CN113510651A - 一种电动冲击扳手输出扭矩控制方法 - Google Patents

Abstract

一种电动冲击扳手输出扭矩控制方法，针对待施扭螺纹副以及工件特征，通过试验建立转速‑扭矩、转速‑冲击次数‑扭矩、螺纹副规格‑电流和螺纹副类型‑电流关系数据表；微处理器根据预设扭矩并利用关系数据表和用户选择的计算依据，计算与预设扭矩对应的电机转速和冲击次数，当选择控扭准确度优先时，从多种有效组合中优先选择低转速和高冲击次数，利用关系数据表查表计算对应的输出扭矩值；微处理器根据预设的电流关系数据表查表并计算确定与用户所选螺纹副对应的在旋紧空程时的电流或电流变化率阈值，控制电机以预设的转速恒速运转，判断冲击动作开始时刻并对预设冲击次数减计数，计数减为零时关闭无刷电机，使电动冲击扳手输出扭矩准确可控。

Description

一种电动冲击扳手输出扭矩控制方法

技术领域

本发明涉及电动冲击扳手扭矩控制，尤其是涉及一种具有联网功能的可控扭矩锂电冲击扳手输出扭矩控制方法。

背景技术

螺纹副联接被广泛应用各种机械结构中，是目前最常用的连接方式。其实质是通过将轴向预紧力控制到适当范围，将两个或多个部件可靠的联接在一起。由于轴向预紧力是内力，目前还无法直接控制预紧力来装配螺纹副，而控制施扭扭矩是目前机械结构螺纹副拧紧工艺中的主要方法。

冲击扳手所具有的输出扭矩大、外形尺寸小、重量轻、能耗低、反力矩小、价格便宜等优点，使其在螺纹副施扭中得到广泛应用。该类冲击扳手是由原动机经减速机构驱动冲击机构的主动部分（主动轴、主压力弹簧和主动冲击块），再经牙嵌的啮合带动从动部分（从动冲击块和套筒等）来施扭螺纹副。当螺纹副空程(此时螺纹副端部未与垫片及工件接触)施扭完成超过其静扭矩后，扭矩对扭转角的斜率剧增，主动冲击块开始克服主压力弹簧的初压力而作轴向移动，当超过牙嵌高度后，主动冲击块与从动冲击块脱离接触产生间歇式旋转冲击动作，依靠多次冲击扭矩的叠加使螺纹副最终紧固。该施扭过程是一个扭矩不断积累的动态过程，其扭矩被称为“积累扭矩”。冲击扳手的工作特性，造成此类扳手的最终紧固扭矩至今没有可靠、简单易行和易于实现的检测、控制和校准方法。

近年来，多家研究机构对冲击扳手的控扭问题开展研究，如实用新型201220476413.3和201220592078.3均是通过检测冲击次数，控制扳手的输出扭矩；实用新型201420551480.6是实时检测输入电机的电流变化，动态确定冲击开始时刻，靠控制冲击时长来实现输出扭矩可控，但都未考虑动力源转速变化对输出扭矩的影响；实用新型201822216777.8通过温度和电流采集，增加对温度和电流的监控，降低因电机温度变化而对力矩控制精度的影响，进而提高电机输出力矩的精确度，但没有综合考虑电动冲击扳手的多种作业工况和使用环境。

中国发明专利申请201810196206.4公开了一种装配力矩控制方法，其核心是利用电机功率-扭矩转换模型，其控制方法适用于静扭扳手的扭矩控制。而冲击扳手扭矩控制的要点是，首先要将转速（主动冲击块的角速度）维持在恒定状态，使每次冲击螺纹副的旋转动能保持恒定，再对冲击次数或其他相关参数进行控制。对此，该发明公开技术方案中并未提及，而且该发明也不能从技术上实现这一点，施扭控制精确度难以保证。

从国外引进的产品、技术和标准普遍对螺纹副装配扭矩有明确要求，也倒逼我国企业必须重视装配质量对产品总体质量、可靠性和安全性的影响，目前的电动冲击扳手普遍存在对控扭参数的配置不够灵活，不能适应多种施扭工况下对控扭扭矩的精确控制和高作业效率，还未实现智能化和物联网应用，不能满足对施扭作业过程的全过程监控和作业数据的追溯。

