CN108907693B - 一种多螺栓同步拧紧自动化装配设备及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多螺栓同步拧紧自动化装配设备，包括压力机，压力机内设有安装板，安装板上连接有多组机械手机构。本发明还公开了一种多螺栓同步拧紧的自动化装配方法，本发明能够将多个螺栓同步拧紧，提高装配效率；且多个螺栓同步拧紧，使结合面的接触压力均匀，抗振动能力强，可以提高螺栓连接设备的使用寿命。

Description

一种多螺栓同步拧紧自动化装配设备及其装配方法

技术领域

本发明属于螺栓装配设备技术领域，涉及一种多螺栓同步拧紧自动化装配设备，本发明还涉及上述装配设备的自动化装配方法。

背景技术

多个螺栓联结的两个零件装配，可以采用人工手动装配或自动化装配。螺栓联结的自动化装配可以节省人力、效率高，是装配作业的发展方向；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时，拧紧机构的驱动电机、减速装置可以同时直接对准螺栓进行拧紧，但当螺栓之间分布距离比较小，由于拧紧机构的驱动电机、减速装置的尺寸限制，多个螺栓拧紧机构不能同时直接对准螺栓，因此不能同步拧紧，若多个螺栓不能同步拧紧，将会因装配组件的零件变形而使结合面的接触压力分布不均匀，工作时的振动将会导致装配组件的连接松动及破环。

发明内容

本发明的目的是提供一种多螺栓同步拧紧自动化装配设备，该设备能够将多个螺栓同步拧紧，提高装配效率。

本发明的另一目的是提供一种多螺栓同步拧紧的自动化装配方法。

本发明所采用的技术方案是，一种多螺栓同步拧紧自动化装配设备，包括压力机，压力机内设有安装板，安装板上连接有多组机械手机构。

本发明第一种技术方案的特点还在于，

压力机包括压力缸，压力缸的壳体固定在上板上，压力缸的活塞杆端部连接在移动中板上，移动中板位于上板的下方，上板的四个顶点处分别沿竖直方向设有立柱，移动中板可沿立柱上下滑动，立柱的下端设有底座。

安装板与移动中板的下表面固接。

每组机械手机构包括直线运动组件和传动组件；

直线运动组件包括滑座，滑座与安装板固接，滑座上设有滚珠丝杠副和导轨，滑台可沿滚珠丝杠副滑动，滑台的上表面设有滑槽，滑槽的长度方向与滑台的运动方向垂直，滚珠丝杠副的一端连接有伺服电机。

传动组件包括摇杆，摇杆的一端通过销轴与滑台上的滑槽组成移动副连接，摇杆的另一端通过棘轮机构连接传动轴，传动轴与摇杆垂直设置；传动轴的上端与安装板为回转副连接，传动轴的下端通过压紧调节机构与套筒扳手连接。

本发明采用的第二种技术方案为，一种多螺栓同步拧紧的自动化装配方法，具体包括如下步骤：

步骤1，根据待拧紧螺栓的拧紧长度，确定压紧调节机构的预压量；

步骤2，根据待装配组件的高度及工作压力要求，分别设定压力机的移动行程和压力值F；

步骤3，设定机械手机构中直线运动组件的伺服电机的初始驱动扭矩M₀；

步骤4，将待装配组件固定在压力机的底座上表面，使每个待拧紧螺栓分别在一个套筒扳手的正下方；待拧紧螺栓的数量与机械手机构的数量一一对应；

步骤5，压力机的压力缸动作，移动中板向下移动，通过安装板带动机械手机构向下移动，传动组件中的压紧调节机构在预压量的基础上进一步压缩，同时各套筒扳手向下移动分别一一对应抵压在各待拧紧螺栓的头部，当压力缸的压力达到预设的F值时，压力缸停止运动；

