CN113458766B - 螺栓拧紧设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种螺栓拧紧设备。该拧紧控制设备包括拧紧控制机构、设备台架、伺服电机、减速器、信号采集机构和拧紧执行机构；伺服电机、减速器、信号采集机构和拧紧执行机构沿螺栓进行方向同轴设置在设备台架上；伺服电机与拧紧控制机构相连，减速器与伺服电机相连，拧紧执行机构与减速器相连并装配有待拧紧螺栓，信号采集机构设置在减速器和拧紧执行机构之间，并与拧紧控制机构相连，拧紧控制机构与信号采集机构和伺服电机相连，用于对实测反馈信号对拧紧控制信号进行调整，向伺服电机输出调整后的拧紧控制信号。该拧紧控制设备可以使螺栓拧紧过程具备拧紧精度高且实时可控的优点，保障螺栓连接的长期可靠性。

Description

螺栓拧紧设备

技术领域

本发明涉及螺栓装配技术领域，尤其涉及一种螺栓拧紧设备。

背景技术

目前，机械结构日趋复杂，螺栓连接处的振动激励日渐严重，但对机械结构的使用寿命要求越来越高，因此，螺栓连接的长期可靠性得到高度重视。

目前常用的螺栓防松方法主要从螺栓和螺母的连接结构出发，通过改变连接结构进行防松设计，例如，采用防松垫圈、对顶螺母、自锁螺母等摩擦型防松方式，或者使用槽型螺母和添加开口销的机械防松螺母、冲边和粘合防松等永久防松方式。这几种改变螺栓连接结构的方式虽然可以达到防松效果，但会增加成本和装配的复杂性，而且部分改变连接结构的方式(如开口销连接)会引发在机械运动过程中产生异响等质量问题。

由于螺栓连接的长期可靠性除了受与螺栓本身结构和材质的影响外，还受到螺栓拧紧工艺的影响，螺栓拧紧过程中拧紧力矩不足或异常，拧紧速度过快等情况，均可能影响螺栓连接的长期可靠性。

发明内容

本发明提供一种螺栓拧紧设备，以解决当前实现螺栓连接的长期可靠性过程中存在的成本高和装配复杂的问题。

本发明提供一种螺栓拧紧设备，包括拧紧控制机构、设备台架、伺服电机、减速器、信号采集机构和拧紧执行机构；所述伺服电机、所述减速器、所述信号采集机构和所述拧紧执行机构沿螺栓进行方向同轴设置在所述设备台架上；

所述伺服电机与所述拧紧控制机构相连，用于根据所述拧紧控制机构输入的拧紧控制信号，控制所述伺服电机输出的转矩、转速和转角；

所述减速器与所述伺服电机相连，用于进行减速增扭，调整所述伺服电机输出的转矩、转速和转角；

所述拧紧执行机构与所述减速器相连，并装配有待拧紧螺栓，用于在所述减速器的作用下，带动所述待拧紧螺栓工作；

所述信号采集机构设置在所述减速器和所述拧紧执行机构之间，并与所述拧紧控制机构相连，用于采集实测反馈信号，并将所述实测反馈信号发送给所述拧紧控制机构，所述实测反馈信号包括转矩信号、转速信号和转角信号；

