CN107470895B - 一种预压螺栓装配设备及其装配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种预压螺栓装配设备，包括压力机，安装支架，机械手，压力杆，压力机的压力缸的活塞杆带动其移动中板移动，安装支架与压力机的移动中板固定连接，机械手和压力杆固定安装在安装支架下面，扳手安装在机械手末端。机械手的回转带动扳手回转，其压缩弹簧工作压缩量的压力迫使扳手移动，对待拧预紧螺栓进行拧紧。本发明公开的一种预压螺栓装配设备同时具备高压强预压和螺栓拧紧的功能，全自动，适合自动化生产线上使用，使应用范围广，可以用于各种装配组件的预压装配。本发明还公开了采用上述设备进行螺栓装配的方法。
Description
技术领域
本发明属于螺栓装配设备技术领域，涉及一种预压螺栓装配设备，本发明还涉及采用上述设备装配的方法。
背景技术
机械接合面的接触压力用压强p描述，压强p的单位可用Mpa(N/m2,即牛/毫米2)表示，一般机械接合面压强p在1Mpa以下为低压强，1～6Mpa为中压强，6Mpa以上为高压强。
多个螺栓联结的两个零件装配，以下称为装配组件，可以采用人工手动装配或机械化自动装配。对于由多个螺栓联结的装配组件的自动装配，当螺栓之间分布距离足够大，可用一个压力机构将两个零件压紧，同时用多螺栓拧紧机构进行装配组件的多个螺栓的联结装配；但对于螺栓之间分布距离较小、接合面压力为高压强的情况，高压强的压力机构和多个螺栓拧紧机构不能同时存在。
发明内容
本发明的目的是提供一种预压螺栓装配设备，同时具备预压和拧紧的功能。
本发明的另一目的是提供采用上述设备进行预压螺栓装配的方法。
本发明所采用的技术方案是，一种预压螺栓装配设备，包括压力机，安装支架、机械手、压力杆，压力机包括压力缸、上板、移动中板、立柱和底座，压力缸的壳体与上板固定连接，压力缸的活塞杆与移动中板固定连接，安装支架固定连接在移动中板的下表面，机械手和压力杆固定连接在安装支架的下表面，机械手和压力杆平行，底座上位于机械手的正下方固定有待装配组件，待装配组件上放置有待拧紧螺栓。
本发明第一种技术方案的特点还在于，
压力杆末端距离待装配组件上表面的距离大于机械手末端距离待拧紧螺栓的螺栓头的距离，其距离之差大于待拧紧螺栓的拧紧长度。
机械手包括依次连接的电机、减速装置、扭矩传感器、滚珠花键杆及滚珠花键套、挡环、连接套、压缩弹簧和扳手，电机的壳体与安装支架的下表面固定连接，减速装置的输入端与电机的输出轴固定连接，减速装置的输出端固定连接有滚珠花键杆，滚珠花键杆的另一端套设有滚珠花键套，滚珠花键套上固定连接有连接套，滚珠花键杆的端部固定有挡环，挡环和连接套之间内置有压缩弹簧，连接套远离滚珠花键杆的一端固定连接扳手。
连接套与扳手的连接处还设置有力传感器和调整垫。
减速装置与滚珠花键杆连接处设置有扭矩传感器。
使用上述一种预压螺栓装配设备装配预压螺栓的方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，根据待拧预紧螺栓的拧紧长度，由力传感器和调整垫调整压缩弹簧的工作压缩量，压缩弹簧的工作压缩量应大于待拧预紧螺栓的拧紧长度；
步骤2，根据装配组件工作压力要求，分别设定压力缸的压力值F和扭矩传感器的扭矩值M；
步骤3，将待装配组件固定在底座的上表面，然后将预压螺栓放置在待装配组件的待装配位置，使预压螺栓的头部在机械手的正下方；
步骤4，控制压力缸动作，移动中板向下移动，带动压力杆和机械手向下移动，机械手的末端扳手向下移动抵压在预压螺栓的头部后，移动中板继续向下移动，压缩弹簧产生工作压缩量，直到压力杆接触到待装配组件，压力缸的压力达到设定值F时，控制压力缸停止移动；
步骤5，控制电机启动带动扳手回转，压缩弹簧的工作压缩量产生的弹力推动连接套和滚珠花键套沿滚珠花键杆的花键槽向下移动，带动扳手移动，扳手一面回转一面移动对待拧紧预紧螺栓进行拧紧；
步骤6，当扭矩传感器的力矩信息达到设定的M时，控制电机停止回动，压力缸动作，带动移动中板返回原位。
本发明的有益效果是，本发明的一种预压螺栓装配设备，先采用压力机通过压力杆对装配组件施加高压强预压，再用机械手进行预压螺栓拧紧，同时具备预压和拧紧的功能，为解决高压强的压力机构和多个螺栓拧紧机构不能同时存在创造了条件。适合自动化生产线上使用，使应用范围广，可以用于各种装配组件的预压装配。
附图说明
