CN107008845B - 一种应用数控气缸控制方法的电子零件铆接设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用数控气缸控制方法的电子零件铆接设备，包括机架、可精确定位的数控气缸和可精确定位的数控气缸的控制方法，机架包括底座和支撑架，可精确定位的数控气缸包括气缸、步进电机、齿轮轴旋转编码器、蜗杆轴旋转编码器、蜗轮、齿轮、蜗杆和传动轴，气缸的活塞杆穿过支撑架的顶板后与铆接工具头固连；铆接工具头的正下方设有固设于底座上的工件夹具；活塞杆在压缩空气推动下做直线运动，当活塞杆需要定位时，步进电机停止转动，并使气缸处于脱机状态，通过蜗轮蜗杆的自锁作用把活塞杆锁定在需要停止位置，并通过可精确定位的数控气缸的控制方法达到蜗轮齿上侧与蜗杆齿下侧无间隙的定位接触状态。本发明可精准定位铆接停止位置。
Description
技术领域
本发明涉及一种电子零件铆接设备，更具体地说，涉及一种应用数控气缸控制方法的电子零件铆接设备。
背景技术
长期以来，国内电子零件铆接工艺一般是采用人工控制的机械铆接工艺。铆接头单次行程完成一个铆钉的铆接工序，由于铆接的位置和铆接压力都不容易控制，导致这种铆接工艺的铆接质量不稳定，生产效率低，生产成本高，并且操作工人的工作强度大。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服上述的不足，提供了一种应用数控气缸控制方法的电子零件铆接设备，采用本发明的技术方案，通过将可精确定位的数控气缸和可精确定位的数控气缸的控制方法相结合进而实现精准定位铆接停止位置，铆接效果更好，且无需人工控制每一次铆接，能够实现全自动铆接工作，省时省力，铆接效率高，铆接质量好。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种应用数控气缸控制方法的电子零件铆接设备，包括机架，所述的机架包括底座和支撑架，其特征在于：还包括可精确定位的数控气缸和可精确定位的数控气缸的控制方法，所述的可精确定位的数控气缸包括气缸、步进电机、齿轮轴旋转编码器、蜗杆轴旋转编码器、蜗轮、齿轮、蜗杆和传动轴，所述的气缸固设于支撑架的顶板上；所述的气缸的活塞杆穿过支撑架的顶板后与用于对待铆接电子零件进行加工的铆接工具头固连；所述的气缸的活塞杆上加工出齿条，该齿条与齿轮无侧隙啮合；所述的齿轮和蜗轮同轴安装于传动轴上，该传动轴通过支撑座与支撑架固连；所述的步进电机固设于支撑架的顶板上，且步进电机的输出轴穿过支撑架的顶板后与蜗杆相连，该蜗杆与上述蜗轮有侧隙啮合；上述的齿轮轴旋转编码器安装于传动轴上，蜗杆轴旋转编码器安装于蜗杆上；所述的铆接工具头的正下方设有用以安装待铆接电子零件的工件夹具，该工件夹具固设于底座上；
活塞杆在压缩空气推动下做直线运动，当活塞杆需要定位时，步进电机停止转动，并使气缸处于脱机状态以节能，通过蜗轮蜗杆的自锁作用把活塞杆锁定在需要停止位置，并通过可精确定位的数控气缸的控制方法达到蜗轮的蜗轮齿上侧与蜗杆的蜗杆齿下侧无间隙的定位接触状态。
更进一步地，所述的可精确定位的数控气缸的控制方法的步骤为：
1)活塞杆在上极限位置时，假设此时活塞杆的位置为零，通过调整齿轮轴旋转编码器和蜗杆轴旋转编码器的安装角度位置，使得齿轮轴旋转编码器和蜗杆轴旋转编码器输出零位信号；通过齿轮轴旋转编码器输出的脉冲信号可换算出活塞杆的位置S；
2)假设活塞杆在正行程时，蜗轮的蜗轮齿上侧与蜗杆的蜗杆齿下侧无间隙，则齿轮轴旋转编码器输出值Z1的增量ΔZ1与蜗杆轴旋转编码器输出值Z2的增量ΔZ2存在一一对应的关系，即ΔZ2＝ΔZ1×i，其中，i与蜗轮、蜗杆的传动比以及齿轮的齿数有关；