发明内容

本发明针对现有技术不足，提出一种电动冲击扳手输出扭矩/施扭控制方法，可实现在多种紧固作业工况下对控扭参数的灵活配置和输出扭矩的精确可控。

本发明采用的技术方案：

一种电动冲击扳手输出扭矩控制方法，其施扭控制过程如下：

1）基于以无刷电机为动力的电动冲击扳手，针对待施扭螺纹副规格和类型以及工件特征，采用冲击扭矩校准装置通过试验建立转速-扭矩、转速-冲击次数-扭矩、螺纹副规格-电流和螺纹副类型-电流关系数据表，并存储于电动冲击扳手控制器的微处理器中；

2）微处理器根据预设扭矩并利用转速-冲击次数-扭矩关系数据表和用户选择的计算依据，计算与预设扭矩对应的电机转速和冲击次数，所述计算依据包括控扭准确度优先和作业效率优先。当选择控扭准确度优先时，将从多种有效组合中优先选择低转速和高冲击次数参与计算，否则优先选择高转速和低冲击次数参与计算；当选择转速和冲击次数为控扭主要参数时，还根据预设的转速和冲击次数，利用转速-冲击次数-扭矩关系数据表查表计算对应的输出扭矩值；

3）微处理器根据预设的螺纹副规格-电流和螺纹副类型-电流关系数据表查表并计算确定与用户所选螺纹副对应的在旋紧空程时的电流阈值或电流变化率阈值；

4）微处理器根据控制开关信号控制无刷电机以预设的转速恒速运转，通过实时检测电机电流或电流变化率，智能判断冲击动作开始时刻并对预设冲击次数减计数，计数减为零时关闭无刷电机，使电动冲击扳手输出扭矩准确可控。

所述的电动冲击扳手输出扭矩控制方法，在微处理器与无刷电机及其驱动器，霍尔位置传感器，霍尔电流传感器构成双闭环控制系统。当负载或/和电压变化引起电机转速变化时，微处理器根据当前转速与设定转速间的差值，采用PID算法实时计算并动态调整输出到无刷电机驱动器的控制信号的PWM占空比，实现无刷电机维持恒速运转，使扳手套筒以设定的速度冲击螺纹副，向螺纹副输出可重复的扭矩水平。

所述的电动冲击扳手输出扭矩控制方法，用户根据工件特征和待施扭螺纹副规格和类型，通过外部装置的图形界面配置电动冲击扳手的控扭模式，形成配置文件并发送到控制器，控制器接收该配置文件并将其存储在微处理器中；所述控扭模式为一组特征组合以及与每个特征相关联的参数，包括组合模式和/或程序模式，所述特征包括：输出扭矩，电机转速，冲击次数，螺纹副规格，螺纹副类型，螺纹副个数，紧固次数，旋紧（电机正转），旋松（电机反转），旋松圈数。

所述的电动冲击扳手输出扭矩控制方法，其中组合模式是将相关特征及其参数进行有效组合，控制电动冲击扳手输出特定扭矩，包括：

1）将无刷电机转速和旋紧两个特征组合为一种控扭模式，控制器根据转速-扭矩关系数据表查表计算并显示特定扳手在此转速下的输出扭矩，此扭矩为螺纹副接受冲击到不再转动时的最大输出正扭矩；

2）将旋松和旋松圈数两个特征组合为一种控扭模式，用于旋松过程中避免螺栓或螺母互相脱离，以提高螺纹副施扭作业效率。工作时首先控制无刷电机维持最大反向转速恒速运转，输出最大反向扭矩旋松螺纹副，同时检测无刷电机的电流，当电流变化率大于等于设定阈值时，判断为螺纹副已经旋松，这时将无刷电机转速降低到原转速的1/2，同时检测霍尔位置传感器输出的转子位置信号，根据特定扳手速比计算设定旋松圈数对应的无刷电机转子运转圈数，达到时控制无刷电机制动停止；

3）将无刷电机转速，冲击次数，螺纹副规格，螺纹副类型和旋紧五个特征组合为一种控扭模式，根据转速-冲击次数-扭矩关系数据表查表计算并显示此模式下的输出扭矩，根据螺纹副规格-电流和螺纹副类型-电流关系数据表查表得所选螺纹在旋紧空程时的电流阈值，工作时将转速控制在设定转速施扭，同时检测无刷电机的电流，当电流大于等于空程时的电流阈值，判断螺纹副旋紧空程结束且已就位，同时对设定的冲击次数进行减计数，等于零时关闭无刷电机，此时的输出扭矩为电动冲击扳手旋紧设定螺纹副时在设定转速和冲击次数下的输出扭矩；

