CN110814259A - 一种冲击力可控自动化气动锤铆装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冲击力可控气动锤铆装置。底板有气缸主缸体和气缸次缸体，气缸主缸体开设有气缸前后气孔，气缸主缸体内套装有气缸主杆，气缸主杆有多个内凹槽；气缸主缸体外装有齿轮螺旋线槽盘，伺服电机的齿轮和齿轮螺旋线槽盘的环形凹槽的齿圈啮合；齿轮螺旋线槽盘设有多道阿基米德螺旋线槽，齿轮螺旋线槽盘前设有与阿基米德螺旋线槽配合的套筒压簧组件，套筒压簧组件包括滚轮压缩弹簧、套筒、滚轮支撑杆和滚轮，冲锤活动装在气缸次缸体的水平中心通孔中。本发明能调控蓄气腔蓄气气压，改变气缸主杆两侧气压压差，控制冲锤的冲击力，保证冲击能量的稳定性，可实现高精度、高效率的气动锤铆，并具有无油液污染、携持方便的特点。

Description

一种冲击力可控自动化气动锤铆装置

技术领域

本发明属于气动技术领域的一种气动锤铆装置，涉及了一种冲击力可控气动锤铆装置。

背景技术

航空工业迅速发展，作为航空薄壁件主要的连接方式，铆接及其装备、技术也受到越来越多的重视和提升。国内外科学研究和工业实践均表明，铆接力或能量控制比传统的铆接位移控制更利于铆接接头的抗疲劳特性。

气动铆接作为当前航空制造中应用时间最长，范围最广的铆接技术，由于其灵活性强、性能稳定、清洁无污染等优点，在航空薄壁件连接中仍然占据极其重要的地位。

当前气动铆枪一般为连续快速冲击，频率可达几十赫兹。不同型号的铆钉，还需要配备不同型号的铆枪。从而传统的人工经验无法精确、稳定控制铆钉的成形结果。同时由于铆钉材料的因素，打击次数过多，不仅效率低下，而且容易导致铆钉镦头开裂等铆接失效情况。

发明内容

本发明的目的是针对气动铆接中亟需通过控制铆接力以提高铆接接头的抗疲劳特性，克服传统铆枪冲击力小、冲击次数多、难以精确调控等不足，提供一种冲击力可控气动锤铆装置。

本发明的技术方案是：

本发明包括底板、伺服电机、齿轮、齿轮螺旋线槽盘、气缸主缸体、后端盖、前端盖、蓄气圈、气缸主杆、主杆复位弹簧、滚轮、套筒压簧组件、气缸次缸体、冲锤、冲锤拉簧；底板的前后两侧上分别固定有前端盖和后端盖，前端盖和后端盖之间固定安装有气缸主缸体，前端盖前端面固定安装有气缸次缸体，气缸次缸体和气缸主缸体同轴水平布置；气缸主缸体的前端和后端侧壁开设有气缸前气孔和气缸后气孔，气缸主缸体内套装有气缸主杆，蓄气圈内圈向前弯折后和气缸主杆后端面紧贴连接，蓄气圈外圈径向向外紧贴于气缸主缸体内壁，通过蓄气圈将气缸主杆和气缸主缸体内壁之间密封连接，在气缸主杆后端面和后端盖之间的气缸主缸体内部形成蓄气腔；气缸主杆的中部沿圆周设有多个内凹槽；气缸主杆前端穿出前端盖的通孔，气缸主缸体内的气缸主杆前端部设有阶梯台阶，气缸主杆的阶梯台阶经主杆复位弹簧和前端盖通孔的后孔端面连接；气缸主缸体的外部活动套装有齿轮螺旋线槽盘，齿轮螺旋线槽盘的后端面设有环形凹槽，环形凹槽外圈槽壁整个圆周加工为齿圈，齿轮螺旋线槽盘后侧的底板上固定有伺服电机，伺服电机的输出轴同轴连接有齿轮，齿轮和齿轮螺旋线槽盘的环形凹槽的齿圈啮合；齿轮螺旋线槽盘的前端面沿圆周开设有多道阿基米德螺旋线槽，齿轮螺旋线槽盘前方沿周向设有分别与多道阿基米德螺旋线槽配合连接的多个套筒压簧组件，套筒压簧组件包括滚轮压缩弹簧、套筒、滚轮支撑杆和滚轮，套筒外壁固定有条状杆，条状杆嵌装于齿轮螺旋线槽盘的螺旋线槽中，套筒一端开口形成开口端，套筒开口端沿气缸主缸体径向且穿过气缸主缸体外壁伸入到气缸主缸体内部，套筒开口端内安装有滚轮压缩弹簧和滚轮支撑杆，滚轮压缩弹簧两端连接在滚轮支撑杆端部台阶和套筒开口端内的底部之间，滚轮支撑杆端部经滚轮压紧在气缸主杆的内凹槽处；冲锤可活动地套装在气缸次缸体的水平中心通孔中，冲锤和气缸主杆同轴布置，冲锤前端伸出气缸次缸体的端部经冲锤拉簧和气缸次缸体前外端面连接。