所述拧紧控制机构与所述信号采集机构和所述伺服电机相连，用于对所述实测反馈信号对所述拧紧控制信号进行调整，向所述伺服电机输出调整后的拧紧控制信号。

优选地，所述信号采集机构包括传感器支架、转矩传感器、编码器和同步转动组件；

所述转矩传感器和所述编码器设置在所述传感器支架的一侧，所述同步转动组件设置在所述传感器支架的另一侧，所述传感器支架设置在所述设备台架上；

所述转矩传感器与所述减速器相连，且与所述减速器沿螺栓进行方向同轴设置，用于采集所述转矩信号；

所述同步转动组件与所述转矩传感器和所述编码器相连，用于带动所述转矩传感器和所述编码器同步转动；

所述编码器，用于采集所述转速信号和所述转角信号。

优选地，所述同步转动组件包括主动轮、惰轮和同步带；

所述主动轮与所述转矩传感器相连，并与所述转矩传感器相对设置在所述传感器支架的两侧；

所述惰轮与所述编码器相连，并与所述编码器相对设置在所述传感器支架的两侧。

优选地，所述设备台架包括底座、滑座和丝杆导轨机构；

所述丝杆导轨机构设置在所述底座和所述滑座之间，用于带动所述滑座相对所述底座沿所述螺栓进行方向运动；

所述伺服电机、所述减速器、所述信号采集机构和所述拧紧执行机构设置在所述滑座上。

优选地，所述丝杆导轨机构包括丝杆驱动组件和两个导轨滑块组件；

所述丝杆驱动组件设置在所述底座上并与所述滑座相连，用于带动所述滑座沿所述螺栓进行方向运动；

所述导轨滑块组件设置在所述底座上并与所述滑座相连，且两个所述导轨滑块组件沿所述螺栓进行方向设置在所述丝杆驱动组件的两侧。

优选地，所述丝杆驱动组件包括第一丝杆支架、第二丝杆支架、驱动丝杆、驱动手柄和固定块；

所述第一丝杆支架和所述第二丝杆支架装配在所述底座上；

所述驱动丝杆设置在所述第一丝杆支架和所述第二丝杆支架之间；

所述驱动手柄与所述驱动丝杆相连，用于控制所述驱动丝杆转动；

所述固定块套设在所述驱动丝杆上，并与所述驱动丝杆螺纹配合，且所述固定块与所述滑座相连。

优选地，所述导轨滑块组件包括固定导轨和活动滑块；

所述固定导轨沿所述螺栓进行方向设置在所述底座上；

所述活动滑块设置在所述固定导轨上，并与所述滑座相连。

优选地，所述拧紧执行机构包括转接头和拧紧头；

所述转接头与所述信号采集机构相连；

所述拧紧头一端与所述转接头相连，另一端用于装配所述待拧紧螺栓。

优选地，所述拧紧控制机构包括控制终端、信号转换器和伺服放大器；

所述信号转换器与所述控制终端、所述伺服放大器和所述信号采集机构相连，用于进行数模转换或者模数转换；

所述伺服放大器与所述信号转换器和所述伺服放大器相连，用于对所述信号转换器输出的模块信号进行放大处理，向所述伺服电机输出所述拧紧控制信号。

优选地，所述螺栓拧紧设备还包括设置在所述设备台架上的用于固定待拧紧工件的工件固定机构，所述工件固定机构与所述拧紧执行机构沿所述螺栓进行方向同轴相对设置。

本发明实施例提供螺栓拧紧设备中，利用拧紧控制机构对伺服电机进行螺栓拧紧，可以精确控制待拧紧螺栓拧紧过程中的转矩、转速和转角；而且，拧紧控制机构可以利用信号采集机构实时反馈的实测反馈信号对伺服电机进行反馈控制，从而实现不同拧紧工艺，使得拧紧过程可以观察，拧紧精度高且实时可控，保障螺栓连接的长期可靠性，且可以有效避免成本高和装配复杂的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例中螺栓拧紧设备的一结构示意图；

图2是本发明一实施例中设备台架的一结构示意图；

图3是本发明一实施例中伺服电机的一结构示意图；

图4是本发明一实施例中信号采集机构的一结构示意图；

图5是本发明一实施例中转接头的一结构示意图；

图6是本发明一实施例中螺栓拧紧设备的一原理框图。

图中：

10、拧紧控制机构；11、控制终端；12、信号转换器；13、伺服放大器；

20、设备台架；21、底座；22、滑座；23、丝杆导轨机构；231、丝杆驱动组件；2311、第一丝杆支架；2312、第二丝杆支架；2313、驱动丝杆；2314、驱动手柄；2315、固定块；232、导轨滑块组件；2321、固定导轨；2322、活动滑块；2323、导轨垫块；24、减振脚；

31、伺服电机；32、减速器；33、第一联轴器；34、第二联轴器；35、电机支架；

40、信号采集机构；41、传感器支架；42、转矩传感器；43、编码器；44、同步转动组件；441、主动轮；442、惰轮；443、同步带；

50、拧紧执行机构；51、转接头；511、平键槽；512、方形接头；52、拧紧头；53、待拧紧螺栓；

60、工件固定机构；61、待拧紧工件。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“径向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提供一种螺栓拧紧设备，用于将待拧紧螺栓53拧紧到待拧紧工件61上，以保证待拧紧螺栓53与待拧紧工件61的连接长期可靠性。其中，待拧紧螺栓53是指需要拧紧的螺栓。待拧紧工件61是指需要拧紧的工件，一般来说，待拧紧工件61上设有与待拧紧螺栓53配合的螺纹孔。