4）将输出扭矩，螺纹副规格，螺纹副类型和旋紧四个特征组合为一种控扭模式，控制器根据转速-冲击次数-扭矩关系数据表和用户选择的计算依据，查表计算并显示此扭矩下的转速和冲击次数推荐值，根据螺纹副规格-电流和螺纹副类型-电流关系数据表查表得所选特殊螺纹副在旋紧空程时的电流阈值，工作时将转速控制在推荐转速并施扭，同时检测无刷电机的电流（对于特殊螺纹副，空程时已开始冲击动作），当电流大于等于空程时的电流阈值时，判断螺纹副就位，同时按推荐的冲击次数进行减计数，等于零时关闭电机，此时的扭矩等于设定的输出扭矩。

所述的电动冲击扳手输出扭矩控制方法，其中程序模式是将相关特征及其参数设定在作业流程的各个步骤中，按设定步骤控制电动冲击扳手输出对应扭矩，主要用于多个相同的螺纹副按设定程序进行不同扭矩水平的多次施扭，以保证螺纹副装配质量并提高装配效率。包括将旋紧，紧固次数，输出扭矩，螺纹副个数，螺纹副规格和螺纹副类型六个特征组合为程序模式，施扭扭矩控制过程步骤为：

步骤1：设定紧固次数，并分别输入与设定紧固次数对应的紧固扭矩值；

步骤2：控制器根据内存的转速-冲击次数-扭矩关系数据表，采用内插法查表计算并显示与设定紧固次数对应紧固扭矩下的转速和冲击次数推荐值，用户可选择计算依据参与自动计算紧固扭矩下的转速和冲击次数推荐值，也可对计算出的转速和冲击次数推荐值做手动修改，修改转速或冲击次数其中之一，控制器根据修改值再次计算另一个参数；

步骤3：设定螺纹副规格和螺纹副类型，控制器根据螺纹副规格-电流和螺纹副类型-电流关系数据表查表计算所设定规格和类型螺纹副在旋紧空程时的电流阈值；

步骤4：按第一次紧固的推荐转速开始顺序施扭第一个螺纹副，同时检测无刷电机的电流，当电流大于等于空程时的电流阈值时，判断螺纹副就位，同时检测冲击次数，按推荐的第一次紧固冲击次数进行减计数，等于零时关闭电机，并对施扭螺纹副个数减计数，重复上述过程，螺纹副个数减计数为零时第一次紧固步骤完成；

步骤5：按第二次紧固的推荐转速顺序施扭第一个螺纹副，同时检测冲击次数，按推荐的第二次紧固冲击次数进行减计数，等于零时关闭电机，并对施扭螺纹副个数减计数，重复上述过程，螺纹副个数减计数为零时第二次紧固步骤完成；

步骤6：按第三次或终紧的推荐转速顺序施扭第一个螺纹副，同时检测冲击次数，按推荐的第三次或终紧冲击次数进行减计数，等于零时关闭电机，并对施扭螺纹副个数减计数，重复上述过程，螺纹副个数减计数为零时第三次或终紧步骤完成；

步骤7：保存本紧固作业过程的各项参数和作业数据。

所述的电动冲击扳手输出扭矩控制方法，电动冲击扳手的校准是在实验室环境/条件下，通过扭矩试验装置对其进行校准。扭矩试验装置包括模拟螺栓、模拟螺母和测量模拟螺栓和模拟螺母相对旋转扭矩的标准扭矩传感器，将电动冲击扳手设定一个输出扭矩值，并对模拟螺栓进行旋拧，冲击扳手停止工作时，通过标准扭矩传感器的读数与冲击扳手设定的输出扭矩值比较来对冲击扳手进行校准。

电动冲击扳手在工作时，控制器自动监测工作环境的监控网络状态，有网络时，优选通过网络将所述配置文件从外部装置下载到控制器中保存，并上传作业的控扭参数和作业数据；无网络时，通过有线的串行通讯方式将所述配置文件从外部装置下载到控制器中。

发明有益效果：

1、本发明电动冲击扳手输出扭矩控制方法，以无刷电机为动力的通用电动冲击扳手为载体，通过对其检测及控制部分进行技术创新，实现通用电动冲击扳手智能化升级。实现了电动冲击扳手在多种紧固作业工况下对控扭参数的灵活配置和输出扭矩的精确可控。

