CN106239113A - 一种螺纹型套筒快换机构及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种螺纹型套筒快换机构及方法，用于汽车动力总成装配技术领域，包括套筒保持装置和螺纹型基座装置，套筒保持装置包括过渡杆和锥套，过渡杆与锥套间设有第一弹簧，过渡杆的下端设有插槽，过渡杆上设有侧孔，侧孔内设有钢球，锥套的下端具有锥孔，当无外力时，第一弹簧下压锥套，使得钢球卡在套筒的沟槽内；外力向上推动锥套时，钢球与锥孔配合并由套筒的沟槽内脱出；螺纹型基座装置包括定位基座，定位基座具有通孔，通孔内设有螺纹套，定位基座顶端可抵住锥套。套筒保持装置与螺纹型基座装置的配合使用，即可实现套筒的全自动快速切换的功能。本发明克服了现有技术的不足，其结构简单，成本低，易于实现，稳定性好。
Description
技术领域
本发明用于汽车动力总成装配技术领域，特别是涉及一种螺纹型套筒快换机构及方法。
背景技术
汽车相关产品的更新换代越来越快，产品的个性化，多样性的要求也越来越高，这就要求装配线在保证高节拍，高效率的前提下，又必须要兼顾柔性化的要求。
目前，最常用的传统解决方案是，当产品进行切换前，人工进行套筒的更换。
这种方式，套筒切换效率低，且存在人工误操作风险。随着人力成本的不断提升，设备成本优势越来越明显，自动化程度的要求也越来越高，为此，自动换套筒机构的需求也越来越多。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种螺纹型套筒快换机构及方法，其结构简单，成本低，易于实现，稳定性好。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种螺纹型套筒快换机构，包括套筒保持装置和螺纹型基座装置，
套筒保持装置包括过渡杆和设在所述过渡杆外侧的锥套，过渡杆与锥套间设有可推动锥套沿过渡杆向下运动的第一弹簧，过渡杆的下端设有可供套筒嵌入并驱动套筒转动的插槽，过渡杆于插槽的槽壁上设有侧孔，侧孔内设有钢球，锥套的下端具有可与钢球配合的锥孔，当无外力时，第一弹簧下压锥套，使得钢球卡在套筒的沟槽内；外力向上推动锥套时，钢球与锥孔配合并由套筒的沟槽内脱出；
螺纹型基座装置包括定位基座，定位基座具有可供套筒及过渡杆嵌入的通孔，通孔内设有可与套筒外螺纹配合的螺纹套，定位基座于通孔的顶端可抵住锥套。
进一步作为本发明技术方案的改进，还包括设在所述过渡杆顶端的导杆和装在导杆上的弹簧罩，导杆上设有腰型孔，弹簧罩通过穿过腰型孔的销子与导杆连接，导杆外侧于弹簧罩和过渡杆之间设有第二弹簧，所述第一弹簧的弹性系数小于第二弹簧的弹性系数。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述定位基座自上而下装有若干可检测套筒在通孔内位置信息的位置开关。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述定位基座的上端设有可抵住锥套的压环、设在压环和定位基座间的轴承以及防止轴承和压环脱落的端盖。
进一步作为本发明技术方案的改进，定位基座安装于基板上，螺纹套内为螺纹孔，外为镶嵌在定位基座方孔内的方形法兰。