所述的气缸主缸体后端套装在后端盖的前端面开设环形凸台圆周面上，且气缸主缸体和后端盖的环形凸台之间通过密封圈密封套装连接。

所述的气缸主缸体前端套装在前端盖的后端面开设环形凸台圆周面上，且气缸主缸体和前端盖的环形凸台之间通过密封圈密封套装连接。

所述的齿轮螺旋线槽盘4具有环盘形状，套在气缸主缸体5上绕气缸主缸体5自由转动。

所述的气缸主杆9设置于气缸主缸体5内部，在气缸主缸体5内部沿轴向滑动。

本发明提出的冲击力可控自动化气动锤铆装置发挥了气动锤铆的优点，比传统气动铆枪的冲击力更大，且可自动调控冲击力大小，可与工业机器人、数控机床等设备配合使用，便于集成控制，形成高效率、高柔性的自动铆接设备，对提升铆接装备的自动化水平，提高铆接成形质量和接头抗疲劳性能，有着重要意义。

本发明的优点在于：

1)通过气缸中蓄气腔的设置，极大提高了冲击力度。

2)通过电机驱动和齿轮、阿基米德螺旋线槽的传动，实现压缩套筒的径向运动，最终达到自动调控气缸冲击气杆冲击力的目的。

3)结构设计紧凑，性能稳定，能够保证铆接冲击力或冲击能量的一致性和持续性。

本发明保证冲击能量的稳定性，可实现高精度、高效率的气动锤铆，并具有无油液污染、携持方便的特点。

附图说明

图1是本发明冲击力可控气动锤铆装置实施例的剖视图；

图2是本发明冲击力可控气动锤铆装置实施例的三维示意图；

图3是本发明冲击力可控气动锤铆装置实施例的侧视图；

图4是本发明冲击力可控气动锤铆装置实施例中齿轮螺旋线槽盘的前视图；

图5是本发明冲击力可控气动锤铆装置实施例中齿轮螺旋线槽盘的后视图。

图中：1-底板、2-伺服电机、3-齿轮、4-齿轮螺旋线槽盘、5-气缸主缸体、6-后端盖、7-前端盖、8-蓄气圈、9-气缸主杆、10-主杆复位弹簧、11-滚轮、12-滚轮压缩弹簧、13-套筒、14-滚轮支撑杆、15-气缸次缸体、16-冲锤、17-冲锤拉簧、18-密封圈、19-气缸前气孔、20-蓄气腔、21-气缸后气孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，具体实施的装置包括底板1、伺服电机2、齿轮3、齿轮螺旋线槽盘4、气缸主缸体5、后端盖6、前端盖7、蓄气圈8、气缸主杆9、主杆复位弹簧10、滚轮11、套筒压簧组件、气缸次缸体15、冲锤16和冲锤拉簧17。