2、通过在无刷电机及其驱动器、霍尔位置传感器、霍尔电流传感器和微处理器间构成双闭环系统，首先使无刷电机运转于设定转速，当负载或/和电源电压变化引起电机转速变化时，微处理器根据实时检测的当前转速，计算与设定转速间的差值，采用PID算法实时计算并动态调整输出到无刷电机驱动器的电压信号的PWM占空比，将无刷电机转速维持在设定的转速恒速运转，使电动冲击扳手套筒以期望的角速率冲击螺纹副，向螺纹副输出可重复的扭矩水平。

3、本发明电动冲击扳手输出扭矩控制方法，基于智能控制器，以组合模式或程序模式将施扭作业中的多个相关特征进行有效组合，利用内置的转速-扭矩，转速-冲击次数-扭矩、螺纹副规格-电流和螺纹副类型-电流关系表，查表计算并确定关键参数（输出扭矩、电流阈值，电机转速和冲击次数），通过对冲击动作过程的精准检测以及无刷电机转速的智能化控制，实现电动冲击扳手在多种作业模式下输出扭矩的精确控制，从而提高螺纹副的紧固质量和作业效率，也拓展了扳手的适用范围。

4、本发明电动冲击扳手输出扭矩控制方法，基于智能控制器的无线通讯功能，使电动冲击扳手作为物联网的一个监控节点融入监控网络中，以网络通讯方式与外部装置(如智能移动终端、工控机等)进行相关控扭参数和扳手工作状态以及作业扭矩数据等信息的互传，实现螺纹副施扭作业的全过程监控以及作业质量的追溯，符合物联网和大数据时代对作业工具提出的新要求。

附图说明：

图1为电动冲击扳手智能控制器组成示意图；

图2为无刷电机转速双闭环控制原理图;

图3不同转速下同一扳手施扭同一已紧固螺纹副时扭矩-时间波形图；

图4为同一冲击扳手以相同转速施扭不同等效刚度螺纹副系统时的扭矩-时间曲线图；

图5为施扭普通螺纹副时的扭矩-时间示意图；

图6为施扭特殊螺纹副时的扭矩-时间示意图；

图7为组合模式时外部装置的控扭参数配置界面示意图；

图8为程序模式时外部装置的控扭参数配置界面示意图；

图9转速+旋紧特征的组合模式施扭流程图；

图10旋松+选松圈数特征的组合模式施扭流程图；

图11旋紧+转速+冲击次数+螺纹副规格和类型特征的组合模式施扭流程图；

图12旋紧+紧固次数+扭矩+螺纹副个数+螺纹副规格和类型特征的程序模式施扭流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，结合附图对本发明技术方案做进一步的详细描述。

冲击扳手对螺纹副的施扭过程是一个通过多次旋转冲击，扭矩不断积累的动态过程，以下参数将影响扭矩的控制准确度：

1）每次冲击时主动冲击块冲击从动冲击块的旋转动能。E=Jω²/2，式中E为旋转动能，正比于每次冲击的扭矩；J为主动冲击块的回转惯量，对于具体扳手是定值；ω为旋转角速度，正比于电机转速，如图3所示是采用压电晶体式扭矩传感器测量的不同转速下同一扳手施扭同一已紧固螺纹副时的扭矩-时间波形图，从图中可以看出，转速与冲击扭矩成正比，转速恒定时，每次冲击的冲击扭矩也保持恒定。为了提高控扭准确度，必须使无刷电机转速保持恒速，且通过灵活地设定转速值，可得到相应的冲击扭矩输出。

根据无刷电机工作原理，影响其转速的因素包括：负载和电压。空载时，很小的电流即可使无刷电机维持在较高转速，随着负载增加，将引起转速下降，反之亦然；输入电压与无刷电机转速成正比，当采用锂电池供电时，其输出电压变化将引起转速随之变化；通过实时监控输入电压、电机电流和电机转速，根据设定转速，通过PID算法动态改变PWM占空比提高电压增大电流或降低电压从而减小电流，使电机转速保持恒定，图2是无刷电机转速双闭环控制原理图。