如图1和图6所示，螺栓拧紧设备包括拧紧控制机构10、设备台架20、伺服电机31、减速器32、信号采集机构40和拧紧执行机构50；伺服电机31、减速器32、信号采集机构40和拧紧执行机构50沿螺栓进行方向同轴设置在设备台架20上；伺服电机31与拧紧控制机构10相连，用于根据拧紧控制机构10输入的拧紧控制信号，控制伺服电机31输出的转矩、转速和转角；减速器32与伺服电机31相连，用于进行减速增扭，调整伺服电机31输出的转矩、转速和转角；拧紧执行机构50与减速器32相连，并装配有待拧紧螺栓53，用于在减速器32的作用下，带动待拧紧螺栓53工作；信号采集机构40设置在减速器32和拧紧执行机构50之间，并与拧紧控制机构10相连，用于采集实测反馈信号，并将实测反馈信号发送给拧紧控制机构10，实测反馈信号包括转矩信号、转速信号和转角信号；拧紧控制机构10与信号采集机构40和伺服电机31相连，用于对实测反馈信号对拧紧控制信号进行调整，向伺服电机31输出调整后的拧紧控制信号。

设备台架20是用于装配螺栓拧紧设备的其他部件的部件。

伺服电机31是用于控制驱动对象(如拧紧执行机构50)运转的发动机，该伺服电机31与拧紧控制机构10相连，可以根据拧紧控制机构10输入的拧紧控制信号控制拧紧执行机构50转动，其可使控制速度和位置的精度非常准确，以将电压信号转换为转矩、转速和转角，以控制拧紧执行机构50转动。

减速器32是与伺服电机31相连的用于实现减速增扭的器件。作为一示例，减速器32可以采用行星齿轮减速器32，具有摩擦阻力小，机械效率高且结构紧促的优点。本示例中，若减速器32的减速比为1:10时，伺服电机31经减速器32的减速增扭作用，可以使其转矩放大10倍左右，有助于保障待拧紧螺栓53与待拧紧工件61的连接长期可靠性，并有助于减小伺服电机31的额定功率，以减小伺服电机31的成本和重量。

拧紧执行机构50是用于执行将待拧紧螺栓53拧紧到待拧紧工件61上的机构。本示例中，拧紧执行机构50与伺服电机31通过减速器32相连，用于根据减速器32输出的转矩、转速和转角转动，从而带动待拧紧螺栓53工作，即带动待拧紧螺栓53拧紧到待拧紧工件61上，以保证两者连接的长期可靠性。

本示例中，伺服电机31、减速器32、信号采集机构40和拧紧执行机构50沿螺栓进行方向同轴设置在设备台架20上，避免伺服电机31控制拧紧执行机构50转动过程中出现扭矩分离，从而保障将待拧紧螺栓53拧紧到待拧紧工件61的可靠性和控制精度。

信号采集机构40设置在减速器32与拧紧执行机构50之间，并与拧紧控制机构10相连，可以实时采集伺服电机31通过减速器32控制拧紧执行机构50转动过程中的转矩、转速和转角，以向拧紧控制机构10输出转矩信号、转速信号和转角信号等实测反馈信号。

拧紧控制机构10是用于实现人机交互的控制机构，可以接收用户输入的操作指令，形成拧紧控制信号，以控制伺服电机31工作。作为一示例，拧紧控制机构10在开始工作时，可以根据输入的操作指令，先形成拧紧控制信号，以控制伺服电机31带动拧紧执行机构50转动；在转动过程中，实时接收信号采集机构40反馈的转矩信号、转速信号和转角信号等实测反馈信号，利用预先设置的螺栓拧紧控制逻辑对该实测反馈信号进行调整，以向伺服电机31输出调整后的拧紧控制信号，以使伺服电机31基于调整后的拧紧控制信号继续带动拧紧执行机构50转动，以实现通过调整螺栓拧紧工艺，保障螺栓连接的长期可靠性。其中，螺栓拧紧控制逻辑是预先设置的用于调整螺栓拧紧过程中伺服电机31的转矩、转速和转角等控制参数的处理逻辑。

由于螺栓连接的长期可靠性除了受与螺栓本身结构和材质的影响外，还受到螺栓拧紧工艺的影响。因此，可以利用螺栓拧紧工艺对应的处理方法配置螺栓拧紧控制逻辑，以使拧紧控制机构10执行该螺栓拧紧控制逻辑，调整将待拧紧螺栓53拧紧到待拧紧工件61过程的控制参数，以保障两者的连接长期可靠性。例如，螺栓拧紧工艺可以采用但不限于包括转矩法、转矩-转角法、屈服点法、螺栓伸长法和超声波法等处理方法，可以调整拧紧过程中的拧紧转速和拧紧角度等因素。

