CN113905849A - 用于单面紧固件的设置工具 - Google Patents

Abstract

用于单面紧固件的设置工具(10)包括：具有第一驱动轴的第一电动机(36)，其布置在第一壳体部(28)中并经由第一传动设备与工具壳体部(26)连接；布置在工具壳体部(26)中的工具轴(32)，其与螺杆工具(34)连接，螺杆工具(34)能够在缩回位置和延伸位置之间沿着或围绕纵轴线(X)旋转或平移；具有紧固件输送管(66)和单面紧固件供应器的进给器(18)，输送管(66)在第一端处与单面紧固件供应器连接并且在第二端处与工具壳体部(26)连接，以当螺杆工具处于缩回位置时将工具壳体部(26)中的单面紧固件输送至螺杆工具(34)的前方。用于单面紧固件的设置工具还包括具有第二驱动轴的第二电动机(38)，其布置在第二壳体部(30)中并且经由第二传动设备与工具壳体部(26)连接。输送管(66)通过接纳器组件(68)与工具壳体部结合，接纳器组件包括接口通道(70)，其将输送管与工具壳体部直接连接，使得螺杆工具(34)能够与工具壳体部内的单面紧固件接合。

Description

用于单面紧固件的设置工具

技术领域

本发明涉及一种将单面紧固件(blind fastener)或单面元件设置在工件中的设置工具。

背景技术

例如，在机动车制造中，通常将诸如条带、轨道、装备等各种部件紧固至诸如金属板或铝型材等薄壁部件。连接部件的常用方法是使用具有螺纹的紧固件。

单面紧固件是待布置在例如金属板或任何其它板或工件的通孔中的开口中的紧固元件。当难以或不可能接近工件中的一个的盲侧时，单面紧固件通常用于将多个工件固定在一起。单面紧固件通常包含在安装期间膨胀和弯曲的套筒或杆。单面紧固件可以是抽芯铆钉(blind

rivet)、拉铆螺母(blind rivet nut)、自钻自攻螺钉(self-drilling self-tapping

screw)或类似紧固件。单面紧固件可以设置有内螺纹，并且因此使得与壁厚不足以包含螺纹的金属板或工件的螺纹连接成为可能。

单面紧固件设置设备或者用于单面紧固件的设置工具用于将单面紧固件自动设置在工件的开口中。单面紧固件在非变形状态下具有空心圆柱形铆钉杆，在该铆钉杆的一端处包含径向延伸的固定头，并且在该铆钉杆的另一端上形成内螺纹(例如用于拉铆螺母)和/或可以布置心轴(例如用于抽芯铆钉)。已知使用具有与拉铆螺母的内螺纹配合的外螺纹的螺栓来将拉铆螺母设置在孔中。拉铆螺母的内螺纹与螺栓的外螺纹接合。

将单面紧固件的铆钉杆首先插入孔中，直到铆钉头接触板。通过启动单面紧固件设置设备，螺栓或心轴，从而以及螺纹区域随后从单面紧固件和板轴向向后移动，由此发生铆钉杆的压缩。在工件的背离铆钉头的一侧处的期望变形位置处形成卷边(bead)或凸起(bulge)。因此，单面紧固件固定保持在孔(或开口)中。

为了将设置设备从设置好的单面紧固件移除，释放螺栓上的压力并且沿钻出方向旋转螺栓。然后，单面紧固件设置设备可以用于新的设置操作。

文献EP0886733例如公开了一种用于拉铆螺母的设置设备，该设置设备包括适于沿纵轴线引导拉铆螺母的第一致动器和适于旋转螺栓或螺纹插入件的第二致动器，特别是在设置步骤之后(换言之，在拉铆螺母的压接之后)将螺栓从拉铆螺母移除。

文献US7346970公开了一种用于单面紧固件的设置设备，该设置设备具有单个电动机，该电动机具有定位在第一壳体部中并且经由传动装置与工具壳体部连接的驱动轴。工具壳体部相对于驱动轴横向偏移并且与驱动轴平行延伸。工具轴布置在工具壳体部中并且该工具轴与从工具壳体部的前端突出的螺纹型工具非旋转连接。还设置有锁定装置和防旋转装置，工具壳体部和工具轴可以以非旋转方式与锁定装置连结在一起，或者与锁定装置分离，可以利用该防旋转装置来阻止工具轴的旋转或者可以释放工具轴以进行旋转。

US2016114383公开了一种用于设置抽芯铆钉元件的铆接设备，该铆接设备包括心轴、包括连接至心轴的第一操作连接部的第一电动机、以及包括连接至心轴的第二操作连接部的第二电动机。心轴构造成通过传递至其上的旋转运动以将心轴拧入抽芯铆钉元件中，并且构造成通过缩回运动缩回至铆接设备以产生抽芯铆钉元件的至少部分塑性变形。第一电动机经由第一操作连接部将旋转运动传递至心轴。第二电动机经由第二操作连接部将缩回运动传递至心轴。这种布置可能较重并且可能无法提供所需的灵活性。