进一步作为本发明技术方案的改进，过渡杆上于第一弹簧的上方设有上保护套，锥套上于第一弹簧的下方设有下保护套，上保护套与下保护套配合以将第一弹簧罩在内部。
一种螺纹型套筒快换方法，采用上述的螺纹型套筒快换机构，包括套筒保持装置放置套筒到螺纹型基座装置的方法和套筒保持装置从螺纹型保持装置中抓取套筒的方法；
套筒保持装置放置套筒到螺纹型基座装置的方法，步骤如下：
S11. 将带有套筒的套筒保持装置同轴定位到螺纹型基座装置的螺纹套上，螺纹型基座装置上端的位置开关，检测到套筒，并启动导杆旋转，套筒缓慢旋入螺纹套；
S12. 套筒保持装置的锥套下行，抵到螺纹型基座装置的压环的上表面，套筒保持装置的第一弹簧开始被压缩，随着套筒的继续螺旋下行，钢球与锥孔配合，钢球脱离套筒的沟槽；
S13. 套筒保持装置的套筒下行，直至螺纹型基座装置下端的位置开关检测到套筒，导杆停止转动，此时，套筒已抵螺纹型基座装置的底端，套筒与套筒保持装置脱离；
S14. 套筒保持装置整体向上移动，套筒保持装置与套筒完全脱离，套筒保留在螺纹型基座装置中；
套筒保持装置从螺纹型保持装置中抓取套筒的方法，步骤如下：
S21.将不带套筒的套筒保持装置同轴定位到螺纹型基座装置上，缓慢旋转套筒保持装置，使套筒保持装置与套筒啮合；
S22.套筒保持装置向下移动，套筒保持装置的锥套下端同轴抵在螺纹型基座的压环上，继续下行，由于套筒保持装置的第一弹簧的弹性系数小于第二弹簧的弹性系数，所以，第一弹簧被压缩，即，套筒保持装置的锥套相对过渡杆上行，为钢球的移动留出空间；
S23.导杆启动反转，套筒螺旋上行，直至螺纹型基座装置上端的位置开关检测到套筒，此过程中，当套筒沟槽位置抵达钢球位置时，继续上升，套筒直接抵住过渡杆压缩套筒保持装置的第二弹簧，且套筒保持装置的第一弹簧复位，保证钢球保持在套筒的沟槽内，使得套筒不会脱落；
S24.导杆停止转动，套筒保持装置上行，螺纹型基座装置与套筒完全脱离，套筒保留在套筒保持装置中。
进一步作为本发明技术方案的改进，位置开关包括位于螺纹型基座装置上端的上位置开关、位于螺纹型基座装置中部的中位置开关和位于螺纹型基座装置下端的下位置开关，各位置开关分别检测套筒位置状态，以监控或启动不同的控制程序，上位置开关：在抓取套筒阶段，用于检测套筒下降到位以启动导杆旋转，开始套筒杆旋进螺纹机构；在放置套筒阶段，用于检测套筒上升到位，导杆停止旋转；中位置开关：在抓取套筒阶段，用于监控套筒位置；在放置套筒阶段，用于检测到套筒杆，说明套筒到达锁止位，导杆上行，使得套筒保持装置从压缩状态变为保持状态；下位置开关，用于检测套筒到达底部位置。
本发明的有益效果：本发明提供的装置结构简单，控制方便，稳定性好，节拍快，成本低，模块化设计便于拓展，实用性强。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明套筒保持装置结构示意图；
图3是图2中A向视图；
图4是本发明螺纹型基座装置结构示意图；
图5是图4中M-M处剖视图；
图6是本发明套筒保持装置放置套筒到螺纹型基座装置的方法示意图；
图7是本发明套筒保持装置从螺纹型保持装置中抓取套筒的方法示意图；
图8是本发明螺纹型套筒快换机构使用案例一示意图；
图9是本发明螺纹型套筒快换机构使用案例二示意图。
具体实施方式