在一具体实施方式中，拧紧控制机构10上设置的螺栓拧紧处理逻辑可以是基于转矩-转角法配置的处理逻辑。转矩-转角法是用于调整螺栓拧紧工艺的一种处理方法，具有起始力矩小，受摩擦因素影响较小，操作方便和精度高等优点，可广泛应用于汽车零部件拧紧领域。此时，拧紧控制机构10可以通过伺服电机31控制拧紧执行机构50实现螺栓的不同拧紧工艺，主要分为以下几种情况：

其一是，转矩控制模式，主要控制待拧紧螺栓53的最终拧紧力矩。即可以通过拧紧控制机构10将伺服电机31的控制模式调整为转矩控制模式，并限定伺服电机31的最大转速并接收信号采集机构40实时反馈的转矩信号，使拧紧控制机构10进行反馈控制，随着伺服电机31的转动，待拧紧螺栓53在拧紧执行机构50的作用逐渐拧紧到待拧紧工件61上，有助于减少拧紧过程中螺栓摩擦力的影响，可以准确控制待拧紧螺栓53与待拧紧工件61之间的夹紧力大小。

其二是，转矩-转角控制模式，主要控制待拧紧螺栓53的预紧力和最终拧紧角度，减少螺栓摩擦力矩对夹紧力的影响。即可以先通过拧紧控制机构10将伺服电机31的控制模式调整为转矩控制模式，并限定伺服电机31的最大转速并接收信号采集机构40实时反馈的转矩信号，使拧紧控制机构10进行反馈控制；接着，通过拧紧控制机构10将伺服电机31的控制模式调整为角度控制模式，并限定伺服电机31的最终拧紧角度并接收信号采集机构40实时反馈的转角信号，使拧紧控制机构10进行反馈控制，以实现转矩-转角控制过程，有助于减少拧紧过程中螺栓摩擦力的影响，可以准确控制待拧紧螺栓53与待拧紧工件61之间的夹紧力大小。

其三是，转角控制模式，主要控制待控制螺栓的拧紧角度，避免螺栓摩擦力对夹紧力的影响。即可以通过拧紧控制机构10将伺服电机31的控制模式调整为转角控制模式，并限定伺服电机31总转角大小和最大转速，接收信号采集机构40实时反馈的转速信号和转角信号，使拧紧控制机构10进行反馈控制，有助于减少拧紧过程中螺栓摩擦力的影响，可以准确控制待拧紧螺栓53与待拧紧工件61之间的夹紧力大小。

本实施例所提供的螺栓拧紧设备中，利用拧紧控制机构10对伺服电机31进行螺栓拧紧，可以精确控制待拧紧螺栓53拧紧过程中的转矩、转速和转角；而且，拧紧控制机构10可以利用信号采集机构40实时反馈的实测反馈信号对伺服电机31进行反馈控制，从而实现不同拧紧工艺，使得拧紧过程可以观察，拧紧精度高且实时可控，保障螺栓连接的长期可靠性，且可以有效避免成本高和装配复杂的问题。

作为一示例，如图1和图3所示，伺服电机31与减速器32通过第一联轴器33相连，并通过电机支架35装配在设备台架20上。其中，第一联轴器33是设置在伺服电机31和减速器32之间的联轴器，以保障伺服电机31和减速器32在传递运动和动力过程中一同回转，并在一定程度上起到过载保护的作用。可以理解地，伺服电机31和减速器32通过第一联轴器33相连，即伺服电机31的电机轴和减速器32输入通过第一联轴器33连接并固定在减速器32预留的螺栓孔中，使得伺服电机31和减速器32合二为一，最后安装在电机支架35上，将电机支架35安装在设备台架20上，以保障伺服电机31和减速器32同轴设置，有助于保障伺服电机31控制拧紧执行机构50的控制精度。

作为一示例，如图1所示，减速器32与信号采集机构40通过第二联轴器34相连。其中，第二联轴器34是设置在减速器32与信号采集机构40之间的联轴器，以保障减速器32和信号采集机构40在传递运动和动力过程中一同回转，并在一定程度上起到过载保护的作用。可以理解地，减速器32和信号采集机构40通过第二联轴器34相连，以保障减速器32和信号采集机构40同轴设置，有助于保障信号采集机构40采集实测反馈信号的精度。

在一实施例中，如图1和图4所示，信号采集机构40包括传感器支架41、转矩传感器42、编码器43和同步转动组件44；转矩传感器42和编码器43设置在传感器支架41的一侧，同步转动组件44设置在传感器支架41的另一侧，传感器支架41设置在设备台架20上；转矩传感器42与减速器32相连，且与减速器32沿螺栓进行方向同轴设置，用于采集转矩信号；同步转动组件44与转矩传感器42和编码器43相连，用于带动转矩传感器42和编码器43同步转动；编码器43，用于采集转速信号和转角信号。