如图1所示，底板1的前后两侧上分别固定有前端盖7和后端盖6，前端盖7和后端盖6之间固定安装有气缸主缸体5，前端盖7前端面固定安装有气缸次缸体15，气缸次缸体15和气缸主缸体5同轴水平布置；气缸主缸体5的前端和后端侧壁开设有气缸前气孔19和气缸后气孔21，气缸前气孔19和气缸后气孔21分别用于进气和排气；气缸主缸体5内套装有气缸主杆9，蓄气圈8内圈向前弯折后和气缸主杆9后端面紧贴连接，蓄气圈8外圈径向向外紧贴于气缸主缸体5内壁，通过蓄气圈8将气缸主杆9和气缸主缸体5内壁之间密封连接，在气缸主杆9后端面和后端盖6之间的气缸主缸体5内部形成蓄气腔20；气缸主杆9的中部沿圆周设有多个内凹槽；气缸主杆9前端穿出前端盖7的通孔，气缸主缸体5内的气缸主杆9前端部设有阶梯台阶，气缸主杆9的阶梯台阶经主杆复位弹簧10和前端盖7通孔的后孔端面连接。

如图5所示，气缸主缸体5的外部活动套装有齿轮螺旋线槽盘4，齿轮螺旋线槽盘4的后端面设有环形凹槽，环形凹槽外圈槽壁整个圆周加工为齿圈，齿轮螺旋线槽盘4后侧的底板1上固定有伺服电机2，伺服电机2的输出轴同轴连接有齿轮3，齿轮3和齿轮螺旋线槽盘4的环形凹槽的齿圈啮合。

如图2和图4所示，齿轮螺旋线槽盘4的前端面沿圆周开设有多道阿基米德螺旋线槽，齿轮螺旋线槽盘4前方沿周向设有分别与多道阿基米德螺旋线槽配合连接的多个套筒压簧组件，套筒压簧组件的数量、阿基米德螺旋线槽的开设数量和气缸主杆9的内凹槽数量相同，套筒压簧组件包括滚轮压缩弹簧12、套筒13、滚轮支撑杆14和滚轮11，套筒13外壁固定有条状杆，条状杆嵌装于齿轮螺旋线槽盘4的螺旋线槽中，套筒13一端开口形成开口端，套筒13开口端沿气缸主缸体5径向且穿过气缸主缸体5外壁伸入到气缸主缸体5内部，套筒13开口端内安装有滚轮压缩弹簧12和滚轮支撑杆14，滚轮压缩弹簧12两端连接在滚轮支撑杆14端部台阶和套筒13开口端内的底部之间，滚轮支撑杆14端部经滚轮11压紧在气缸主杆9的内凹槽处；滚轮支撑杆14末端装有滚轮11，滚轮11与气缸主杆10保持接触并可以相对滑动。

冲锤16可活动地套装在气缸次缸体15的水平中心通孔中，冲锤16和气缸主杆9同轴布置，在装置工作前冲锤16后端和气缸主杆9前端之间具有间隙，冲锤16前端伸出气缸次缸体15的端部经冲锤拉簧17和气缸次缸体15前外端面连接，即冲锤拉簧17一端固定于冲锤16伸出气缸次缸体15的端部，另一端固定于气缸次缸体15的前端外壁；冲锤拉簧17为锥形，以确保冲锤16在气缸主杆9的撞击下不会飞离。

气缸主缸体5后端套装在后端盖6的前端面开设环形凸台圆周面上，且气缸主缸体5和后端盖6的环形凸台之间通过密封圈18密封套装连接。气缸主缸体5前端套装在前端盖7的后端面开设环形凸台圆周面上，且气缸主缸体5和前端盖7的环形凸台之间也通过密封圈18密封套装连接。

