CN109530572B - 一种托板自锁螺母自动收口设备 - Google Patents

一种托板自锁螺母自动收口设备 Download PDF

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Abstract

一种托板自锁螺母自动收口设备，包括压紧机构、旋转收口机构、伺服电机机构及控制系统，其中，压紧机构与旋转收口机构分别设置在伺服电机机构上，且压紧机构、旋转收口机构、伺服电机机构分别与控制系统连接，以实现托板自锁螺母的凸台收口，采用齿轮、偏心旋转双极减速，以实现大扭矩传递，尤其是偏心压紧组件的压紧方式简单、稳定、有效；通过调节大齿轮旋转角度，以实现压头压紧行程可调，适应多种规格尺寸的双耳托板自锁螺母自动收口，且可针对不同材料的托板自锁螺母，根据材料属性可设置不同的保压时间，使托板自锁螺母收口变形尺寸精度更高。

Description

一种托板自锁螺母自动收口设备
技术领域
本发明涉及人自动化加工技术领域，尤其涉及一种托板自锁螺母自动收口设备。
背景技术
航空制造业在生产GB930-88双耳托板自锁螺母时的收口工序采用的是冲床+模具的工艺，这种冲床挤压收口工艺主要依靠模具挤压方式进行托板自锁螺母的收口，由于冲床的行程与压力固定，进而存在精度低、质量不稳定和效率低的缺点；其次，冲床的压力和行程均不可调，一套模具对应一种尺寸的托板自锁螺母收口，不同尺寸的托板自锁螺母需要更换不同模具，然而模具的安装与调试准备时间非常长，从而导致生产准备时间长；再次，采用冲床挤压的托班螺母收口工艺，挤压力不能够实时显示，整个加工过程均是模拟量传递，不能实时监控加工状态；最后，目前市面上有用于生产托板自锁螺母自动收口的数控设备，但其结构复杂、成本高，且均是螺母凸台朝上的收口方式，没有实现螺母凸台朝下的收口设备。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种托板自锁螺母自动收口设备，以解决上述背景技术中的缺点。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种托板自锁螺母自动收口设备，包括压紧机构、旋转收口机构、伺服电机机构及控制系统，其中，压紧机构与旋转收口机构分别设置在伺服电机机构上，且压紧机构、旋转收口机构、伺服电机机构分别与控制系统连接，以实现托板自锁螺母的凸台收口，具体结构如下：
压紧机构中，压柄与压柄齿轮连接形成整体固定在压柄轴承座上，压柄轴承座固定在安装底板上，压柄齿轮与压柄齿条连接，压柄齿条固定在滑轨上形成一个整体，跟随滑轨移动；滑块固定在滑块保持座上形成一个整体，滑块保持座安装在安装底板上，滑块保持不动，滑轨在滑块上自由移动；滑轨与气缸上的活塞杆连接，气缸的活塞杆伸缩运动通过滑块与滑轨传递经压柄齿轮与压柄齿条啮合，转变成压柄的旋转运动，从而实现压柄的压紧动作；
旋转收口机构中，大齿轮与设置有小齿轮的小齿轮回转整体分别固定在收口机构安装板上，且小齿轮与大齿轮啮合，大齿轮与偏心压紧组件的外圈连接，同时在大齿轮内设置有用于感知大齿轮旋转角度的传感器；
偏心压紧组件中，旋转上板与旋转下板连接于一体，再与大齿轮连接成一个整体，形成整体旋转板；固定下板与固定上板连接于一体，再固定在收口机构安装板上，形成整体固定板；整体旋转板与整体固定板连接，当大齿轮转动时，整体旋转板与整体固定板产生相对旋转运动；固定上板上开有用于安装压紧夹头的方形通孔和用于安装复位弹簧的复位弹簧盲孔；旋转上板上开有两个偏心圆构成用于安装固定上板的椭圆孔，当大齿轮旋转带动整体旋转板旋转，从而压缩压紧夹头，使压紧夹头在固定上板的方形通孔内向内压紧，形成收口动作，收口压缩量通过大齿轮旋转角度控制；
伺服电机机构中，伺服电机输出轴与小齿轮旋转轴连接，收口压紧力通过伺服电机扭矩控制实现；
同时，气缸、传感器、伺服电机分别与控制系统连接。