参照图1至图9，其显示出了本发明之较佳实施例的具体结构。以下将详细说明本发明各元件的结构特点，而如果有描述到方向( 上、下、左、右、前及后) 时，是以图1所示的结构为参考描述，但本发明的实际使用方向并不局限于此。
本发明提供了一种螺纹型套筒快换机构，包括套筒保持装置和螺纹型基座装置，参见图1，A为拧紧轴驱动装置，驱动正反转；B为拧紧轴导杆基座，一般与工业机器人或伺服滑台相联；C套筒保持装置，主要功能为解锁或锁止套筒杆；D为螺纹型基座装置，主要功能为存放套筒。
参见图2、图3，套筒保持装置包括过渡杆11和设在所述过渡杆11外侧的锥套12，过渡杆11与锥套12间设有可推动锥套12沿过渡杆11向下运动的第一弹簧13，过渡杆11的下端设有可供套筒2嵌入并驱动套筒2转动的插槽，作为优选，所述过渡杆11与套筒2通过正六方头与正六方孔的配合连接，实现拧紧。过渡杆11于插槽的槽壁上设有侧孔，侧孔内设有钢球14，钢球14直径大于过渡杆11的壁厚，锥套12的下端具有可与钢球14配合的锥孔，当无外力时，第一弹簧13（用于保持钢球14卡在套筒沟槽内）下压锥套12，使得钢球14卡在套筒2的沟槽内，使得套筒2与过渡杆11连接在一起；外力向上推动锥套12时，钢球14有了空间向外移动，加之，套筒2有向下的力时，钢球14就会脱离套筒2沟槽，套筒2便与过渡杆11脱离连接；还包括设在所述过渡杆11顶端的导杆15和装在导杆15上的弹簧罩16，导杆15一端与拧紧轴连接，另一端与过渡杆11连接，导杆15上设有腰型孔，弹簧罩16通过穿过腰型孔的销子10与导杆15连接，可相对导杆15同轴移动，导杆15外侧于弹簧罩16和过渡杆11之间设有第二弹簧17，所述第一弹簧13的弹性系数小于第二弹簧17的弹性系数，主要用于取套筒2时，压缩过渡杆11和锥套12之间第一弹簧13和保证套筒2到位后，钢球14及时锁住套筒2。
其中，过渡杆11上于第一弹簧13的上方设有上保护套18，锥套12上于第一弹簧13的下方设有下保护套19，上保护套18与下保护套19配合以将第一弹簧13罩在内部，防止人手夹持受伤。
参见图4、图5，螺纹型基座装置包括定位基座31，定位基座31具有可供套筒2及过渡杆11嵌入的通孔，通孔内设有可与套筒2外螺纹配合的螺纹套32，定位基座31安装于基板33上，螺纹套32内为螺纹孔（用于套筒杆外部螺纹与螺纹套螺纹配合），外为镶嵌在定位基座31方孔内的方形法兰，起到止转作用。定位基座31上部有沉孔，所述沉孔内设有可抵住锥套12的压环34、设在压环34和定位基座31间的轴承35以及防止轴承35和压环34脱落的端盖36。当拆/装套筒2时，压环34会受到套筒保持装置锥套12的压缩力，轴承35可以起到降低摩擦的作用。
所述定位基座31自上而下装有三个可检测套筒2在通孔内位置信息的位置开关。位置开关包括位于螺纹型基座装置上端的上位置开关37、位于螺纹型基座装置中部的中位置开关38和位于螺纹型基座装置下端的下位置开关39，各位置开关分别检测套筒2位置状态，以监控或启动不同的控制程序，上位置开关37：在抓取套筒阶段，用于检测套筒下降到位以启动导杆15旋转，开始套筒杆旋进螺纹机构；在放置套筒阶段，用于检测套筒2上升到位，导杆15停止旋转；中位置开关38：在抓取套筒阶段，用于监控套筒2位置；在放置套筒阶段，用于检测到套筒杆，说明套筒到达锁止位，导杆上行，使得套筒2保持装置从压缩状态变为保持状态；下位置开关39，用于检测套筒2到达底部位置。