其中，传感器支架41是设置在设备台架20上的用于支承信号采集机构40的其他部件的支架。转矩传感器42是用于实时测量转动过程中的转矩信号的传感器。编码器43是用于实时测量转动过程中的转速信号和转角信号的编码器43。同步转动组件44是用于控制转矩传感器42和编码器43同步转动的组件。

作为一示例，信号采集机构40的装配及工作过程如下：首先，将转矩传感器42装配在减速器32上，以使转矩传感器42与减速器32相连，并与减速器32沿螺栓进行方向同轴设置，用于采集转矩信号。然后，将转矩传感器42和编码器43装配在传感器支架41上靠近减速器32的一侧，可以使转矩传感器42和编码器43平行相对设置；再将同步转动组件44装配在传感器支架41上靠近拧紧执行机构50的一侧，使同步转动组件44与转矩传感器42和编码器43相连。可以理解地，在伺服电机31工作时，减速器32带动与其相连的转矩传感器42转动，以使转矩传感器42可以采集到转矩信号，并发送给拧紧控制机构10进行反馈控制；转矩传感器42转动时，通过同步转动组件44可以带动与其相连的编码器43同步转动，以使编码器43可以说实时采集到同步转动的转速信号和转角信号，并发送给拧紧控制机构10进行反馈控制，以使信号采集机构40可以实时采集到转矩信号、转速信号和转角信号等实测反馈信号，进行反馈控制，以保障拧紧控制过程的精度，从而保障螺栓连接的长期可靠性。

在一实施例中，如图4所示，同步转动组件44包括主动轮441、惰轮442和同步带443；主动轮441与转矩传感器42相连，并与转矩传感器42相对设置在传感器支架41的两侧；惰轮442与编码器43相连，并与编码器43相对设置在传感器支架41的两侧。

本示例中，在传感器支架41的同一侧安装转矩传感器42和编码器43，另一则安装同步转动组件44；具体将同步转动组件44的主动轮441安装在转矩传感器42上，使其随着转矩传感器42同步转动；将同步转动组件44的惰轮442安装在编码器43上，在主动轮441和惰轮442之间通过同步带443连接，以保证主动轮441和惰轮442同步转动。在螺栓拧紧过程中，伺服电机31通过减速器32带动转矩传感器42转动，转矩传感器42进而通过同步带443带动编码器43转动，以保证两者的转速和转角相同，使得转矩传感器42可以将采集到的转矩信号并反馈给拧紧控制机构10，编码器43可以将采集到的转速信号和转角信号反馈给拧紧控制机构10，使得拧紧控制机构10可以基于接收到的转矩信号、转速信号和转角信号测出拧紧过程中的转矩-转角曲线或者其他调整控制参数的曲线，并监控螺栓拧紧速度，反馈控制伺服电机31的转矩输出和转角大小，以实现通过改进螺栓拧紧工艺，保障螺栓连接的长期可靠性。

在一实施例中，如图1和图2所示，设备台架20包括底座21、滑座22和丝杆导轨机构23；丝杆导轨机构23设置在底座21和滑座22之间，用于带动滑座22相对底座21沿螺栓进行方向运动；伺服电机31、减速器32、信号采集机构40和拧紧执行机构50设置在滑座22上。

其中，底座21和滑座22是用于起到支承作用的两个板状支撑件。丝杆导轨机构23是基于丝杆和导轨形成的可用于控制机械元件运动的机构。

作为一示例，底座21和滑座22平行相对设置，滑座22设置在底座21的上方，其上可以装配有伺服电机31、减速器32、信号采集机构40和拧紧执行机构50。底座21与滑座22之间设置有丝杆导轨机构23，丝杆导轨机构23沿螺栓进行方向方向设置，可用于带动滑座22相对于底座21沿螺栓进行方向往复运动，以带动其上装配的伺服电机31、减速器32、信号采集机构40和拧紧执行机构50沿螺栓进行方向运动，从而将拧紧执行机构50上装配的待拧紧螺栓53逐渐拧紧到待拧紧工件61上，通过调整螺栓拧紧工艺保障螺栓连接的长期可靠性。

在一实施例中，如图1和图2所示，丝杆导轨机构23包括丝杆驱动组件231和两个导轨滑块组件232；丝杆驱动组件231设置在底座21上并与滑座22相连，用于带动滑座22沿螺栓进行方向运动；导轨滑块组件232设置在底座21上并与滑座22相连，且两个导轨滑块组件232沿螺栓进行方向设置在丝杆驱动组件231的两侧。