步骤6，机械手机构中的直线运动组件的伺服电机启动，伺服电机带动滚珠丝杠副转动，滑台在滚珠丝杠副上往复移动，滑台的移动通过摇杆和棘轮机构带动传动轴及套筒扳手做回转运动，配合压紧调节机构压缩量的释放，进行螺栓的拧紧；

步骤7，当各组机械手机构中的直线运动组件的伺服电机的驱动扭矩分别达到初始扭矩M₀时，伺服电机停止转动，然后各伺服电机同时转换为转角控制模式，伺服电机的驱动扭矩时时变化；

步骤8，当各伺服电机的驱动扭矩值达到预设的扭矩M值时，各伺服电机同时停止转动，压力机的压力缸动作，带动中板返回原位。

本发明的有益效果是，本发明的一种多螺栓同步拧紧自动化装配设备，可以将多个联结螺栓同步拧紧，不仅能够节省人力、效率高，而且多个螺栓同步拧紧，使结合面的接触压力均匀，抗振动能力强，可以提高螺栓连接设备的使用寿命。适合自动化生产线上使用，应用范围广，可以用于各种多螺栓连接的装配组件的自动装配使用。

附图说明

图1是本发明一种多螺栓同步拧紧自动化装配设备的结构示意图；

图2是本发明一种多螺栓同步拧紧自动化装配设备中压力机的结构示意图；

图3是本发明一种多螺栓同步拧紧自动化装配设备中各组机械手的分布示意图；

图4是图3中A处的局部放大图；

图5是本发明一种多螺栓同步拧紧自动化装配设备中机械手的结构示意图；

图6是本发明一种多螺栓同步拧紧自动化装配设备中压力调节机构的结构示意图；

图7是本发明一种多螺栓同步拧紧自动化装配设备实施例中待装配组件的结构示意图；

图8是本发明一种多螺栓同步拧紧自动化装配设备实施例中待装配组件的俯视图。

图中，1.压力机，2.安装板，3.机械手机构，4.直线运动组件，5.传动组件，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；

4-1.伺服电机，4-2.滚珠丝杠副，4-3.导轨，4-4.滑台，4-5.滑座，4-6.

滑槽；

5-1.摇杆，5-2.棘轮机构，5-3.传动轴，5-4.压紧调节机构，5-5.套筒扳手，5-6.销轴；

5-4-1.滚珠花键杆，5-4-2.滚珠花键套，5-4-3.挡环，5-4-4.连接套，5-4-5.压缩弹簧，5-4-6.调整垫；

6-1.待装配组件下件，6-2.待装配组件上件，6-3.待拧紧螺栓。

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。

本发明一种多螺栓同步拧紧自动化装配设备，如图1所示，包括压力机1，压力机1内设有安装板2，安装板2上连接有多组机械手机构3。

如图2所示，压力机1包括压力缸1-1，压力缸1-1的壳体固定在上板1-2上，压力缸1-1的活塞杆端部连接在移动中板1-3上，移动中板1-3位于上板1-2的下方，上板1-2的四个顶点处分别沿竖直方向设有立柱1-4，移动中板1-3可沿立柱1-4上下滑动，立柱1-4的下端设有底座1-5。安装板2与移动中板1-3的下表面固接。

如图3～5所示，每组机械手机构3包括直线运动组件4和传动组件5，

直线运动组件4包括滑座4-5，滑座4-5与安装板2固接，滑座4-5上设有导轨4-3和滚珠丝杠副4-2，滚珠丝杠副4-2上设有滑台4-4，滑台4-4可沿滚珠丝杠副4-2滑动，滑台4-4的上表面设有滑槽4-6，滑槽4-6的长度方向与滑台4-4的运动方向垂直，滚珠丝杠副4-2的一端连接有伺服电机4-1。