DE3341602公开了一种通过轴向收缩螺纹紧固件以径向膨胀螺纹紧固件来安装螺纹紧固件的装置，该装置是包括砧座的类型，通过由空气驱动电动机而旋转的螺纹心轴将紧固件压靠在砧座上。该设备不允许单面紧固件的自动设置。

这种设置工具可能较为笨重并且需要最短的时间来执行需要执行压接的所有步骤和运动，然后可以用于接下来的设置操作。由于需要若干步骤来抓住单面紧固件并且使单面紧固件取向正确，所以单面紧固件的设置通常较为繁琐。此外，接合这种单面紧固件所需的力和运动多半意味着鉴于所需力而无法紧凑的复杂系统。

因此，本发明的目的是至少减轻上述缺点。更具体地，本发明的一个目的是提供一种设计简单、紧凑、可靠并且允许单面紧固件的快速设置以便减少生产时间的单面紧固件设置设备。

发明内容

为此，根据本发明，提供了一种根据权利要求1所述的单面紧固件设置设备。

这种设置工具可以完全自动化。单面紧固件的输送部直接与工具成一体，从而减少了设置时间，并且不需要额外的输送机构。两个电动机的存在允许在设置过程期间对位置和可施加载荷进行精确控制，从而可以精确控制接合的参数并且适于不同的待接合的单面紧固件或工件。第一壳体部、第二壳体部和工具壳体部便于维护操作。

根据一个实施方案，工具壳体部包括与工具轴连接的实心滚柱螺杆，其中，具有防旋转套筒的轴齿轮围绕实心滚柱螺杆布置，该轴齿轮通过第二壳体齿轮与所述第二电动机连接。工具壳体部是坚固的并且必要时允许存在载荷传感器(load cells)。实心滚柱螺杆允许工具轴沿其接合轴线的良好引导。

根据一个实施方案，与工具轴连接的实心滚柱螺杆包括与工具轴连接的第一端以及与第一端相反的第二端，并且其中，实心滚柱螺杆的防旋转毂布置在第二端。

根据一个实施方案，第二壳体部包括具有第二驱动轴的第二电动机和第二壳体齿轮，其中，第一壳体部包括第一电动机和第一壳体齿轮，该第一壳体齿轮与工具齿轮连接。工具齿轮布置在工具壳体部内并且与围绕实心滚柱螺杆布置的滚柱螺杆螺母固定连接。

根据一个实施方案，第一驱动轴的旋转产生实心滚柱螺杆的直线运动。第一传动设备在单独控制时产生实心滚柱螺杆的平移，并且因此产生工具轴和螺杆工具的平移。

根据一个实施方案，第一驱动轴和第二驱动轴以不同速度的旋转产生螺杆工具的直线运动和旋转运动，使得螺杆工具能够接合单面紧固件。两个电动机一起作用以允许螺杆工具的平移和旋转。该布置通过两个电动机确保了螺杆工具的坚固连接和精确控制的反应。可以通过两个电动机来控制载荷和设置力。

根据一个实施方案，输送管与工具壳体部平行地或明显平行地延伸，并且其中，接口通道包括与输送管同轴的第一部分和与纵轴线对准的部分，使得接口通道适于将单面紧固件输送至工具壳体部内。因此，该工具紧凑并且适于在工业环境中使用。

根据一个实施方案，设置有适于夹持单面紧固件以使该单面紧固件与螺杆工具接合的夹持设备，并且其中，夹持设备布置在工具壳体部内。夹持设备将螺母保持在工具壳体部内，从而在设置工具内实现螺母与螺杆工具的对准接合。这减少了设置时间。

根据一个实施方案，夹持设备包括适于夹持单面紧固件的两个可移动钳口。两个可移动的钳口允许中心夹持或偏心夹持，并且在必要时使夹持力适应螺母。此外，偏心夹持允许更好夹持例如具有六边形截面的杆部的螺母。可移动钳口受力而致动(forciblyactuated)。

根据一个实施方案，夹持设备还包括保持档杆，使得单面紧固件在被钳口夹持期间被保持在夹持设备中。档杆用作闸门以将螺母保持在夹持设备中，从而能够致动钳口。

根据一个实施方案，每个钳口包括抓握表面，所述抓握表面包括第一段和第二段，第一段相对于第二段成角度，并且其中，第一段为平坦的，而第二段包括适于产生将单面元件定向在夹持设备内的不对称轮廓的凸起。