3)假设活塞杆处于零位置时，蜗轮的蜗轮齿下侧与蜗杆的蜗杆齿上侧无间隙，则在蜗轮位置不动的情况下，蜗杆反向旋转ΔZ可得到步骤2)中的蜗轮的蜗轮齿上侧与蜗杆的蜗杆齿下侧无间隙的啮合状态，其中，ΔZ的大小可通过实验获得；
4)当活塞杆由零位置启动时，设定齿轮轴旋转编码器的初始值为Z10＝0，蜗杆轴旋转编码器的初始值为Z20＝ΔZ；当Z1×i<Z2<Z1×i+ΔZ时，则表明蜗轮和蜗杆处于非接触状态；
5)活塞杆由零位置刚运动时，假设蜗杆不动，蜗轮齿上侧与蜗杆齿下侧有间隙，同时假设活塞杆移动距离Smin后，蜗轮齿上侧与蜗杆齿下侧无间隙，此时可以通过以下方法确定活塞杆位置S>Smin时的位置S：
6-1)在活塞杆移动过程中，齿轮轴旋转编码器实时输出Z1，同时控制蜗杆旋转使蜗杆轴旋转编码器输出的Z2保持在(Z2min，Z2max)区间内，即蜗轮和蜗杆不接触，其中，
6-2)当活塞杆需定位在位置S时，可先计算出齿轮轴旋转编码器的输出值Z1s，而蜗杆因定位活塞杆应该停在的位置为Z1s×i；因此，在活塞杆移动过程中，如果由步骤6-1)的式(1)得到Z2max大于Z1s×i，则取
Z2max＝Z1s×i(当Z2max>Z1s×i时) (2)；
6-3)在活塞杆正行程运动过程中，控制蜗杆按步骤6-1)和步骤6-2)中的式(1)和式(2)运动，可保证蜗轮和蜗杆不接触，即活塞杆完全处于气压传动状态；在活塞杆靠近位置S且Z2max＝Z1s×i时，蜗杆轴旋转编码器的输出值逐渐逼近Z2max，最终达到蜗轮的蜗轮齿上侧与蜗杆的蜗杆齿下侧无间隙的定位接触状态。
更进一步地，所述的齿轮轴旋转编码器为绝对值型编码器，所述的蜗杆轴旋转编码器为增量型编码器，则齿轮轴旋转编码器的输出值Z1表示齿轮轴旋转编码器的角度值，直接由齿轮轴旋转编码器中读出；蜗杆轴旋转编码器的输出值Z2表示蜗杆轴旋转编码器的角度值，等于蜗杆轴旋转编码器的增量累加值加上ΔZ。
更进一步地，所述的蜗杆通过联轴器与步进电机相连接。
更进一步地，所述的蜗轮和齿轮分别通过键与传动轴传递扭矩。
更进一步地，所述的支撑架包括倒置的“L”字形支架一和“L”字形支架二，所述的支架一的支脚焊接于底座上，上述气缸和步进电机固设于支架一的顶板上；所述的支架二的底板螺栓固定于底座上，上述的支撑座固设于支架二的侧板上。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种应用数控气缸控制方法的电子零件铆接设备，其通过将可精确定位的数控气缸和可精确定位的数控气缸的控制方法相结合进而实现精准定位铆接停止位置，铆接效果更好，且无需人工控制每一次铆接，能够实现全自动铆接工作，省时省力，铆接效率高，铆接质量好；
(2)本发明的一种应用数控气缸控制方法的电子零件铆接设备，其齿轮轴旋转编码器为绝对值型编码器，蜗杆轴旋转编码器为增量型编码器，使齿轮轴旋转编码器和蜗杆轴旋转编码器的读数更加方便，简化了计算，更加容易控制。
附图说明
图1为本发明的一种应用数控气缸控制方法的电子零件铆接设备的结构示意图；
图2为本发明的一种应用数控气缸控制方法的电子零件铆接设备中齿轮轴上的连接结构；
图3为本发明中的活塞杆正行程定位时蜗轮和蜗杆的啮合状态示意图；
图4为本发明中的活塞杆在零位置时蜗轮和蜗杆的啮合状态示意图；
图5为本发明中的活塞杆在运动时蜗轮和蜗杆的啮合状态示意图。