其中，丝杆驱动组件231是指采用丝杆实现驱动的组件。作为一示例中，丝杆驱动组件231设置在底座21上并与滑座22相连，可以通过丝杆作用带动滑座22沿螺栓进行方向运动，给滑座22提供螺栓进行方向的推力，有助于减小滑座22在螺栓拧紧过程中所需要的推力，提高操纵方便性。

其中，导轨滑块组件232是采用导轨和滑块形成的组件。作为一示例，导轨滑块组件232设置在底座21上并与滑座22相连，可以通过导轨和滑块相互配合，减少丝杆驱动组件231带动滑座22相对底座21运动过程中的摩擦力，使得滑动过程更顺畅；而且，两个导轨滑块组件232沿螺栓进行方向设置在丝杆驱动组件231的两侧，既可以起到支撑与底座21平行相对设置的滑座22的作用，避免运动过程出现晃动；又可以限定丝杆驱动组件231带动滑座22运动的运动方向，使得滑动过程更顺畅。

在一实施例中，如图1和图2所示，丝杆驱动组件231包括第一丝杆支架2311、第二丝杆支架2312、驱动丝杆2313、驱动手柄2314和固定块2315；第一丝杆支架2311和第二丝杆支架2312装配在底座21上；驱动丝杆2313设置在第一丝杆支架2311和第二丝杆支架2312之间；驱动手柄2314与驱动丝杆2313相连，用于控制驱动丝杆2313转动；固定块2315套设在驱动丝杆2313上，并与驱动丝杆2313螺纹配合，且固定块2315与滑座22相连。

其中，驱动丝杆2313是用于实现驱动功能的丝杆。第一丝杆支架2311和第二丝杆支架2312是设置在底座21上的用于装配驱动丝杆2313的支架，即驱动丝杆2313的两端分别设置在第一丝杆支架2311和第二丝杆支架2312上，可以相对第一丝杆支架2311和第二丝杆支架2312转动。驱动手柄2314是与驱动丝杆2313相连的用于控制驱动丝杆2313转动的部件，用户可以通过操作驱动手柄2314进行转动。固定块2315是用于连接驱动丝杆2313和滑座22的部件。

本示例中，固定块2315的中心设有螺纹孔，驱动丝杆2313装配在固定块2315的螺纹孔上，以使驱动丝杆2313与固定块2315螺纹连接；固定块2315的上表面与滑座22的下表面连接。当用户操作驱动手柄2314控制驱动丝杆2313转动时，固定块2315由于滑座22的约束作用，无需旋转，只能沿着驱动丝杆2313螺纹方向进行进给，从而带动与固定块2315相连的滑座22整体沿螺栓进行方向移动。这种丝杆驱动组件231的结构设计，可以将驱动丝杆2313的旋转力矩转变为滑座22的进行推力，有助于减小滑座22在螺栓拧紧过程中所需要的推力，提高操纵方便性。

在一实施例中，如图1和图2所示，导轨滑块组件232包括固定导轨2321和活动滑块2322；固定导轨2321沿螺栓进行方向设置在底座21上；活动滑块2322设置在固定导轨2321上，并与滑座22相连。

本示例中，每一导轨滑块组件232包括一个沿螺栓进行方向设置在底座21上的固定导轨2321，以及设置在固定导轨2321上并与滑座22相连的两个活动滑块2322，以使两个导轨滑块组件232上的四个活动滑块2322可以将滑座22平稳地支承在底座21上，保证平稳性，避免运动过程中出现晃动，影响螺栓拧紧控制过程中的控制精度，从而影响螺栓连接的长期可靠性。

本示例中，固定导轨2321通过导轨垫块2323设置在底座21上，以使固定导轨2321上的活动滑块2322与滑座22接触，起到支承作用。

作为一示例，如图1和图2所示，设备台架20还包括设置在底座21上的减振脚24，减振脚24与滑座22相对设置在底座21的两侧。滑座22设置在底座21的上方，减振脚24设置在底座21的下表面上，用于减少设备台架20运动过程的振动。本示例中，底座21上均匀设有六个减振脚24，用于对底座21进行支撑，以减少运动过程中的振动，进而保障运动过程中信号采集机构40采集的实测反馈信号的精度。

在一实施例中，如图1所示，螺栓拧紧设备还包括设置在设备台架20上的用于固定待拧紧工件61的工件固定机构60，工件固定机构60与拧紧执行机构50沿螺栓进行方向同轴相对设置。