底板1作为装置的安装基座，呈L型的气缸前端盖7、后端盖6以及伺服电机2均固定在底板上。

齿轮螺旋线槽盘4具有环盘形状，套在气缸主缸体5上绕气缸主缸体5自由转动，由气缸主缸体5外表面台阶限制前后位置并避免转动时侧偏。

具体实施中，如图2和图3所示，套筒13有三个，均匀圆周分布于气缸主缸体中间位置。齿轮螺旋线槽盘4后侧端面为内齿轮结构，与伺服电机2驱动的齿轮3啮合；前侧端面具体实施设有三个阿基米德螺旋线槽，三个套筒3外端凸出的条状杆部分可以分别在各自的阿基米德螺旋线槽滑动，从而齿轮螺旋线槽盘4的旋转可以驱动压缩套筒13的径向运动。

气缸主杆9设置于气缸主缸体5内部，在气缸主缸体5内部沿轴向在一定范围内滑动，并且使用硬度较好的材料以承受撞击。

本发明通过伺服电机2控制驱动齿轮螺旋线槽盘4的旋转，实现压缩套筒13沿气缸径向运动，使得压缩套筒中的压缩弹簧12对滚轮11的作用力产生变化，从而改变对气缸主杆9的径向锁紧力，由此调控气缸主杆9脱离蓄气圈8的轴向力，进一步地，可以调控蓄气腔蓄气气压，改变气缸主杆9两侧气压压差，控制气缸主杆的轴向运动加速度，最终控制冲锤16的冲击力。

本发明装置下的冲击力可控气动锤铆过程是：

1)初始状态下，气缸主缸体5内外各部分气压均为大气压。

2)将冲头定位到所需位置，根据铆钉直径确定冲击力大小和冲击次数，控制系统驱动电机2旋转，带动齿轮螺旋线槽盘4转动，经齿轮螺旋线槽盘4上的阿基米德螺旋线的导向带动三个套筒13同步径向向内运动。

三个套筒13径向向内后通过弹簧12、滚轮支撑杆14和滚轮11径向压紧了气缸主杆9，由于压缩套筒13及弹簧12、滚轮11对气缸主杆的径向预紧压力限制了气缸主杆9轴向运动，驱动电机2的转动最终转变为增大或减小气杆主杆的轴向向前运动所需的前后气压差。

3)气缸主缸体5的后气孔21进气，前气孔19排气。蓄气腔20压力增大，气缸中腔内气压减小。但气缸主杆9不会立即向前运动，而是保持一段时间的静止。此状态由两方面的原因导致：其一是滚轮11压紧对气缸主杆9的径向预紧压力；其二是蓄气腔20与气缸主杆9底部的接触面积小于中腔与气缸主杆9的接触面积，中腔为气缸主杆9后端面和前端盖7之间的气缸主缸体5内部的腔。

4)当蓄气腔20压力足够大时，促使气缸主杆9开始向前运动；

5)由于气缸主杆向前运动，蓄气圈8变形，蓄气圈8不再紧贴接触气缸主杆9后端面，使得蓄气腔20内气体迅速接触到气缸主杆9整个后端面，蓄气腔20气体对气缸主杆9的压力突然增大，气缸主杆9向前运动的加速度也突然增强，最终对冲锤形成冲击。

6)冲击锤铆之后，后气孔21排气，前气孔19进气，气缸主杆9和冲锤16分别在主杆复位弹簧10和冲锤拉簧17的作用下开始恢复到初始状态。

7)待气缸主杆9和冲锤16在弹簧的作用下完全恢复到初始状态，停止进气和排气，准备进行下一次冲击锤铆。

Claims (5)