示意图中的标号说明：1、底座；2、气缸；3、步进电机；4、齿轮轴旋转编码器；5、蜗杆轴旋转编码器；6、蜗轮；7、齿轮；8、蜗杆；9、传动轴；10、铆接工具头；11、支撑座；12、工件夹具；13、联轴器；14、键；15、支架一；16、支架二；17、待铆接电子零件。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例
结合图1和图2，本实施例的一种应用数控气缸控制方法的电子零件铆接设备，包括机架、可精确定位的数控气缸和可精确定位的数控气缸的控制方法，机架包括底座1和支撑架，支撑架包括倒置的“L”字形支架一15和“L”字形支架二16，支架一15的支脚焊接于底座1上，气缸2和步进电机3固设于支架一15的顶板上；支架二16的底板螺栓固定于底座1上，支撑座11固设于支架二16的侧板上；
可精确定位的数控气缸包括气缸2、步进电机3、齿轮轴旋转编码器4、蜗杆轴旋转编码器5、蜗轮6、齿轮7、蜗杆8和传动轴9，气缸2固设于支撑架的顶板上；气缸2的活塞杆21穿过支撑架的顶板后与用于对待铆接电子零件17进行加工的铆接工具头10固连；气缸2的活塞杆21上加工出齿条，该齿条与齿轮7无侧隙啮合；齿轮7和蜗轮6同轴安装于传动轴9上，具体为蜗轮6和齿轮7分别通过键14与传动轴9传递扭矩；该传动轴9通过支撑座11与支撑架固连；步进电机3固设于支撑架的顶板上，且步进电机3的输出轴穿过支撑架的顶板后与蜗杆8相连，具体为蜗杆8通过联轴器13与步进电机3相连接；该蜗杆8与上述蜗轮6有侧隙啮合；上述的齿轮轴旋转编码器4安装于传动轴9上，蜗杆轴旋转编码器5安装于蜗杆8上；所述的铆接工具头10的正下方设有用以安装待铆接电子零件17的工件夹具12，该工件夹具12固设于底座1上；
活塞杆21在压缩空气推动下做直线运动，当活塞杆21需要定位时，步进电机3停止转动，并使气缸2处于脱机状态以节能，通过蜗轮蜗杆的自锁作用把活塞杆21锁定在需要停止位置，并通过可精确定位的数控气缸的控制方法达到蜗轮6的蜗轮齿上侧与蜗杆8的蜗杆齿下侧无间隙的定位接触状态；
其中可精确定位的数控气缸的控制方法的步骤为：
1)活塞杆21在上极限位置时，假设此时活塞杆21的位置为零，通过调整齿轮轴旋转编码器4和蜗杆轴旋转编码器5的安装角度位置，使得齿轮轴旋转编码器4和蜗杆轴旋转编码器5输出零位信号；通过齿轮轴旋转编码器4输出的脉冲信号可换算出活塞杆的位置S；
2)假设活塞杆21在正行程时，蜗轮6的蜗轮齿上侧与蜗杆8的蜗杆齿下侧无间隙(如图3所示)，则齿轮轴旋转编码器4输出值Z1的增量ΔZ1与蜗杆轴旋转编码器5输出值Z2的增量ΔZ2存在一一对应的关系，即ΔZ2＝ΔZ1×i，其中，i与蜗轮6、蜗杆8的传动比以及齿轮7的齿数有关；
3)假设活塞杆21处于零位置时，蜗轮6的蜗轮齿下侧与蜗杆8的蜗杆齿上侧无间隙(如图4所示)，则在蜗轮6位置不动的情况下，蜗杆8反向旋转ΔZ可得到步骤2)中的蜗轮6的蜗轮齿上侧与蜗杆8的蜗杆齿下侧无间隙的啮合状态，其中，ΔZ的大小可通过实验获得；
4)当活塞杆21由零位置启动时，设定齿轮轴旋转编码器4的初始值为Z10＝0，蜗杆轴旋转编码器5的初始值为Z20＝ΔZ；当Z1×i<Z2<Z1×i+ΔZ时，则表明蜗轮6和蜗杆8处于非接触状态(如图5所示)；
5)活塞杆21由零位置刚运动时，假设蜗杆8不动，蜗轮齿上侧与蜗杆齿下侧有间隙，同时假设活塞杆21移动距离Smin后，蜗轮齿上侧与蜗杆齿下侧无间隙，此时可以通过以下方法确定活塞杆21位置S>Smin时的位置S：
6-1)在活塞杆21移动过程中，齿轮轴旋转编码器4实时输出Z1，同时控制蜗杆8旋转使蜗杆轴旋转编码器5输出的Z2保持在Z2min，Z2max区间内，即蜗轮6和蜗杆8不接触，其中，