传动组件5包括摇杆5-1，摇杆5-1的一端通过销轴5-6与滑台4-4上的滑槽4-6组成移动副连接，摇杆5-1的另一端通过棘轮机构5-2(棘轮机构5-2为现有结构)连接传动轴5-3，传动轴5-3与摇杆5-1垂直设置；传动轴5-3的上端与安装板2为回转副连接，传动轴5-3的下端通过压紧调节机构5-4与套筒扳手5-5连接，滑台4-4的移动一方面带动摇杆5-1绕传动轴5-3转动，同时摇杆5-1在销轴5-6与滑槽4-6组成的移动副中相对滑台4-4进行移动。

如图6所示，压紧调节机构5-4包括滚珠花键杆5-4-1，滚珠花键杆5-4-1的上端与传动轴5-3的下端固接，滚珠花键杆5-4-1的下端套设有滚珠花键套5-4-2，滚珠花键套5-4-2上固定连接有连接套5-4-4，滚珠花键杆5-4-1的端部固定有挡环5-4-3，挡环5-4-3和连接套5-4-4之间内置有压缩弹簧5-4-5，连接套5-4-4远离滚珠花键杆5-4-1的一端与套筒扳手5-5连接。连接套5-4-4与套筒扳手5-5的连接处还设置有调整垫5-4-6。

压力机底座1-5上位于机械手机构3的正下方固定有待装配组件6，本发明实施例采用的待装配组件6如图7、8所示，包括待装配组件下件6-1、待装配组件上件6-2，由待拧紧螺栓6-3将待装配组件下件6-1和待装配组件上件6-2进行连接。本实施例以6组机械手机构为例，对应的待拧紧螺栓6-3为6个。

使用上述一种多螺栓同步拧紧自动化装配设备进行自动拧紧螺栓的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，根据待拧紧螺栓6-3的拧紧长度，由调整垫5-4-6调整压缩弹簧5-4-5的预压量；压缩弹簧5-4-5的预压量应大于待拧紧螺栓6-3的拧紧长度；

步骤2，根据待装配组件6的高度及工作压力要求，分别设定压力机1的移动行程和压力值F；

步骤3，设定机械手机构3中直线运动组件4的伺服电机4-1的初始驱动扭矩M₀；

步骤4，将待装配组件6固定在压力机1的底座1-5上表面，使每个待拧紧螺栓6-3分别在一个套筒扳手5-5的正下方；待拧紧螺栓6-3的数量与机械手机构3的数量(套筒扳手5-5的数量)一一对应；

步骤5，压力机1的压力缸1-1动作，移动中板1-3向下移动，通过安装板2带动机械手机构3向下移动，传动组件5中的压紧调节机构5-4在预压量的基础上进一步压缩，同时各套筒扳手5-5向下移动分别一一对应抵压在各待拧紧螺栓6-3的头部，当压力缸1-1的压力达到预设的F值时，压力缸1-1停止运动；

步骤6，机械手机构3中的直线运动组件4的伺服电机4-1启动，伺服电机4-1带动滚珠丝杠副4-2转动，滑台4-4在滚珠丝杠副4-2上往复移动，滑台4-4的移动通过摇杆5-1和棘轮机构5-2带动传动轴5-3及套筒扳手5-5做回转运动，压缩弹簧5-4-5产生的弹力推动连接套5-4-4和滚珠花键套5-4-2沿滚珠花键杆5-4-1的花键槽向下移动，带动套筒扳手5-5移动，套筒扳手5-5一面回转一面移动对待拧紧螺栓6-3进行拧紧；

步骤7，当各组机械手机构3中的直线运动组件4的伺服电机4-1的驱动扭矩分别达到初始扭矩M₀时，伺服电机4-1停止转动，然后各伺服电机4-1同时转换为转角控制模式，伺服电机4-1的驱动扭矩时时变化；

步骤8，当各伺服电机4-1的驱动扭矩值达到预设的扭矩M值时，各伺服电机4-1同时停止，转动，压力机1的压力缸1-1动作，带动中板1-3返回原位。

Claims (2)