2）螺纹副施扭系统的等效刚度。包括螺纹副的规格和材质、有无弹垫和工件特性及表面质量等。图4为同一冲击扳手以相同转速施扭不同刚度螺纹副系统时的扭矩-时间曲线，L为大等效刚度（大规格合金钢螺纹副、大刚度工件且表面平整、无弹垫）时，S为小等效刚度（小规格低碳钢螺纹副、工件有翘曲及有弹垫）时，M1-M2间为合格扭矩。可见相同条件下冲击不同螺纹副施扭系统时，要得到相同的扭矩，需要的冲击次数将有很大差别。

3）螺纹副的规格、类型和螺纹质量。一般情况下，对于同一台定型冲击扳手，其结构决定了可输出的静扭矩是定值，规格和表面质量不同的螺纹副，特别是防松螺纹副与普通螺纹副间，其空程扭矩差别较大，不能保证不同规格和类型螺纹副在空程施扭时不产生冲击动作。图5和图6分别是冲击施扭普通螺纹副与特殊螺纹副时的扭矩-时间曲线，图中OA段为空程施扭过程，施扭普通螺纹副时依靠扳手的静扭矩，施扭特殊螺纹副时在空程阶段已有冲击动作。因此，采用冲击次数计数方式控扭时，必须针对不同螺纹副设定旋紧空程时的电流阈值或依据准确的电流变化率值，屏蔽空程时的冲击计数，并才能得到准确的输出扭矩。

实施例1

本发明电动冲击扳手输出扭矩控制方法，其施扭控制过程如下：

1）基于以无刷电机为动力的电动冲击扳手，针对待施扭螺纹副规格和类型以及工件特征，采用冲击扭矩校准装置通过多次试验分别建立不同转速下的“转速-扭矩”、“转速-冲击次数-扭矩”关系数据表，选择常用螺纹规格和类型在旋紧空程条件下通过多次测量取平均值的方法分别建立“螺纹副规格-电流”、“螺纹副类型-电流”关系数据表，并将这些数据表存储于电动冲击扳手控制器的微处理器中；

2）微处理器与无刷电机及其驱动器，霍尔位置传感器，霍尔电流传感器构成转速双闭环控制系统，当负载或/和电压变化引起电机转速变化时，微处理器根据当前转速与设定转速间的差值，采用PID算法实时计算并动态调整输出到无刷电机驱动器的控制信号的PWM占空比，实现无刷电机维持恒速运转，使扳手套筒以设定的速度冲击螺纹副，向螺纹副输出可重复的扭矩水平。图1为以无刷电机为动力的电动冲击扳手控制器系统构成框图，图2所示为无刷电机转速双闭环控制原理图；

3）当用户选择以输出扭矩为控扭主要参数时，微处理器利用“转速-冲击次数-扭矩”关系数据表和用户选择的计算依据，计算与预设输出扭矩值对应的电机转速和冲击次数。所述计算依据包括控扭准确度优先和作业效率优先，当选择控扭准确度优先时，将从所述关系数据表的多种有效组合中优先选用低转速和高冲击次数参与计算，否则优先选择高转速和低冲击次数参与计算；如果对自动计算出的结果不满意，用户也可手动修改转速和低冲击次数之一，并再次计算；

4）当用户选择以转速和冲击次数为控扭主要参数时，微处理器根据预设的转速和冲击次数，利用“转速-冲击次数-扭矩”关系数据表查表计算与其对应输出扭矩参考值，此时用户也可以选择控扭准确度优先或作业效率优先参与计算；

5）微处理器根据用户所选螺纹副规格和类型，利用“螺纹副规格-电流”和“螺纹副类型-电流”关系数据表查表并计算对应的旋紧空程电流阈值；

6）微处理器根据控制开关信号控制无刷电机以预设的转速恒速运转，通过实时检测旋紧空程时的电机电流阈值，智能判断冲击动作开始时刻并对预设冲击次数减计数，计数减为零时关闭无刷电机，得到与预设控扭参数对应的输出扭矩。

实施例2

本实施例的电动冲击扳手输出扭矩控制方法，与实施例1的不同之处在于：用户根据工件特征和待施扭螺纹副规格和类型，通过如图7或图8所示的外部装置的图形界面配置电动冲击扳手的控扭模式，形成配置文件并发送到控制器，控制器接收该配置文件并将其存储在微处理器中。