1.一种冲击力可控气动锤铆装置，其特征在于：包括底板(1)、伺服电机(2)、齿轮(3)、齿轮螺旋线槽盘(4)、气缸主缸体(5)、后端盖(6)、前端盖(7)、蓄气圈(8)、气缸主杆(9)、主杆复位弹簧(10)、滚轮(11)、套筒压簧组件、气缸次缸体(15)、冲锤(16)、冲锤拉簧(17)；底板(1)的前后两侧上分别固定有前端盖(7)和后端盖(6)，前端盖(7)和后端盖(6)之间固定安装有气缸主缸体(5)，前端盖(7)前端面固定安装有气缸次缸体(15)，气缸次缸体(15)和气缸主缸体(5)同轴水平布置；气缸主缸体(5)的前端和后端侧壁开设有气缸前气孔(19)和气缸后气孔(21)，气缸主缸体(5)内套装有气缸主杆(9)，蓄气圈(8)内圈向前弯折后和气缸主杆(9)后端面紧贴连接，蓄气圈(8)外圈径向向外紧贴于气缸主缸体(5)内壁，通过蓄气圈(8)将气缸主杆(9)和气缸主缸体(5)内壁之间密封连接，在气缸主杆(9)后端面和后端盖(6)之间的气缸主缸体(5)内部形成蓄气腔(20)；气缸主杆(9)的中部沿圆周设有多个内凹槽；气缸主杆(9)前端穿出前端盖(7)的通孔，气缸主缸体(5)内的气缸主杆(9)前端部设有阶梯台阶，气缸主杆(9)的阶梯台阶经主杆复位弹簧(10)和前端盖(7)通孔的后孔端面连接；

气缸主缸体(5)的外部活动套装有齿轮螺旋线槽盘(4)，齿轮螺旋线槽盘(4)的后端面设有环形凹槽，环形凹槽外圈槽壁整个圆周加工为齿圈，齿轮螺旋线槽盘(4)后侧的底板(1)上固定有伺服电机(2)，伺服电机(2)的输出轴同轴连接有齿轮(3)，齿轮(3)和齿轮螺旋线槽盘(4)的环形凹槽的齿圈啮合；齿轮螺旋线槽盘(4)的前端面沿圆周开设有多道阿基米德螺旋线槽，齿轮螺旋线槽盘(4)前方沿周向设有分别与多道阿基米德螺旋线槽配合连接的多个套筒压簧组件，套筒压簧组件包括滚轮压缩弹簧(12)、套筒(13)、滚轮支撑杆(14)和滚轮(11)，套筒(13)外壁固定有条状杆，条状杆嵌装于齿轮螺旋线槽盘(4)的螺旋线槽中，套筒(13)一端开口形成开口端，套筒(13)开口端沿气缸主缸体(5)径向且穿过气缸主缸体(5)外壁伸入到气缸主缸体(5)内部，套筒(13)开口端内安装有滚轮压缩弹簧(12)和滚轮支撑杆(14)，滚轮压缩弹簧(12)两端连接在滚轮支撑杆(14)端部台阶和套筒(13)开口端内的底部之间，滚轮支撑杆(14)端部经滚轮(11)压紧在气缸主杆(9)的内凹槽处；冲锤(16)可活动地套装在气缸次缸体(15)的水平中心通孔中，冲锤(16)和气缸主杆(9)同轴布置，冲锤(16)前端伸出气缸次缸体(15)的端部经冲锤拉簧(17)和气缸次缸体(15)前外端面连接。

2.根据权利要求1所述的一种冲击力可控气动锤铆装置，其特征在于

所述的气缸主缸体(5)后端套装在后端盖(6)的前端面开设环形凸台圆周面上，且气缸主缸体(5)和后端盖(6)的环形凸台之间通过密封圈(18)密封套装连接。

3.根据权利要求1所述的一种冲击力可控气动锤铆装置，其特征在于

所述的气缸主缸体(5)前端套装在前端盖(7)的后端面开设环形凸台圆周面上，且气缸主缸体(5)和前端盖(7)的环形凸台之间通过密封圈(18)密封套装连接。

4.根据权利要求1所述的一种冲击力可控气动锤铆装置，其特征在于

所述的齿轮螺旋线槽盘4具有环盘形状，套在气缸主缸体5上绕气缸主缸体5自由转动。

5.根据权利要求1所述的一种冲击力可控气动锤铆装置，其特征在于

所述的气缸主杆9设置于气缸主缸体5内部，在气缸主缸体5内部沿轴向滑动。

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