在本发明中，滑轨通过气缸过渡板与气缸的活塞杆连接。
在本发明中，安装底板上设置有齿轮防护盖及工作面防护盖，由于托板自锁螺母凸台朝下，收口时，收口压力会形成向上分力，从而导致托板自锁螺母向上移动，压紧机构作用是压住托板自锁螺母，使其不发生向上位移，保证收口工艺质量。
在本发明中，大齿轮上开有用于设置传感器的小孔，传感器包括程序原点传感器、进给超程传感器及回程超程传感器，通过预埋在大齿轮内的传感器配件，准确感知大齿轮的角度，对应前后极限位置和原点位置。
在本发明中，小齿轮回转整体还包括小齿轮上板、小齿轮旋转轴承、小齿轮旋转轴及小齿轮下板，小齿轮安装在小齿轮上板与小齿轮下板之间，且小齿轮旋转轴伸出收口机构安装板，小齿轮旋转轴承套装在小齿轮旋转轴上，小齿轮与小齿轮旋转轴通过键连接传递扭矩，小齿轮与大齿轮构成齿轮啮合，小齿轮是主动齿轮，带动大齿轮旋转，减速比为1/5～1/10。
在本发明中，整体旋转板通过一对旋转轴承与整体固定板连接。
在本发明中，伺服电机输出轴通过弹性联轴器与小齿轮旋转轴连接。
在本发明中，伺服电机通过电机安装支架安装在收口机构安装板上。
在本发明中，压紧夹头作用面设置为斜面，斜角为15°～30°。
在本发明中，托板自锁螺母自动收口工艺步骤如下：
1)设定伺服电机工作参数，伺服电机启动顺时针寻找程序原点传感器后，按照设定工作参数正转，通过弹性联轴器传递扭矩给小齿轮旋转轴，带动小齿轮旋转，小齿轮旋转通过齿轮啮合扭矩传递给大齿轮；
2)大齿轮旋转经过程序原点传感器，程序原点传感器立即将原点信号传输至控制系统，控制系统开始执行收口程序，预先设置有压紧力大小、压紧力行程大小、保压时间、进给和回退速度；
3)大齿轮带动旋转上板，经过旋转偏心扭矩放大，带动压紧夹头向内收缩压紧托板自锁螺母的凸台；
4)若程序参数设置错误或伺服电机跑飞，大齿轮旋转角度过大，即将超过极限位置，将触发进给超程传感器，控制系统将断电，伺服电机急停；
5)正常情况下，压紧夹头进给到设定值后，伺服电机将保持扭矩3～5秒，维持压力使托板自锁螺母凸台变形充分，以提高收口尺寸精度；
6)伺服电机随后翻转逆时针回原点，执行回退程序，压紧夹头在复位弹簧作用下复位；
7)伺服电机执行回退程序后，大齿轮经过程序原点传感器，并继续回退，依据设定转速，伺服电机延迟断电0.1～1秒，以确保下次执行进给程序时，大齿轮始终以同一个方向经过原点并触发原点信号，此次自动收口行程结束。
有益效果：
1)本发明采用齿轮、偏心旋转双极减速，以实现大扭矩传递，尤其是偏心压紧组件的压紧方式简单、稳定、有效；
2)本发明通过调节大齿轮旋转角度，以实现压头压紧行程可调，适应多种规格尺寸的双耳托板自锁螺母自动收口；
3)本发明针对不同材料的托板自锁螺母，根据材料属性可设置不同的保压时间，使托板自锁螺母收口变形尺寸精度更高；
4)本发明采用气缸压紧，防止收口过程中托板自锁螺母位移，可满足托板自锁螺母凸台朝下场景下的收口要求；
5)本发明具备定位销定位，伺服电机翻转压紧过程中，托板自锁螺母转动，提高收口尺寸精度；
6)本发明模块化设计，旋转收口机构可拆卸更换，以配合对应夹头与定位销定位方式，可实现不同种类的托板自锁螺母收口，具备很强的扩展性。
附图说明
图1是本发明的较佳实施例的结构示意图。
图2是本发明的较佳实施例中的托板自锁螺母结构示意图。
图3～6是本发明的较佳实施例中的压紧机构结构示意图。
图7～10是本发明的较佳实施例中的旋转收口机构结构示意图。
图11～15是本发明的较佳实施例中的偏心压紧组件结构示意图。
图16是本发明的较佳实施例中的伺服电机机构结构示意图。
图17是本发明的较佳实施例中的压紧夹头结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参见图1所示的一种托板自锁螺母自动收口设备，包括压紧机构01、旋转收口机构02、伺服电机机构03及控制系统，压紧机构01与旋转收口机构02分别设置在伺服电机机构03上，且压紧机构01、旋转收口机构02、伺服电机机构03分别与控制系统连接，以实现如图2所示的托板自锁螺母A的凸台收口，具体结构如下：