所述控扭模式为一组特征组合以及与每个特征相关联的参数，包括组合模式和/或程序模式，所述特征包括：输出扭矩，电机转速，冲击次数，螺纹副规格，螺纹副类型，螺纹副个数，紧固次数，旋紧，旋松，旋松圈数。

所述组合模式是将相关特征及其参数进行有效组合，控制电动冲击扳手输出特定扭矩，如将电机转速，冲击次数，螺纹副规格，螺纹副类型和旋紧五个特征组合为一种控扭模式。

所述程序模式是将相关特征及其参数设定在作业流程的各个步骤中，按设定步骤控制电动冲击扳手输出对应扭矩。通常用于多个相同的特殊螺纹副按设定程序进行不同扭矩水平的多次施扭，以保证螺纹副装配质量并提高装配效率，如将紧固次数，输出扭矩，螺纹副个数，螺纹副规格，螺纹副类型和工件重量六个特征组合为程序模式。

实施例3

参见图7，本实施例与实施例2的不同之处在于：进一步的，具体公开了电动冲击扳手输出扭矩控制方法可能的特征组合，包括：

1）图9是将无刷电机转速和旋紧两个特征组合为一种控扭模式的流程图，首先输入转速值，控制器根据转速-扭矩关系数据表查表计算并显示此转速下的扭矩参考值，启动扳手以设定转速冲击螺纹副，并持续一定时间，直到接受冲击的螺纹副不再转动时停止，此时的扭矩为此转速下该扳手的最大输出正扭矩；

2）图10是将旋松和旋松圈数两个特征组合为一种控扭模式的流程图，用于旋松过程中避免螺栓或螺母互相脱离，以提高作业效率。工作前首先输入根据具体作业情况输入旋松圈数，启动并扳手控制无刷电机维持最大反向转速恒速运转，输出最大反向扭矩旋松螺纹副，同时检测无刷电机的电流变化，当电流变化率大于等于设定阈值时，判断为螺纹副已经旋松，这时将转速降低到原有转速的1/2，并检测霍尔位置传感器的转子位置信号，根据速比计算设定圈数对应的电机转子运转圈数，对设定旋松圈数进行减计数，等于零时控制无刷电机制动停止；

3）图11是将旋紧、转速、冲击次数、M16防松螺纹等五个特征组合为一种控扭模式，首先输入设定的转速和冲击次数值，利用“转速-冲击次数-扭矩”数据表和选择的计算依据，采用查表内插法计算并显示此模式的输出扭矩参考值，根据“螺纹副规格-电流”和“螺纹副类型-电流”数据表查表得所选M16防松螺纹空程时的电流阈值，启动扳手加速到设定转速施扭，同时检测无刷电机的电流（对于M16防松螺纹副，此时已开始冲击动作），当电流大于等于电流阈值时，判断螺纹副空程结束且已就位，转为检测冲击次数并对设定的冲击次数进行减计数，等于零时自动关闭无刷电机，此时的输出扭矩为电动冲击扳手旋紧设定的M16防松螺纹副时在设定转速和冲击次数下的输出扭矩；

4）将输出扭矩，螺纹副规格，螺纹副类型和旋紧四个特征组合为一种控扭模式，控制器根据“转速-冲击次数-扭矩”数据表，采用查表内插法计算并显示此扭矩下的转速和冲击次数参考值，根据“螺纹副规格-电流”和“螺纹副类型-电流”数据表查表得所选螺纹副空程时的电流阈值，工作时将转速控制在参考转速并施扭，同时检测无刷电机的电流，当电流大于等于电流阈值时，判断螺纹副就位，开始按推荐的冲击次数进行减计数，等于零时关闭电机，此时的扭矩等于设定的输出扭矩。

实施例4

参见图8和图12，本实施例与实施例3的不同之处在于：进一步的，具体公开了电动冲击扳手输出扭矩控制方法的程序模式下的一个例子，是将旋紧，M24普通螺纹，两次紧固，输出扭矩，螺纹副个数等六个特征组合为程序模式，施扭扭矩控制过程包括如下步骤：

步骤1：输入待施扭的同种螺纹副个数，分别输入预紧和终紧扭矩值；

步骤2：控制器根据内存的“转速-冲击次数-扭矩”数据表和计算依据，采用内插法查表计算并分别显示预紧和终紧扭矩对应的转速和冲击次数参考值，用户可手动修改转速或冲击次数其中之一，控制器根据修改值重新计算另一个参数；

