、对称布置于所述活动夹具6的两侧；
图4是拧紧机构的结构示意图，所述拧紧机构2包括伺服锁紧机构、二号滑块16、连接板17、固定板27、短气缸18，所述二号滑块16活动连接于所述直线导轨5上，所述连接板17的两端固连于所述二号滑块16，所述伺服锁紧机构分别固连于所述连接板17的两端，所述固定板27固连于所述直线导轨5，所述短气缸18固连于所述固定板27，所述短气缸18的短活塞杆19固连于所述连接板17；
所述伺服锁紧机构包括：伺服电机12两个、减速器13两个、扭矩传感器14两个、套筒15两个，所述伺服电机12的输出轴连接所述减速器13，所述减速器13的输出轴连接所述扭矩传感器14，在所述扭矩传感器14的输出轴上固连和所述螺栓20相匹配的所述套筒15。
图5是活动夹具的结构示意图，所述活动夹具6主要包括：一号滑块8、长气缸9、支撑板11，所述一号滑块8活动连接于所述直线导轨5上，所述支撑板11的两端固连于所述一号滑块8，所述长气缸9固连于所述机架1，所述长气缸9的长活塞杆10固连于所述支撑板11。
更具体地，所述套筒15的内径与所述扭矩传感器14的输出轴的直径差值为0.2mm，所述套筒15与所述扭矩传感器14浮动连接。
更具体地，图6是图1所示A部位的局部结构的放大图，图7是图5所示B部位的局部结构的放大图，所述大铁板22放置于所述活动夹具6的支撑板11上，并通过滚子24定位，所述螺栓20穿过所述滚轮21放置于所述托台3，所述螺母23放置于螺母卡紧孔25，并通过卡板26夹紧。
更具体地，所述托台3在所述直线导轨5上的位置可调，所述限位块7配有距离传感器。
更具体地，所述伺服电机12处于扭矩模式下，所述减速器13为行星齿轮减速器，速比为十至五十。
以下结合图1至7，进一步描述四轴同步螺栓精准扭矩紧固设备的工作过程和工作原理：
四轴同步螺栓精准扭矩紧固设备，在工作过程中，两个所述长气缸9的长活塞杆10均收缩，带动所述支撑板11朝远离所述限位块7的方向运动，使得所述活动夹具6顶紧所述大铁板22，此时，两个所述短气缸18的短活塞杆19均伸长，推动连接板17朝靠近所述大铁板22的方向运动。四个所述伺服电机12处于扭矩模式下且输出扭矩为T，转速为n转每分钟，所述减速器13的输出扭矩为10T，转速为n/10转每分钟，所述扭矩传感器14的输出扭矩为10T，转速为n/10转每分钟，带动所述套筒15一起转动，并将10T的扭矩传递于所述螺栓20上，并推动所述滚轮21在所述托台3中朝靠近所述大铁板22的方向运动，由于所述活动夹具6顶紧所述大铁板22，所述螺母23通过所述卡板26夹紧，使所述螺栓20旋转进入所述螺母23中，当所述螺栓20与螺母23的预紧力达到10T的时候，四个所述伺服电机12均卸载，所述伺服电机12处于扭矩模式下且输出扭矩为0，所述拧紧机构2无动力输出，且处于静止状态、卸载模式下。此时，两个所述短气缸18的短活塞杆19均收缩，拉动连接板17朝远离所述大铁板22的方向运动。所述套筒15脱离所述螺栓20，随后，两个所述长气缸9的长活塞杆10均伸长，带动支撑板11朝靠近所述限位块7的方向运动，使得所述活动夹具6松开所述大铁板22，完成一次所述螺栓20和滚轮21与所述螺母23的装配连接。
四轴同步螺栓精准扭矩紧固设备，采用所述长气缸9和所述短气缸18分别来推动所述支撑板11和连接板17快速移动，提高了效率，同时由于气体的可压缩性，使得在拧紧所述螺栓20时，不会对所述伺服电机12产生冲击载荷，使所述螺栓20与所述螺母23的装配过程更加缓和、无冲击。采用四个所述伺服电机12同步运动，保证了装配精度，同时也提高了效率。此外，所述扭矩传感器14实时检测输出扭矩，实现将所述滚轮21和螺栓20紧固到所述大铁板22上拧紧时所需精确的扭矩，以保证螺纹连接安全、可靠。
将所述螺母23放置于所述螺母卡紧孔25，并通过所述卡板26夹紧，避免了所述螺栓20与所述螺母23拧紧过程中，所述螺母23的位置变化而不利于装配。所述大铁板22放置于所述活动夹具6的支撑板11上，通过可更换的所述滚子24定位，使得所述大铁板22上的四个安装孔与所述螺母卡紧孔25对齐，更好的保证了四个所述螺栓20与螺母23安装过程的同轴度要求，此外，所述套筒12的内径比所述扭矩传感器11的输出轴的直径大0.2mm，可实现所述套筒15与所述扭矩传感器14浮动连接，由于四个所述螺栓20与螺母23不可能同时做好高度同轴，当所述螺栓20和所述螺母23存在不同轴误差时，0.2mm的间隙可以自动弥补这个不同轴误差，以便更准确的进行装配。另外，可根据装配的所述大铁板22的尺寸来调节所述托台3在所述直线导轨5上的位置，调节完后再进行固定，这样更好更方便的实现了装配柔性化和自动化要求。
所述螺栓20与所述螺母23拧紧后，所述活动夹具6在所述长气缸9作用下，迅速移动，由于所述限位块7配有距离传感器，通过实时测量两个所述活动夹具6之间距离，来控制所述长气缸9的运动，从而避免了两个所述活动夹具6的碰撞，保证了装配的安全性和可靠性。
最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应认为属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种四轴同步螺栓精准扭矩紧固设备，其特征在于组成如下：包括：机架、直线导轨、拧紧机构、活动夹具、托台、限位块，所述直线导轨的数量为二、平行布置于所述机架上，所述托台和所述限位块均固连于所述直线导轨上，所述活动夹具活动连接于所述直线导轨上；所述拧紧机构的数量为二、对称布置于所述活动夹具的两侧；
所述拧紧机构包括伺服锁紧机构、二号滑块、连接板、固定板、短气缸，所述二号滑块活动连接于所述直线导轨上，所述连接板的两端固连于所述二号滑块，所述伺服锁紧机构分别固连于所述连接板的两端，所述固定板固连于所述直线导轨，所述短气缸固连于所述固定板，所述短气缸的短活塞杆固连于所述连接板；
所述伺服锁紧机构包括：伺服电机两个、减速器两个、扭矩传感器两个、套筒两个，所述伺服电机的输出轴连接所述减速器，所述减速器的输出轴连接所述扭矩传感器，在所述扭矩传感器的输出轴上固连和所述螺栓相匹配的所述套筒；
所述活动夹具主要包括：一号滑块、长气缸、支撑板，所述一号滑块活动连接于所述直线导轨上，所述支撑板的两端固连于所述一号滑块，所述长气缸固连于所述机架，所述长气缸的长活塞杆固连于所述支撑板。
2.根据权利要求1所述的四轴同步螺栓精准扭矩紧固设备，其特征在于，所述套筒的内径与所述扭矩传感器的输出轴的直径差值为0.2mm，所述套筒与所述扭矩传感器浮动连接。
3.根据权利要求1所述的四轴同步螺栓精准扭矩紧固设备，其特征在于，所述伺服电机处于扭矩模式下，所述减速器为行星齿轮减速器，速比为十至五十。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
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