图1是本发明一种预压螺栓装配设备的结构示意图；
图2是本发明一种预压螺栓装配设备压力机的结构示意图；
图3是本发明一种预压螺栓装配设备机械手的结构示意图；
图4是本发明一种预压螺栓装配设备实施例中待装配组件的结构示意图；
图中，1.压力机，2.安装支架，3.机械手，4.压力杆，5.预压螺栓，6.待装配组件；
1-1.压力缸，1-2.上板，1-3.移动中板，1-4.立柱，1-5.底座；
3-1.电机，3-2.减速装置，3-3.扭矩传感器，3-4.滚珠花键杆，3-5.滚珠花键套，3-6.挡环，3-7.连接套，3-8.压缩弹簧，3-9.力传感器，3-10.调整垫，3-11.扳手；
6-1.装配组件上件，6-2.减震衬套，6-3.支撑套，6-4.装配组件下件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明所采用的技术方案是，一种预压螺栓装配设备，如图1所示，包括压力机1，安装支架2，机械手3，压力杆4；压力机1，如图2所示，包括压力缸1-1、上板1-2、移动中板1-3、立柱1-4和底座1-5；机械手3，如图3所示，机械手3包括电机3-1、减速装置3-2、扭矩传感器3-3、滚珠花键杆3-4及滚珠花键套3-5、挡环3-6、连接套3-7、压缩弹簧3-8、力传感器3-9、调整垫3-10和扳手3-11。预压螺栓装配设备的连接关系是，压力缸1-1的壳体与上板固定连接，压力缸1-1的活塞杆与移动中板1-3固定连接，安装支架2与移动中板的下表面固定连接，机械手3的电机3-1壳体和压力杆4固定在安装支架2上，减速装置3-2的输入端与电机3-1的输出轴固定连接，减速装置3-2的输出端固定连接有滚珠花键杆3-4，滚珠花键杆3-4的另一端套设有滚珠花键套3-5，滚珠花键套3-5上固定连接有连接套3-7，滚珠花键杆3-4的端部固定有挡环3-6，挡环3-6和连接套3-7之间内置有压缩弹簧3-8，连接套3-7远离滚珠花键杆3-4的一端固定连接扳手3-11。压力机底座1-5上位于机械手3的正下方固定有待装配组件6，如图4所示，本发明的实施例采用的待装配组件6包括装配组件上件6-1、减震衬套6-2、支撑套6-3、装配组件下件6-4，采用预压螺栓5将装配组件上件6-1和装配组件下件6-4进行连接。
机械手3和压力杆4平行地固定在安装支架2下表面，压力杆4末端距离装配组件上件6-1上表面的距离大于机械手3末端距离待拧紧的预压螺栓5的螺栓头的距离。
连接套3-7与扳手3-11的连接处还设置有力传感器3-9和调整垫3-10。
减速装置3-2与滚珠花键杆4连接处设置有扭矩传感器3-3。
压力缸1-1动作，机械手3的电机3-1的回转、力传感器3-9力的检测、扭矩传感器3-3的扭矩检测由外设的控制系统进行数据采集及开、关控制。
使用上述一种预压螺栓装配设备装配预压螺栓的方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，根据待拧螺栓5的拧紧长度，由力传感器3-9和调整垫3-10调整压缩弹簧3-8的工作压缩量，压缩弹簧3-8的工作压缩量应大于待拧预紧螺栓5的拧紧长度；
步骤2，根据装配组件6工作压力要求，分别设定压力缸1-1的压力值F和扭矩传感器的扭矩值M；
步骤3，将待装配组件6固定在底座1-5的上表面，然后将预压螺栓5放置在待装配组件6的待装配位置，使预压螺栓5的头部在机械手3的正下方；
步骤4，控制压力缸1-1动作，移动中板1-3向下移动，带动压力杆4和机械手3向下移动，机械手3的末端扳手3-11向下移动后抵压在预压螺栓5的头部后，移动中板1-3继续向下移动，压缩弹簧3-8产生工作压缩，直至压力杆4接触到待装配组件6，给装配组件6施加压力，当压力缸1-1的压力达到设定值F时，控制压力缸1-1停止动作；
步骤5，控制电机3-1启动，带动机械手3回转运动，同时，压缩弹簧3-8工作压缩量产生的弹力推动连接套3-7向下，将滚珠花键套3-5带动沿滚珠花键杆3-4的花键槽向下移动，扳手3-11一面回转一面下移，进行预压螺栓5拧紧；
步骤6，当扭矩传感器3-3的力矩信息达到设定的M时，控制电机3-1停止回动，压力缸1-1动作，带动中板1-3返回原位。
本发明采用的压力机1为四柱气液压力机，如SENTO讯拓公司的四柱气液压力机STPF。