6-2)当活塞杆21需定位在位置S时，可先计算出齿轮轴旋转编码器4的输出值Z1s，而蜗杆8因定位活塞杆21应该停在的位置为Z1s×i；因此，在活塞杆21移动过程中，如果由步骤6-1)的式(1)得到Z2max大于Z1s×i，则取
Z2max＝Z1s×i(当Z2max>Z1s×i时) (2)；
6-3)在活塞杆21正行程运动过程中，控制蜗杆8按步骤6-1)和步骤6-2)中的式(1)和式(2)运动，可保证蜗轮6和蜗杆8不接触，即活塞杆21完全处于气压传动状态；在活塞杆21靠近位置S且Z2max＝Z1s×i时，蜗杆轴旋转编码器5的输出值逐渐逼近Z2max，最终达到蜗轮6的蜗轮齿上侧与蜗杆8的蜗杆齿下侧无间隙的定位接触状态。
在本实施例中齿轮轴旋转编码器4为绝对值型编码器，所述的蜗杆轴旋转编码器5为增量型编码器，则齿轮轴旋转编码器4的输出值Z1表示齿轮轴旋转编码器4的角度值，直接由齿轮轴旋转编码器4中读出；蜗杆轴旋转编码器5的输出值Z2表示蜗杆轴旋转编码器5的角度值，等于蜗杆轴旋转编码器5的增量累加值加上ΔZ，使齿轮轴旋转编码器4和蜗杆轴旋转编码器5的读数更加方便，简化了计算，更加容易控制。
本发明的一种应用数控气缸控制方法的电子零件铆接设备，通过将可精确定位的数控气缸和可精确定位的数控气缸的控制方法相结合进而实现精准定位铆接停止位置，铆接效果更好，且无需人工控制每一次铆接，能够实现全自动铆接工作，省时省力，铆接效率高，铆接质量好。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种应用数控气缸控制方法的电子零件铆接设备，包括机架，所述的机架包括底座(1)和支撑架，其特征在于：还包括可精确定位的数控气缸和可精确定位的数控气缸的控制方法，所述的可精确定位的数控气缸包括气缸(2)、步进电机(3)、齿轮轴旋转编码器(4)、蜗杆轴旋转编码器(5)、蜗轮(6)、齿轮(7)、蜗杆(8)和传动轴(9)，所述的气缸(2)固设于支撑架的顶板上；所述的气缸(2)的活塞杆(21)穿过支撑架的顶板后与用于对待铆接电子零件(17)进行加工的铆接工具头(10)固连；所述的气缸(2)的活塞杆(21)上加工出齿条，该齿条与齿轮(7)无侧隙啮合；所述的齿轮(7)和蜗轮(6)同轴安装于传动轴(9)上，该传动轴(9)通过支撑座(11)与支撑架固连；所述的步进电机(3)固设于支撑架的顶板上，且步进电机(3)的输出轴穿过支撑架的顶板后与蜗杆(8)相连，该蜗杆(8)与上述蜗轮(6)有侧隙啮合；上述的齿轮轴旋转编码器(4)安装于传动轴(9)上，蜗杆轴旋转编码器(5)安装于蜗杆(8)上；所述的铆接工具头(10)的正下方设有用以安装待铆接电子零件(17)的工件夹具(12)，该工件夹具(12)固设于底座(1)上；
活塞杆(21)在压缩空气推动下做直线运动，当活塞杆(21)需要定位时，步进电机(3)停止转动，并使气缸(2)处于脱机状态以节能，通过蜗轮蜗杆的自锁作用把活塞杆(21)锁定在需要停止位置，并通过可精确定位的数控气缸的控制方法达到蜗轮(6)的蜗轮齿上侧与蜗杆(8)的蜗杆齿下侧无间隙的定位接触状态。
2.根据权利要求1所述的一种应用数控气缸控制方法的电子零件铆接设备，其特征在于：所述的可精确定位的数控气缸的控制方法的步骤为：
1)活塞杆(21)在上极限位置时，假设此时活塞杆(21)的位置为零，通过调整齿轮轴旋转编码器(4)和蜗杆轴旋转编码器(5)的安装角度位置，使得齿轮轴旋转编码器(4)和蜗杆轴旋转编码器(5)输出零位信号；通过齿轮轴旋转编码器(4)输出的脉冲信号可换算出活塞杆的位置S；