压紧机构01，如图3～6所示，包括安装底板01-1、压柄轴承座01-2、装饰盖安装座01-3、压柄01-4、压柄齿轮01-5、压柄齿条01-6、滑块保持座01-7、滑轨01-8、气缸过渡板01-9、气缸01-10、气缸安装座01-11及滑块01-12，压柄01-4通过键连接压柄齿轮01-5形成一个整体固定在一组压柄轴承座01-2上，再通过螺栓固定在安装底板01-1上，压柄齿轮01-5与压柄齿条01-6属于齿轮齿条配合，压柄齿条01-6通过螺栓固定在滑轨01-8上形成一个整体，跟随滑轨01-8移动；
滑块01-12通过螺栓固定在滑块保持座01-7上形成一个整体，然后通过螺栓连接在安装底板01-1上，滑块01-12保持不动，滑轨01-8可在滑块01-12上自由移动；
滑轨01-8通过气缸过渡板01-9与气缸01-10的活塞杆连接成一个整体，故气缸01-10的活塞杆伸缩运动通过滑块01-12与滑轨01-8传递(滑块01-12固定)经过压柄齿轮01-5与压柄齿条01-6啮合，转变成压柄01-4的旋转运动，从而实现压柄01-4的压紧动作；
如图7所示，压紧机构01与旋转收口机构02及托板自锁直接的位置关系，安装底板01-1上设置有齿轮防护盖01-13及工作面防护盖01-14，由于托板自锁螺母A凸台朝下，收口时，收口压力会形成向上分力，从而导致托板自锁螺母A向上移动，压紧机构01作用是压住托板自锁螺母A，使其不发生向上位移，保证收口工艺质量；
旋转收口机构02，如图8～10所示，包括偏心压紧组件02-01、收口机构安装板02-1、进给超程传感器02-2、大齿轮02-3、小齿轮上板02-4、小齿轮旋转轴承02-5、程序原点传感器02-6、回程超程传感器02-7、小齿轮旋转轴02-8、小齿轮下板02-9及小齿轮02-10，大齿轮02-3通过螺栓与偏心压紧组件02-01的外圈连接，大齿轮02-3的行程设置有两个极限位移传感器，包括进给超程传感器02-2和回程超程传感器02-7，通过预埋在大齿轮02-3内的传感器配件，准确感知大齿轮02-3的角度，对应前后极限位置(超程停止)和原点位置(程序起点)，小齿轮02-10安装在小齿轮上板02-4与小齿轮下板02-9之间，且小齿轮旋转轴02-8伸出收口机构安装板02-1，小齿轮旋转轴承02-5套装在小齿轮旋转轴02-8上；
偏心压紧组件02-01，如图11～15所示，包括旋转上板02-01-1、旋转下板02-01-2、固定下板02-01-3、固定上板02-01-4、压紧夹头02-01-5、复位弹簧02-01-6、定位销02-01-7及旋转轴承02-01-8，旋转上板02-01-1与旋转下板02-01-2通过螺栓连接于一体，再与大齿轮02-3通过螺栓连接成一个整体，形成一个整体旋转板；固定下板02-01-3与固定上板02-01-4通过螺栓连接于一体，再固定在收口机构安装板02-1上，形成整体固定板；整体旋转板通过一对旋转轴承02-01-8与整体固定板连接，当大齿轮02-3转动时，整体旋转板与整体固定板可产生相对旋转运动；固定上板02-01-4上开有方形通孔与复位弹簧盲孔，用于安装压紧夹头02-01-5与复位弹簧02-01-6；旋转上板02-01-1上开有两个偏心圆构成的椭圆孔，用于安装固定上板02-01-4；当大齿轮02-3旋转带动整体旋转板旋转，从而压缩两个压紧夹头02-01-5，使压紧夹头02-01-5在固定上板02-01-4的方形通孔内向内压紧，形成收口动作，收口压缩量通过大齿轮02-3旋转角度控制，收口压紧力通过伺服电机03-3扭矩控制实现；