套筒保持装置与螺纹型基座装置的配合使用，即可实现套筒2的全自动快速切换的功能。
本发明还提供一种螺纹型套筒快换方法，采用上述的螺纹型套筒快换机构，包括套筒保持装置放置套筒到螺纹型基座装置的方法和套筒保持装置从螺纹型保持装置中抓取套筒的方法；
参见图6，套筒保持装置放置套筒到螺纹型基座装置的方法，步骤如下：
S11. 将带有套筒2的套筒保持装置同轴定位到螺纹型基座装置的螺纹套32上，螺纹型基座装置上端的上位置开关37检测到套筒2，并启动导杆15旋转，套筒2缓慢旋入螺纹套32；
S12. 套筒保持装置的锥套12下行，抵到螺纹型基座装置的压环34的上表面，套筒保持装置的第一弹簧13开始被压缩，随着套筒2的继续螺旋下行，钢球14与锥孔配合，钢球14脱离套筒2的沟槽；
S13. 套筒保持装置的套筒2下行，直至螺纹型基座装置下端的下位置开关39检测到套筒2，导杆15停止转动，此时，套筒2已抵螺纹型基座装置的底端，套筒2与套筒保持装置脱离；
S14. 套筒保持装置整体向上移动，套筒保持装置与套筒2完全脱离，套筒2保留在螺纹型基座装置中；
参见图7，套筒保持装置从螺纹型保持装置中抓取套筒的方法，步骤如下：
S21.将不带套筒2的套筒保持装置同轴定位到螺纹型基座装置上，缓慢旋转套筒保持装置，使套筒保持装置与套筒2啮合，即套筒2顶端嵌入过渡杆11的插槽；
S22.套筒保持装置向下移动，套筒保持装置的锥套12下端同轴抵在螺纹型基座的压环34上，继续下行，由于套筒保持装置的第一弹簧13的弹性系数小于第二弹簧17的弹性系数，所以，第一弹簧13被压缩，即，套筒保持装置的锥套12相对过渡杆11上行，为钢球14的移动留出空间；
S23.导杆15启动反转，套筒2螺旋上行，直至螺纹型基座装置上端的上位置开关37检测到套筒2，此过程中，当套筒沟槽位置抵达钢球14位置时，继续上升，套筒2直接抵住过渡杆11压缩套筒保持装置的第二弹簧17，且套筒保持装置的第一弹簧13复位，保证钢球14保持在套筒2的沟槽内，使得套筒2不会脱落；
S24.导杆15停止转动，套筒2保持装置上行，螺纹型基座装置与套筒2完全脱离，套筒保留在套筒保持装置中。
下面将针对两个典型事例作详细说明。
使用案例一，如图8所示，此工位配置为，工业机器人D一台，拧紧轴A1～A2两套，变距机构E一套，螺纹型套筒快换机构F1～F4四套。此工位可拧紧四种不同的螺钉，四种螺钉与四套螺纹型套筒快换机构一一对应，螺钉a对应与螺纹型套筒快换机构F1；螺钉b对应螺纹型套筒快换机构F2；螺钉c对应螺纹型套筒快换机构F3；螺钉d对应螺纹型套筒快换机构F4。假设，有两种产品H（分别称为第一工件和第二工件），每种工件对应三种螺钉：第一工件对应螺钉a，螺钉b，螺钉c；第二工件对应螺钉b，螺钉c，螺钉d；则每个工作周期（拧紧完成第一工件和第二工件），步骤如下：
步骤1：第一工件到位，拧紧轴A1连接套筒a；拧紧轴A2连接套筒c；
步骤2：机器人和变距机构驱动拧紧轴A1和拧紧轴A2分别到达螺钉a和螺钉c拧紧位置，并拧紧；
步骤3：机器人移动拧紧轴A1到达螺纹型套筒快换机构F1，放置套筒a；
步骤4：机器人移动拧紧轴A1到达螺纹型套筒快换机构F2，抓取套筒b；