步骤3：设定螺纹副规格和螺纹副类型为M24普通螺纹，控制器根据“螺纹副规格-电流”和“螺纹副类型-电流”数据表查表得M24普通螺纹空程时的电流阈值；

步骤4：启动扳手加速到设定的预紧参考转速开始施扭第一个螺纹副，同时检测无刷电机电流，当电流大于等于电流阈值时，判断螺纹副就位，转为实时检测冲击次数并按参考冲击次数进行减计数，等于零时自动关闭电机，施扭螺纹副个数减一不为零时，重复上述过程，螺纹副个数减计数为零时预紧步骤完成；

步骤5：启动扳手加速到设定的终紧参考转速开始施扭第一个螺纹副，实时检测冲击次数并对终紧冲击次数进行减计数，等于零时自动关闭电机，施扭螺纹副个数减一不为零时，重复上述过程，螺纹副个数减计数为零时终紧步骤完成；

步骤6：保存本紧固作业过程的各项参数和作业数据。

Claims (6)

1.一种电动冲击扳手输出扭矩控制方法，其特征在于：

1）基于以无刷电机为动力的电动冲击扳手，针对待施扭螺纹副规格和类型以及工件特征，采用冲击扭矩校准装置通过试验建立转速-扭矩、转速-冲击次数-扭矩、螺纹副规格-电流和螺纹副类型-电流关系数据表，并存储于电动冲击扳手控制器的微处理器中；

2）微处理器根据预设扭矩并利用转速-冲击次数-扭矩关系数据表和用户选择的计算依据，计算与预设扭矩对应的电机转速和冲击次数，所述计算依据包括控扭准确度优先或作业效率优先；当选择控扭准确度优先时，将从多种有效组合中优先选择低转速和高冲击次数，否则优先选择高转速和低冲击次数；并且，当选择转速和冲击次数为控扭主要参数时，还根据预设的转速和冲击次数，利用转速-冲击次数-扭矩关系数据表查表计算对应的输出扭矩值；

3）微处理器根据预设的螺纹副规格-电流和螺纹副类型-电流关系数据表查表并计算确定与用户所选螺纹副对应的在旋紧空程时的电流阈值或电流变化率阈值；

4）微处理器根据控制开关信号控制无刷电机以预设的转速恒速运转，通过实时检测电机电流或电流变化率，智能判断冲击动作开始时刻并对预设冲击次数减计数，计数减为零时关闭无刷电机，使电动冲击扳手输出扭矩准确可控。

2.根据权利要求1所述的电动冲击扳手输出扭矩控制方法，其特征在于：微处理器与无刷电机及其驱动器，霍尔位置传感器，霍尔电流传感器构成双闭环控制系统；当负载或/和电源电压变化引起电机转速变化时，微处理器根据当前转速与设定转速间的差值，采用PID算法实时计算并动态调整输出到无刷电机驱动器的控制信号的PWM占空比，实现无刷电机维持恒速运转，使扳手套筒以恒定的角速率冲击螺纹副，向螺纹副输出可重复的扭矩水平。

3.根据权利要求1或2所述的电动冲击扳手输出扭矩控制方法，其特征在于：用户根据工件特征和待施扭螺纹副规格和类型，通过外部装置的图形界面配置电动冲击扳手的控扭模式，形成配置文件并发送到控制器，控制器接收该配置文件并将其存储在微处理器中；所述控扭模式为一组特征组合以及与每个特征相关联的参数，包括组合模式和/或程序模式，所述特征包括：输出扭矩，电机转速，冲击次数，螺纹副规格，螺纹副类型，螺纹副个数，紧固次数，旋紧，旋松，旋松圈数。

4.根据权利要求3所述的电动冲击扳手输出扭矩控制方法，其特征在于，所述组合模式是将相关特征及其参数进行有效组合，控制电动冲击扳手输出特定扭矩值，组合模式包括：

1）将无刷电机转速和旋紧两个特征组合为一种控扭模式，控制器根据转速-扭矩关系数据表查表计算并显示此转速下的扭矩，为螺纹副接受冲击到不再转动时的最大输出正扭矩；

2）将旋松和旋松圈数两个特征组合为一种控扭模式，用于旋松过程中避免螺栓或螺母互相脱离，以提高作业效率；工作时首先控制无刷电机维持最大反向转速恒速运转，输出最大反向扭矩旋松螺纹副，同时检测无刷电机的电流变化，当电流变化率大于等于设定阈值时，判断为螺纹副已经旋松，这时将无刷电机转速降低到原转速的1/2或1/3，同时检测霍尔位置传感器输出的转子位置信号，根据特定扳手速比计算设定旋松圈数对应的电机转子运转圈数，达到时控制无刷电机制动停止；