2)假设活塞杆(21)在正行程时，蜗轮(6)的蜗轮齿上侧与蜗杆(8)的蜗杆齿下侧无间隙，则齿轮轴旋转编码器(4)输出值Z1的增量ΔZ1与蜗杆轴旋转编码器(5)输出值Z2的增量ΔZ2存在一一对应的关系，即ΔZ2＝ΔZ1×i，其中，i与蜗轮(6)、蜗杆(8)的传动比以及齿轮(7)的齿数有关；
3)假设活塞杆(21)处于零位置时，蜗轮(6)的蜗轮齿下侧与蜗杆(8)的蜗杆齿上侧无间隙，则在蜗轮(6)位置不动的情况下，蜗杆(8)反向旋转ΔZ可得到步骤2)中的蜗轮(6)的蜗轮齿上侧与蜗杆(8)的蜗杆齿下侧无间隙的啮合状态，其中，ΔZ的大小可通过实验获得；
4)当活塞杆(21)由零位置启动时，设定齿轮轴旋转编码器(4)的初始值为Z10＝0，蜗杆轴旋转编码器(5)的初始值为Z20＝ΔZ；当Z1×i<Z2<Z1×i+ΔZ时，则表明蜗轮(6)和蜗杆(8)处于非接触状态；
5)活塞杆(21)由零位置刚运动时，假设蜗杆(8)不动，蜗轮齿上侧与蜗杆齿下侧有间隙，同时假设活塞杆(21)移动距离Smin后，蜗轮齿上侧与蜗杆齿下侧无间隙，此时可以通过以下方法确定活塞杆(21)位置S>Smin时的位置S：
6-1)在活塞杆(21)移动过程中，齿轮轴旋转编码器(4)实时输出Z1，同时控制蜗杆(8)旋转使蜗杆轴旋转编码器(5)输出的Z2保持在(Z2min，Z2max)区间内，即蜗轮(6)和蜗杆(8)不接触，其中，
6-2)当活塞杆(21)需定位在位置S时，可先计算出齿轮轴旋转编码器(4)的输出值Z1s，而蜗杆(8)因定位活塞杆(21)应该停在的位置为Z1s×i；因此，在活塞杆(21)移动过程中，如果由步骤6-1)的式(1)得到Z2max大于Z1s×i，则取
Z2max＝Z1s×i(当Z2max>Z1s×i时) (2)；
6-3)在活塞杆(21)正行程运动过程中，控制蜗杆(8)按步骤6-1)和步骤6-2)中的式(1)和式(2)运动，可保证蜗轮(6)和蜗杆(8)不接触，即活塞杆(21)完全处于气压传动状态；在活塞杆(21)靠近位置S且Z2max＝Z1s×i时，蜗杆轴旋转编码器(5)的输出值逐渐逼近Z2max，最终达到蜗轮(6)的蜗轮齿上侧与蜗杆(8)的蜗杆齿下侧无间隙的定位接触状态。
3.根据权利要求2所述的一种应用数控气缸控制方法的电子零件铆接设备，其特征在于：所述的齿轮轴旋转编码器(4)为绝对值型编码器，所述的蜗杆轴旋转编码器(5)为增量型编码器，则齿轮轴旋转编码器(4)的输出值Z1表示齿轮轴旋转编码器(4)的角度值，直接由齿轮轴旋转编码器(4)中读出；蜗杆轴旋转编码器(5)的输出值Z2表示蜗杆轴旋转编码器(5)的角度值，等于蜗杆轴旋转编码器(5)的增量累加值加上ΔZ。
4.根据权利要求3所述的一种应用数控气缸控制方法的电子零件铆接设备，其特征在于：所述的蜗杆(8)通过联轴器(13)与步进电机(3)相连接。
5.根据权利要求4所述的一种应用数控气缸控制方法的电子零件铆接设备，其特征在于：所述的蜗轮(6)和齿轮(7)分别通过键(14)与传动轴(9)传递扭矩。
6.根据权利要求5所述的一种应用数控气缸控制方法的电子零件铆接设备，其特征在于：所述的支撑架包括倒置的“L”字形支架一(15)和“L”字形支架二(16)，所述的支架一(15)的支脚焊接于底座(1)上，上述气缸(2)和步进电机(3)固设于支架一(15)的顶板上；所述的支架二(16)的底板螺栓固定于底座(1)上，上述的支撑座(11)固设于支架二(16)的侧板上。
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