步骤5：机器人移动拧紧轴A1到达螺钉b的拧紧位置，并拧紧；
步骤6：第一工件移走，第二工件到位；
步骤7：机器人和变距机构驱动拧紧轴A1和拧紧轴A2分别到达螺钉b和螺钉c的拧紧位置，并拧紧；
步骤8：机器人移动拧紧轴A2到达螺纹型套筒快换机构F3，放置套筒c；
步骤9：机器人移动拧紧轴A2到达螺纹型套筒快换机构F4，抓取套筒d；
步骤10：机器人和变距机构驱动拧紧轴A2到达螺钉d的拧紧位置，并拧紧。
使用案例二，如图9所示，此工位配置为，工业机器人M一台，拧紧轴N1～N2两套，螺纹型套筒快换机构P1～P4四套。此工位可拧紧四种不同的螺钉，四种螺钉与四套螺纹型套筒快换机构一一对应，螺钉I对应与螺纹型套筒快换机构P1；螺钉II对应螺纹型套筒快换机构P2；螺钉III对应螺纹型套筒快换机构P3；螺钉IV对应螺纹型套筒快换机构P4。假设，有两种产品U和V。每种工件对应两种螺钉。工件U对应螺钉I和螺钉II；工件V对应螺钉II和螺钉IV；假设两种产品U和V，依次混线生产，则每个混线周期（U和V完成拧紧），步骤如下：
步骤1：根据预停止工位读取的产品信息——产品Ｕ，机器人移动对应的螺纹型套筒快换机构到对应的拧紧轴位置，并分别更换拧紧轴N1的套筒为对应螺钉Ｉ的P1套筒，更换拧紧轴N2的套筒为对应螺钉II的P2套筒；
步骤2：产品U到工作位，拧紧轴N1和N2分别下行到工作位，拧紧螺钉I和螺钉II；
步骤3：产品U完成，离开工作位；根据预停止工位产品V，机器人移动螺纹型快换装置P1和P2，分别取回其套筒，然后，移动螺纹型快换装置P1和P2，分别到拧紧轴N1和N2，放置对应螺钉III和螺钉IV的P3和P4套筒；
步骤4：产品V到工作位，拧紧轴N1和N2分别下行到工作位，拧紧螺钉III和螺钉IV；
通过上述两个事例，可以看出，螺纹型套筒快换机构由于结构轻便，控制简单，即可用于机器人带伺服拧紧滑台的柔性拧紧工位，亦可装在机器人末端，用于更换站位式多轴拧紧工位的套筒。结合传感器的检测，更换套筒的同时，可实现同步更新拧紧程序的功能。另外，不同的套筒之间，可以实现机械防错功能，保证了套筒更换的准确可靠。模块化的设计，成本低，便于拓展，易于安装和布置，实用性强，轻松实现拧紧种类的极大扩展。
当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (8)
1.一种螺纹型套筒快换机构，其特征在于：包括套筒保持装置和螺纹型基座装置，
套筒保持装置包括过渡杆和设在所述过渡杆外侧的锥套，过渡杆与锥套间设有可推动锥套沿过渡杆向下运动的第一弹簧，过渡杆的下端设有可供套筒嵌入并驱动套筒转动的插槽，过渡杆于插槽的槽壁上设有侧孔，侧孔内设有钢球，锥套的下端具有可与钢球配合的锥孔，当无外力时，第一弹簧下压锥套，使得钢球卡在套筒的沟槽内；外力向上推动锥套时，钢球与锥孔配合并由套筒的沟槽内脱出；
螺纹型基座装置包括定位基座，定位基座具有可供套筒及过渡杆嵌入的通孔，通孔内设有可与套筒外螺纹配合的螺纹套，定位基座于通孔的顶端可抵住锥套。
2.根据权利要求1所述的螺纹型套筒快换机构，其特征在于：还包括设在所述过渡杆顶端的导杆和装在导杆上的弹簧罩，导杆上设有腰型孔，弹簧罩通过穿过腰型孔的销子与导杆连接，导杆外侧于弹簧罩和过渡杆之间设有第二弹簧，所述第一弹簧的弹性系数小于第二弹簧的弹性系数。