3）将无刷电机转速，冲击次数，螺纹副规格，螺纹副类型和旋紧五个特征组合为一种控扭模式，根据转速-冲击次数-扭矩关系数据表查表计算并显示此模式的输出扭矩，根据螺纹副规格-电流和螺纹副类型-电流关系数据表查表得所选螺纹副空程时的电流阈值，工作时将转速控制在设定转速施扭，同时检测无刷电机的电流，当电流大于等于空程时的电流阈值时，判断螺纹副旋紧空程结束且已就位，同时对设定的冲击次数进行减计数，等于零时关闭无刷电机，此时的输出扭矩为电动冲击扳手旋紧设定螺纹副时在设定转速和冲击次数下的输出扭矩；

4）将输出扭矩，螺纹副规格，螺纹副类型和旋紧四个特征组合为一种控扭模式，控制器根据转速-冲击次数-扭矩关系数据表和用户选择的计算依据，查表计算并显示此扭矩下的转速和冲击次数推荐值，根据螺纹副规格-电流和螺纹副类型-电流关系数据表查表得所选特殊螺纹副在旋紧空程时的电流阈值，工作时将转速控制在推荐转速并施扭，同时检测无刷电机的电流，当电流大于等于电流阈值时，判断螺纹副就位，同时按推荐的冲击次数进行减计数，等于零时关闭电机，此时的扭矩等于设定的输出扭矩。

5.根据权利要求3所述的电动冲击扳手输出扭矩控制方法，其特征在于，所述程序模式是将相关特征及其参数设定在作业流程的各个步骤中，按设定步骤控制电动冲击扳手输出对应扭矩，用于多个相同的特殊螺纹副按设定程序进行不同扭矩水平的多次施扭，以保证螺纹副装配质量并提高装配效率，包括将旋紧，紧固次数，输出扭矩，螺纹副个数，螺纹副规格和螺纹副类型六个特征组合为程序模式，施扭扭矩控制过程步骤为：

步骤1：设定紧固次数，并分别输入与设定紧固次数对应的扭矩值；

步骤2：控制器根据内存的转速-冲击次数-扭矩关系数据表，采用内插法查表计算并显示与设定紧固次数对应扭矩下的转速和冲击次数推荐值，用户可手动修改转速或冲击次数其中之一，控制器根据修改值再次计算另一个参数；

步骤3：设定螺纹副规格和螺纹副类型，控制器根据螺纹副规格-电流和螺纹副类型-电流关系数据表查表计算所设定规格和类型螺纹在旋紧空程时的电流阈值；

步骤4：按第一次紧固的推荐转速开始施扭第一个螺纹副，同时检测无刷电机的电流，当电流大于等于旋紧空程时的电流阈值时，判断螺纹副就位，同时按推荐的冲击次数进行减计数，等于零时关闭电机，并对施扭螺纹副个数减计数，重复上述过程，螺纹副个数减计数为零时第一次紧固步骤完成；

步骤5：按第二次紧固的推荐转速施扭第一个螺纹副，同时检测计算冲击次数，并对推荐的第二次紧固冲击次数进行减计数，等于零时关闭电机，并对施扭螺纹副个数减计数，重复上述过程，螺纹副个数减计数为零时第二次紧固步骤完成；

步骤6：按第三次或终紧的推荐转速施扭第一个螺纹副，同时检测计算冲击次数，并对推荐的第三次或终紧冲击次数进行减计数，等于零时关闭电机，并对施扭螺纹副个数减计数，重复上述过程，螺纹副个数减计数为零时第三次或终紧步骤完成；

步骤7：保存本紧固作业过程的各项参数和作业数据。

6.根据权利要求1、2、4或5所述的电动冲击扳手输出扭矩控制方法，其特征在于：控制器自动监测工作环境的监控网络状态，有网络时，优选通过网络将所述配置文件从外部装置下载到控制器中保存，并上传作业的控扭参数和作业数据；无网络时，通过有线的串行通讯方式将所述配置文件从外部装置下载到控制器中保存。

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