其中，工件固定机构60是用于固定待拧紧工件61的机构。本示例中，工件固定机构60设置在设备台架20的底座21上，与拧紧执行机构50沿螺栓进行方向相对设置，可以在丝杆导轨机构23带动滑座22相对底座21运动时，滑座22上的拧紧执行机构50带动待拧紧螺栓53沿螺栓进行方向运动，从而将待拧紧螺栓53装配在待拧紧工件61上。

作为一示例，工件固定机构60包括老虎台钳，是用于夹持和固定待拧紧工件61，以便采用待拧紧螺栓53拧紧到待拧紧工件61上，结构简单，操作方便。

在一实施例中，如图1所示，拧紧执行机构50包括转接头51和拧紧头52；转接头51与信号采集机构40相连；拧紧头52一端与转接头51相连，另一端用于装配待拧紧螺栓53。

由于在实际拧紧过程中存在不同规格大小的待拧紧螺栓53，因此，用于装配待拧紧螺栓53的拧紧头52需要根据实际需求进行更换，因此，拧紧执行机构50上需设置用于连接信号采集机构40中的转矩传感器42和拧紧头52的转接头51，利用该转接头51实现切换不同规格的待拧紧螺栓53。

作为一示例，如图5所示，转接头51一端设有平键槽511，另一端设有方形接头512。相应地，转矩传感器42的输出轴为平键轴，其与平键槽511相互配合，以实现转接头51与转矩传感器42同轴设置。拧紧头52上设有与方形接头512相匹配的套筒或者花键头，以使拧紧头52与转接头51同轴设置。可以理解地，利用转接头51和拧紧头52相互配合，可以实现不同规格的待拧紧螺栓53之间的切换，保障该螺栓拧紧设备的应用广泛性。

在一实施例中，如图6所示，拧紧控制机构10包括控制终端11、信号转换器12和伺服放大器13；信号转换器12与控制终端11、伺服放大器13和信号采集机构40相连，用于进行数模转换或者模数转换；伺服放大器13与信号转换器12和伺服放大器13相连，用于对信号转换器12输出的模块信号进行放大处理，向伺服电机31输出拧紧控制信号。

其中，控制终端11是用于实现人机交互的终端，可以为PC端。信号转换器12是用于实现模拟信号和数字信号相互转换的器件。伺服放大器13是用于实现对模拟信号进行放大处理的器件。

作为一示例，该拧紧控制机构10执行预先设置的螺栓拧紧处理逻辑的过程具体包括如下步骤：

S11：用户可以操作控制终端11输入需要执行螺栓拧紧工艺的控制模式(包括但不限于转矩控制模式、转矩-转角控制模式和转角控制模式)，以及各个控制模式下的控制参数(包括但不限于最终拧紧力矩、预紧力、最大转速和最终拧紧角度)，形成用于控制伺服电机31工作的控制数字信号，将控制数字信号输入到信号转换器12。

S12：信号转换器12对控制数字信号进行数模转换，以形成控制模拟信号，将控制模拟信号输入到伺服放大器13。

S13：伺服放大器13对控制模拟信号进行处理，以形成拧紧控制信号，将拧紧控制信号发送给伺服电机31，以根据拧紧控制信号控制控制伺服电机31转动过程的转矩、转速和转角。可以理解地，该拧紧控制信号为模拟信号。

S14：在伺服电机31转动过程中，通过信号采集机构40实时采集转矩信号、转速信号和转角信号等实测反馈信号，将该实测反馈信号发送给信号转换器12。该实测反馈信号为模拟信号。

S15：信号转换器12对实测反馈信号进行模数转换，获取反馈数字信号，将反馈数字信号发送给控制终端11。

S16:控制终端11接收反馈数字信号，基于反馈数字信号实时螺栓拧紧过程中的转矩-转角曲线或者其他螺栓拧紧工艺对应的控制曲线，反馈调整伺服电机31的转矩和转角，以感动调整后的控制数字信号，将调整后的控制数字信号发送给信号转换器12，重复执行步骤S12-S16，以实现信号采集机构40实时反馈的实测反馈信号对伺服电机31进行反馈控制，从而实现不同拧紧工艺，使得拧紧过程可以观察，拧紧精度高且可控，保障螺栓连接的长期可靠性，且可以有效避免成本高和装配复杂的问题。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种螺栓拧紧设备，其特征在于，包括拧紧控制机构、设备台架、伺服电机、减速器、信号采集机构和拧紧执行机构；所述伺服电机、所述减速器、所述信号采集机构和所述拧紧执行机构沿螺栓进行方向同轴设置在所述设备台架上；