1.一种多螺栓同步拧紧自动化装配设备，其特征在于：包括压力机(1)，压力机(1)内设有安装板(2)，安装板(2)上连接有多组机械手机构(3)；

所述压力机(1)包括压力缸(1-1)，压力缸(1-1)的壳体固定在上板(1-2)上，压力缸(1-1)的活塞杆端部连接在移动中板(1-3)上，移动中板(1-3)位于上板(1-2)的下方，上板(1-2)的四个顶点处分别沿竖直方向设有立柱(1-4)，移动中板(1-3)可沿立柱(1-4)上下滑动，立柱(1-4)的下端设有底座(1-5)；

所述安装板(2)与移动中板(1-3)的下表面固接；

每组所述机械手机构(3)包括直线运动组件(4)和传动组件(5)，

所述直线运动组件(4)包括滑座(4-5)，滑座(4-5)与安装板(2)固接，滑座(4-5)上设有导轨(4-3)和滚珠丝杠副(4-2)，滑台(4-4)可沿滚珠丝杠副(4-2)滑动，滑台(4-4)的上表面设有滑槽(4-6)，滑槽(4-6)的长度方向与滑台(4-4)的运动方向垂直，滚珠丝杠副(4-2)的一端连接有伺服电机(4-1)；

所述传动组件(5)包括摇杆(5-1)，摇杆(5-1)的一端通过销轴(5-6)与滑台(4-4)上的滑槽(4-6)组成移动副连接，摇杆(5-1)的另一端通过棘轮机构(5-2)连接传动轴(5-3)，传动轴(5-3)与摇杆(5-1)垂直设置；传动轴(5-3)的上端与安装板(2)为回转副连接，传动轴(5-3)的下端通过压紧调节机构(5-4)与套筒扳手(5-5)连接。

2.一种多螺栓同步拧紧自动化装配设备装配螺栓的方法，利用权利要求1所述的多螺栓同步拧紧自动化装配设备，其特征在于，本方法按照以下步骤实施：

步骤1，根据待拧紧螺栓(6-3)的拧紧长度，确定压紧调节机构(5-4)的预压量；

步骤2，根据待装配组件(6)的高度及工作压力要求，分别设定压力机(1)的移动行程和压力值F；

步骤3，设定机械手机构(3)中直线运动组件(4)的伺服电机(4-1)的初始驱动扭矩M₀；

步骤4，将待装配组件(6)固定在压力机(1)的底座(1-5)上表面，使每个待拧紧螺栓(6-3)分别在一个套筒扳手(5-5)的正下方；待拧紧螺栓(6-3)的数量与机械手机构(3)的数量一一对应；

步骤5，压力机(1)的压力缸(1-1)动作，移动中板(1-3)向下移动，通过安装板(2)带动机械手机构(3)向下移动，传动组件(5)中的压紧调节机构(5-4)在预压量的基础上进一步压缩，同时各套筒扳手(5-5)向下移动分别一一对应抵压在各待拧紧螺栓(6-3)的头部，当压力缸(1-1)的压力达到预设的F值时，压力缸(1-1)停止运动；

步骤6，机械手机构(3)中的直线运动组件(4)的伺服电机(4-1)启动，伺服电机(4-1)带动滚珠丝杠副(4-2)转动，滑台(4-4)在滚珠丝杠副(4-2)上往复移动，滑台(4-4)的移动通过摇杆(5-1)和棘轮机构(5-2)带动传动轴(5-3)及套筒扳手(5-5)做回转运动，配合压紧调节机构(5-4)压缩量的释放，进行待拧紧螺栓(6-3)的拧紧；

步骤7，当各组机械手机构(3)中的直线运动组件(4)的伺服电机(4-1)的驱动扭矩分别达到初始扭矩M₀时，伺服电机(4-1)停止转动，然后各伺服电机(4-1)同时转换为转角控制模式，伺服电机(4-1)的驱动扭矩时时变化；

步骤8，当各伺服电机(4-1)的驱动扭矩值达到预设的扭矩M值时，各伺服电机(4-1)同时停止转动，压力机(1)的压力缸(1-1)动作，带动中板(1-3)返回原位。