本发明的一种预压螺栓装配设备以及一种预压螺栓装配设备装配预压螺栓的方法中，设压力杆4末端到装配组件上件6-1上表面的距离为L1，机械手3末端到待拧紧螺栓的螺栓头的距离为L2，待拧螺栓的拧紧长度为L3，压力杆4末端到装配组件上件6-1上表面的距离与机械手3末端到待拧紧螺栓的螺栓头的距离之差为δ，则L1＝L2+δ，δ＞L3。
本发明的F和M应根据待装配组件6所承受载荷的总压力P确定，总压力P使装配组件的接合面产生高压强，如实施例中，装配组件上件与下件机械接合面的接触压强为p1，装配组件上件与减震衬套接合面的接触压强为p2，总压力P与接触压强为p1和接触压强为p2的合力相等，P＝A1*p1+A2*p2，其中A1为装配组件上件与下件机械接合面的接触面积，A2为装配组件上件与减震衬套接合面的接触面积。
Claims (3)
1.一种预压螺栓装配设备，其特征在于：包括压力机(1)，安装支架(2)、机械手(3)、压力杆(4)，压力机(1)包括压力缸(1-1)、上板(1-2)、移动中板(1-3)、立柱(1-4)和底座(1-5)，压力缸(1-1)的壳体与上板(1-2)固定连接，压力缸(1-1)的活塞杆与移动中板(1-3)固定连接，安装支架(2)固定连接在移动中板(1-3)的下表面，机械手(3)和压力杆(4)固定连接安装支架(2)的下表面，机械手(3)和压力杆(4)平行，底座(1-5)上位于机械手(3)的正下方固定有待装配组件(6)，待装配组件(6)上放置有待拧的预紧螺栓(5)；
机械手(3)包括依次连接的电机(3-1)、减速装置(3-2)、扭矩传感器(3-3)、滚珠花键杆(3-4)及滚珠花键套(3-5)、挡环(3-6)、连接套(3-7)、压缩弹簧(3-8)和扳手(3-11)，所述电机(3-1)的壳体与安装支架的下表面固定连接，减速装置(3-2)的输入端与电机(3-1)的输出轴固定连接，减速装置(3-2)的输出端固定连接有滚珠花键杆(3-4)，滚珠花键杆(3-4)的另一端套设有滚珠花键套(3-5)，滚珠花键套(3-5)上固定连接有连接套(3-7)，滚珠花键杆(3-4)的端部固定有挡环(3-6)，挡环(3-6)和连接套(3-7)之间内置有压缩弹簧(3-8)，连接套(3-7)远离滚珠花键杆(3-4)的一端固定连接有扳手(3-11)；
所述的压力杆(4)末端距离待装配组件(6)上表面的距离大于和机械手(3)末端距离待拧的预紧螺栓(5)的螺栓头的距离，其距离之差大于待拧的预紧螺栓(5)的拧紧长度；
所述的连接套(3-7)与扳手(3-11)的连接处还设置有力传感器(3-9)和调整垫(3-10)。
2.根据权利要求1所述的预压螺栓装配设备，其特征在于，所述减速装置(3-2)与滚珠花键杆(3-4)连接处设置有扭矩传感器(3-3)。
3.使用如权利要求2所述的预压螺栓装配设备装配预压螺栓的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，根据待拧的预紧螺栓(5)的拧紧长度，由力传感器(3-9)和调整垫(3-10)调整压缩弹簧(3-8)的工作压缩量，压缩弹簧(3-8)的工作压缩量应大于该预紧螺栓(5)的拧紧长度；
步骤2，根据装配组件(6)工作压力要求，分别设定压力缸(1-1)的压力值F和扭矩传感器(3-3)的扭矩值M；
步骤3，将待装配组件(6)固定在底座(1-5)的上表面，然后将预紧螺栓(5)放置在待装配组件(6)的待装配位置，使预紧螺栓(5)的头部在机械手(3)的正下方；
步骤4，控制压力缸(1-1)动作，移动中板(1-3)向下移动，带动压力杆(4)和机械手(3)向下移动，机械手(3)的扳手(3-11)向下移动抵压在预紧螺栓(5)的头部后，移动中板(1-3)继续向下移动，压缩弹簧(3-8)产生工作压缩量，直到压力杆(4)接触到待装配组件(6)，压力缸(1-1)的压力达到设定值F时，控制压力缸(1-1)停止移动；
步骤5，控制电机(3-1)启动带动扳手(3-11)回转，压缩弹簧(3-8)的工作压缩量产生的弹力推动连接套(3-7)和滚珠花键套(3-5)沿滚珠花键杆(3-4)的花键槽向下移动，带动扳手(3-11)移动，扳手(3-11)一面回转一面移动对预紧螺栓(5)进行拧紧；
步骤6，当扭矩传感器(3-3)的力矩信息达到设定的M时，控制电机(3-1)停止回动，压力缸(1-1)动作，带动移动中板(1-3)返回原位。
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