小齿轮上板02-4、小齿轮旋转轴承02-5、小齿轮旋转轴02-8、小齿轮下板02-9及小齿轮02-10共同构成小齿轮回转整体，固定在收口机构安装板02-1上，小齿轮02-9与小齿轮旋转轴02-8通过键连接传递扭矩；小齿轮02-9与大齿轮02-3构成齿轮啮合，小齿轮02-9是主动齿轮，带动大齿轮02-3旋转，减速比为1/5～1/10；
伺服电机机构03，如图16所示，由一对电机安装支架03-1、弹性联轴器03-2及伺服电机03-3组成，弹性联轴器03-2一端与伺服电机03-3输出轴连接，另一端与小齿轮旋转轴02-8连接；伺服电机03-3通过电机安装支架03-1安装在收口机构安装板02-1上，形成整体；
气缸01-10、进给超程传感器02-2、程序原点传感器02-6、回程超程传感器02-7、伺服电机03-3分别与控制系统连接；
托板自锁螺母A自动收口工艺步骤如下：
1)设定伺服电机03-3工作参数，伺服电机03-3启动顺时针寻找程序原点传感器02-6后，按照设定工作参数正转，通过弹性联轴器03-2传递扭矩给小齿轮旋转轴02-8，带动小齿轮02-9旋转，小齿轮02-9旋转通过齿轮啮合扭矩传递给大齿轮02-3；
2)大齿轮02-3上开有小孔，埋入进给超程传感器02-2、程序原点传感器02-6、回程超程传感器02-7，大齿轮02-3旋转经过程序原点传感器02-6，程序原点传感器02-6立即将原点信号传输至控制系统，控制系统开始执行收口程序，预先设置有压紧力大小、压紧力行程大小、保压时间、进给和回退速度；
3)大齿轮02-3带动旋转上板02-01-1，经过旋转偏心扭矩放大，带动压紧夹头02-01-5向内收缩压紧托板自锁螺母A的凸台；
4)若程序参数设置错误或伺服电机03-3跑飞，大齿轮02-3旋转角度过大，即将超过极限位置，将触发进给超程传感器02-2，为避免设备故障等其他安全事故，控制系统将断电，伺服电机03-3急停；
5)正常情况下，压紧夹头02-01-5进给到设定值后，伺服电机03-3将保持扭矩3～5秒，维持压力使托板自锁螺母A凸台变形充分，以提高收口尺寸精度；
6)伺服电机03-3翻转逆时针回原点，执行回退程序，压紧夹头02-01-5在复位弹簧02-01-6的作用下复位；
7)伺服电机03-3执行回退程序后，大齿轮02-3经过程序原点传感器02-6，并继续回退，依据设定转速，伺服电机03-3延迟断电0.1～1秒，目的是为了大齿轮02-3彻底通过原点，以确保下次执行进给程序时，大齿轮02-3始终以同一个方向经过原点并触发原点信号，此次自动收口行程结束；
8)同理，为防止大齿轮02-3回程超程导致安全事故发生，设置回程超程传感器02-7，一旦触发，控制系统立即断电，伺服电机03-3急停；
9)进给速度由伺服电机03-3转速调节、进给压力由伺服电机03-3输出扭矩调节、进给位移最大值由偏心压紧组件02-01的偏心量确定，每次进给位移值由伺服电机03-3转过的圈数调节；
10)如图17所示，压紧夹头02-01-5尺寸，特别是作用面尺寸(即压紧夹头02-01-5与托板自锁螺母A凸台接触部分尺寸)根据GB/T930-88标准的收口高度要求确定，考虑材料弹性系数等因素影响，推荐将压紧夹头02-01-5作用面尺寸设置为斜面B，斜角为15°～30°。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种托板自锁螺母自动收口设备，包括压紧机构、旋转收口机构、伺服电机机构及控制系统，其特征在于，压紧机构与旋转收口机构分别设置在伺服电机机构上，且压紧机构、旋转收口机构、伺服电机机构分别与控制系统连接，以实现双耳托板自锁螺母的凸台收口，具体结构如下：
压紧机构中，压柄与压柄齿轮连接形成整体固定在压柄轴承座上，压柄轴承座固定在安装底板上，压柄齿轮与压柄齿条连接，压柄齿条固定在滑轨上形成一个整体，跟随滑轨移动；滑块固定在滑块保持座上形成一个整体，滑块保持座安装在安装底板上，滑块保持不动，滑轨在滑块上自由移动；滑轨与气缸上的活塞杆连接，气缸的活塞杆伸缩运动通过滑块与滑轨传递经压柄齿轮与压柄齿条啮合，转变成压柄的旋转运动，从而实现压柄的压紧动作；