所述伺服电机与所述拧紧控制机构相连，用于根据所述拧紧控制机构输入的拧紧控制信号，控制所述伺服电机输出的转矩、转速和转角；

所述减速器与所述伺服电机相连，用于进行减速增扭，调整所述伺服电机输出的转矩、转速和转角；

所述拧紧执行机构与所述减速器相连，并装配有待拧紧螺栓，用于在所述减速器的作用下，带动所述待拧紧螺栓工作；

所述信号采集机构设置在所述减速器和所述拧紧执行机构之间，并与所述拧紧控制机构相连，用于采集实测反馈信号，并将所述实测反馈信号发送给所述拧紧控制机构，所述实测反馈信号包括转矩信号、转速信号和转角信号；其中，所述信号采集机构包括传感器支架、转矩传感器、编码器和同步转动组件；所述转矩传感器和所述编码器设置在所述传感器支架的一侧，所述同步转动组件设置在所述传感器支架的另一侧，所述传感器支架设置在所述设备台架上；所述转矩传感器与所述减速器相连，且与所述减速器沿螺栓进行方向同轴设置，用于采集所述转矩信号；所述同步转动组件与所述转矩传感器和所述编码器相连，用于带动所述转矩传感器和所述编码器同步转动；所述编码器，用于采集所述转速信号和所述转角信号；

所述拧紧控制机构与所述信号采集机构和所述伺服电机相连，用于对所述实测反馈信号对所述拧紧控制信号进行调整，向所述伺服电机输出调整后的拧紧控制信号。

2.如权利要求1所述的螺栓拧紧设备，其特征在于，所述同步转动组件包括主动轮、惰轮和同步带；

所述主动轮与所述转矩传感器相连，并与所述转矩传感器相对设置在所述传感器支架的两侧；

所述惰轮与所述编码器相连，并与所述编码器相对设置在所述传感器支架的两侧。

3.如权利要求1所述的螺栓拧紧设备，其特征在于，所述设备台架包括底座、滑座和丝杆导轨机构；

所述丝杆导轨机构设置在所述底座和所述滑座之间，用于带动所述滑座相对所述底座沿所述螺栓进行方向运动；

所述伺服电机、所述减速器、所述信号采集机构和所述拧紧执行机构设置在所述滑座上。

4.如权利要求3所述的螺栓拧紧设备，其特征在于，所述丝杆导轨机构包括丝杆驱动组件和两个导轨滑块组件；

所述丝杆驱动组件设置在所述底座上并与所述滑座相连，用于带动所述滑座沿所述螺栓进行方向运动；

所述导轨滑块组件设置在所述底座上并与所述滑座相连，且两个所述导轨滑块组件沿所述螺栓进行方向设置在所述丝杆驱动组件的两侧。

5.如权利要求4所述的螺栓拧紧设备，其特征在于，所述丝杆驱动组件包括第一丝杆支架、第二丝杆支架、驱动丝杆、驱动手柄和固定块；

所述第一丝杆支架和所述第二丝杆支架装配在所述底座上；

所述驱动丝杆设置在所述第一丝杆支架和所述第二丝杆支架之间；

所述驱动手柄与所述驱动丝杆相连，用于控制所述驱动丝杆转动；

所述固定块套设在所述驱动丝杆上，并与所述驱动丝杆螺纹配合，且所述固定块与所述滑座相连。

6.如权利要求4所述的螺栓拧紧设备，其特征在于，所述导轨滑块组件包括固定导轨和活动滑块；

所述固定导轨沿所述螺栓进行方向设置在所述底座上；

所述活动滑块设置在所述固定导轨上，并与所述滑座相连。

7.如权利要求1所述的螺栓拧紧设备，其特征在于，所述拧紧执行机构包括转接头和拧紧头；

所述转接头与所述信号采集机构相连；

所述拧紧头一端与所述转接头相连，另一端用于装配所述待拧紧螺栓。

8.如权利要求1所述的螺栓拧紧设备，其特征在于，所述拧紧控制机构包括控制终端、信号转换器和伺服放大器；

所述信号转换器与所述控制终端、所述伺服放大器和所述信号采集机构相连，用于进行数模转换或者模数转换；

所述伺服放大器与所述信号转换器和所述伺服放大器相连，用于对所述信号转换器输出的模块信号进行放大处理，向所述伺服电机输出所述拧紧控制信号。

9.如权利要求1所述的螺栓拧紧设备，其特征在于，所述螺栓拧紧设备还包括设置在所述设备台架上的用于固定待拧紧工件的工件固定机构，所述工件固定机构与所述拧紧执行机构沿所述螺栓进行方向同轴相对设置。

Images