3.根据权利要求2所述的螺纹型套筒快换机构，其特征在于：所述定位基座自上而下装有若干可检测套筒在通孔内位置信息的位置开关。
4.根据权利要求3所述的螺纹型套筒快换机构，其特征在于：所述定位基座的上端设有可抵住锥套的压环、设在压环和定位基座间的轴承以及防止轴承和压环脱落的端盖。
5.根据权利要求1所述的螺纹型套筒快换机构，其特征在于：定位基座安装于基板上，螺纹套内为螺纹孔，外为镶嵌在定位基座方孔内的方形法兰。
6.根据权利要求1所述的螺纹型套筒快换机构，其特征在于：过渡杆上于第一弹簧的上方设有上保护套，锥套上于第一弹簧的下方设有下保护套，上保护套与下保护套配合以将第一弹簧罩在内部。
7.一种螺纹型套筒快换方法，其特征在于：采用如权利要求4所述的螺纹型套筒快换机构，包括套筒保持装置放置套筒到螺纹型基座装置的方法和套筒保持装置从螺纹型保持装置中抓取套筒的方法；
套筒保持装置放置套筒到螺纹型基座装置的方法，步骤如下：
S11. 将带有套筒的套筒保持装置同轴定位到螺纹型基座装置的螺纹套上，螺纹型基座装置上端的位置开关，检测到套筒，并启动导杆旋转，套筒缓慢旋入螺纹套；
S12. 套筒保持装置的锥套下行，抵到螺纹型基座装置的压环的上表面，套筒保持装置的第一弹簧开始被压缩，随着套筒的继续螺旋下行，钢球与锥孔配合，钢球脱离套筒的沟槽；
S13. 套筒保持装置的套筒下行，直至螺纹型基座装置下端的位置开关检测到套筒，导杆停止转动，此时，套筒已抵螺纹型基座装置的底端，套筒与套筒保持装置脱离；
S14. 套筒保持装置整体向上移动，套筒保持装置与套筒完全脱离，套筒保留在螺纹型基座装置中；
套筒保持装置从螺纹型保持装置中抓取套筒的方法，步骤如下：
S21.将不带套筒的套筒保持装置同轴定位到螺纹型基座装置上，缓慢旋转套筒保持装置，使套筒保持装置与套筒啮合；
S22.套筒保持装置向下移动，套筒保持装置的锥套下端同轴抵在螺纹型基座的压环上，继续下行，由于套筒保持装置的第一弹簧的弹性系数小于第二弹簧的弹性系数，所以，第一弹簧被压缩，即套筒保持装置的锥套相对过渡杆上行，为钢球的移动留出空间；
S23.导杆启动反转，套筒螺旋上行，直至螺纹型基座装置上端的位置开关检测到套筒，此过程中，当套筒沟槽位置抵达钢球位置时，继续上升，套筒直接抵住过渡杆压缩套筒保持装置的第二弹簧，且套筒保持装置的第一弹簧复位，保证钢球保持在套筒的沟槽内，使得套筒不会脱落；
S24.导杆停止转动，套筒保持装置上行，螺纹型基座装置与套筒完全脱离，套筒保留在套筒保持装置中。
8.根据权利要求7所述的螺纹型套筒快换方法，其特征在于：位置开关包括位于螺纹型基座装置上端的上位置开关、位于螺纹型基座装置中部的中位置开关和位于螺纹型基座装置下端的下位置开关，各位置开关分别检测套筒位置状态，以监控或启动不同的控制程序，上位置开关：在抓取套筒阶段，用于检测套筒下降到位以启动导杆旋转，开始套筒杆旋进螺纹机构；在放置套筒阶段，用于检测套筒上升到位，导杆停止旋转；中位置开关：在抓取套筒阶段，用于监控套筒位置；在放置套筒阶段，用于检测到套筒杆，说明套筒到达锁止位，导杆上行，使得套筒保持装置从压缩状态变为保持状态；下位置开关，用于检测套筒到达底部位置。
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