旋转收口机构中，大齿轮与设置有小齿轮的小齿轮回转整体分别固定在收口机构安装板上，且小齿轮与大齿轮啮合，大齿轮与偏心压紧组件的外圈连接，同时在大齿轮内设置有用于感知大齿轮旋转角度的传感器；
偏心压紧组件中，旋转上板与旋转下板连接于一体，再与大齿轮连接成一个整体，形成整体旋转板；固定下板与固定上板连接于一体，再固定在收口机构安装板上，形成整体固定板；整体旋转板与整体固定板连接，当大齿轮转动时，整体旋转板与整体固定板产生相对旋转运动；固定上板上开有用于安装压紧夹头的方形通孔和用于安装复位弹簧的复位弹簧盲孔；旋转上板上开有两个偏心圆构成用于安装固定上板的椭圆孔，当大齿轮旋转带动整体旋转板旋转，从而压缩压紧夹头，使压紧夹头在固定上板的方形通孔内向内压紧，形成收口动作，收口压缩量通过大齿轮旋转角度控制；
伺服电机机构中，伺服电机输出轴与小齿轮旋转轴连接，收口压紧力通过伺服电机扭矩控制实现；
同时，气缸、传感器、伺服电机分别与控制系统连接。
2.根据权利要求1所述的一种托板自锁螺母自动收口设备，其特征在于，滑轨通过气缸过渡板与气缸的活塞杆连接。
3.根据权利要求1所述的一种托板自锁螺母自动收口设备，其特征在于，安装底板上设置有齿轮防护盖及工作面防护盖。
4.根据权利要求1所述的一种托板自锁螺母自动收口设备，其特征在于，大齿轮上开有用于设置传感器的小孔，传感器包括程序原点传感器、进给超程传感器及回程超程传感器。
5.根据权利要求1所述的一种托板自锁螺母自动收口设备，其特征在于，小齿轮回转整体还包括小齿轮上板、小齿轮旋转轴承、小齿轮旋转轴及小齿轮下板，小齿轮安装在小齿轮上板与小齿轮下板之间，且小齿轮旋转轴伸出收口机构安装板，小齿轮旋转轴承套装在小齿轮旋转轴上，小齿轮与小齿轮旋转轴通过键连接传递扭矩。
6.根据权利要求1所述的一种托板自锁螺母自动收口设备，其特征在于，整体旋转板通过一对旋转轴承与整体固定板连接。
7.根据权利要求1所述的一种托板自锁螺母自动收口设备，其特征在于，伺服电机输出轴通过弹性联轴器与小齿轮旋转轴连接。
8.根据权利要求1所述的一种托板自锁螺母自动收口设备，其特征在于，伺服电机通过电机安装支架安装在收口机构安装板上。
9.根据权利要求1所述的一种托板自锁螺母自动收口设备，其特征在于，压紧夹头作用面设置为斜面，斜角为15°～30°。
10.根据权利要求1～9任一项所述的一种托板自锁螺母自动收口设备，其特征在于，托板自锁螺母自动收口工艺步骤如下：
1)设定伺服电机工作参数，伺服电机启动顺时针寻找程序原点传感器后，按照设定工作参数正转，通过弹性联轴器传递扭矩给小齿轮旋转轴，带动小齿轮旋转，小齿轮旋转通过齿轮啮合扭矩传递给大齿轮；
2)大齿轮旋转经过程序原点传感器，程序原点传感器立即将原点信号传输至控制系统，控制系统开始执行收口程序，预先设置有压紧力大小、压紧力行程大小、保压时间、进给和回退速度；
3)大齿轮带动旋转上板，经过旋转偏心扭矩放大，带动压紧夹头向内收缩压紧托板自锁螺母的凸台；
4)若程序参数设置错误或伺服电机跑飞，大齿轮旋转角度过大，即将超过极限位置，将触发进给超程传感器，控制系统将断电，伺服电机急停；
5)正常情况下，压紧夹头进给到设定值后，伺服电机将保持扭矩3～5秒，维持压力使托板自锁螺母凸台变形充分，以提高收口尺寸精度；
6)伺服电机随后翻转逆时针回原点，执行回退程序，压紧夹头在复位弹簧作用下复位；
7)伺服电机执行回退程序后，大齿轮经过程序原点传感器，并继续回退，依据设定转速，伺服电机延迟断电0.1～1秒，以确保下次执行进给程序时，大齿轮始终以同一个方向经过原点并触发原点信号，此次自动收口行程结束。
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