根据一个实施方案，螺杆工具设置有适于与所述可移动钳口接触的砧套筒。

根据一个实施方案，工具轴包括前段和后段，其中，中间段布置在前段和后段之间，并且其中，前段包括通过槽部与凸缘连接的第一部分。

根据一个实施方案，凸缘设置有适于接纳螺杆的多个均匀分布的孔，并且槽部具有多个曲率半径。

本公开还涉及一种将单面紧固件设置在工件中的方法，该方法包括：

-提供如上所述的单面紧固件设置设备；

-提供包括具有内螺纹的铆钉杆和铆钉头的单面紧固件；

-在进给组件中进给单面紧固件，使得单面紧固件通过进给通道移动至保持器；

-将单面紧固件保持在保持器中，使得单面紧固件处于装载位置；

-利用第一传动设备和第二传动设备在沿纵轴线的第一方向上将螺杆工具引导至具有杆部的单面紧固件中，并且与单面紧固件的内螺纹接合；

-在沿纵轴线的第一方向上对单面紧固件进行进一步引导，以便将单面紧固件从工具壳体部释放至鼻部中，并且然后进一步释放至鼻部外侧；

-引导单面紧固件穿过工件的孔，直到头部接触工件并且杆部的至少一部分在孔中延伸；

-通过第一传动设备在与第一方向相反的第二方向上的位移使单面紧固件变形，以便执行单面紧固件的压接过程；

-利用第一传动设备和第二传动设备在沿纵轴线的第二方向上对螺杆工具进行引导，以使单面紧固件与螺杆工具脱离。

这种方法易于实施，并且在减少设置时间的情况下允许对设置进行更好地控制。在实施例中，可以执行扭矩测试以检查压接质量和/或压接后的内螺纹质量。

根据一个实施方案，监测滚柱螺杆的扭矩，并且通过停止第一电动机(36)并且释放第二电动机来避免意外的扭矩峰值。

参照附图，本发明的其它特征和优点将从作为非限制性示例提供的实施例的以下描述中变得显而易见。

附图说明

图1示出了用于单面紧固件的设置工具的示意性透视图；

图2A示出了处于第一位置的根据本发明的设置工具的第一传动组件和进给器的示意性截面图；

图2B示出了处于第一位置的根据本发明的设置工具的第二传动组件和进给器的示意性截面图；

图3A示出了处于第二位置的根据本发明的设置工具的第一传动组件和进给器的示意性截面图；

图3B示出了处于第二位置的根据本发明的设置工具的第二传动组件和进给器的示意性截面图；

图4示出了根据本发明的设置工具的工具壳体部的前部的透视图；

图5A至图5C示出了根据实施例的设置在具有保持舌(retaining tongue)的工具壳体部中的夹持设备的视图；

图6A至图6C示出了根据另一实施例的设置在具有保持档杆(retaining lever)的工具壳体部中的夹持设备的视图；

图7A和图7B示出了图6A至图6C的夹持设备处于两个不同位置的详细视图；

图8A至图8C示出了图5A至图5C的夹持设备的详细视图，其中单面紧固件处于三个不同位置；

图9A和图9B是图5A和图5B中保持舌的详细视图；

图10A示出了根据实施例的工具壳体部的前部的截面图，在本实施例中的工具壳体部的前部可移动地连接至处于第一位置的鼻部；

图10B示出了根据图10A的实施例的可移动地连接至处于第二位置的鼻部的工具壳体部的前部的截面图；

图11是用于单面紧固件的设置工具的工具轴的详细视图；

图12是图11的工具轴的头部的详细顶视图；

图13是图11的工具轴的头部的侧视图；

图14A示意性示出了在第二电动机保持就位的情况下第一电动机的在设置步骤期间记录的扭矩、速度和角度；

图14B示出了根据第二移动策略的情况下第一电动机的在设置步骤期间记录的转矩、速度和角度。

具体实施方式

在不同附图中，相同的附图标记表示相同或相似的元件。

图1示意性示出了用于单面紧固件或单面元件的设置工具10。如图所示，设置工具10包括具有不同壳体部的壳体12、工具鼻部14以及适于将单面紧固件20驱动至工具鼻部14以执行压接步骤的进给器18。

壳体12适于通过接口24与机器人的臂附接。在实施例中，壳体12通过适于平移壳体12的滑动件而固定至支撑件。滑动件可以由致动器致动。

通常，单面紧固件或单面元件或拉铆螺母20可以包括具有内螺纹的空心铆钉杆22和在铆钉杆的一端处从铆钉杆向外延伸的铆钉头24。铆钉杆24适于布置在工件的孔中并且铆钉头适于与工件的表面接触。铆钉杆22适于通过设置工具而变形成在工件的底侧上形成压接凸起(crimping bulge)。

如图2和图3所示，壳体12设置有工具壳体部26、第一壳体部28和第二壳体部30。

传动

工具壳体部26包括与螺杆工具34连接的工具轴32，螺杆工具34适于与单面紧固件20的内螺纹接合。工具轴32和工具螺杆34可以通过分别与第一电动机36和第二电动机38一起工作的第一传动设备和第二传动设备进行旋转和平移移动。工具轴32和工具螺杆34可以沿纵轴线X平移移动并且围绕纵轴线X旋转移动。工具壳体部26还包括实心滚柱螺杆(roller screw)40，实心滚柱螺杆40连接至工具轴32，并且更具体地固定地装配至工具轴，使得实心滚柱螺杆40的旋转或平移可以传递至工具轴32。在滚柱螺杆与工具轴之间布置有垫圈。

砧套筒(anvil sleeve)140可以围绕螺杆工具设置，并且可以沿螺杆工具弹性移动。工具套筒150也可以围绕螺杆工具布置，并且在砧套筒和工具套筒之间可以设置有间隙G。

在图11、图12和图13中对工具轴32进行更具体描绘。如图11所示，工具轴32是适于减小杆(rods)和系杆(tie bars)中的应力载荷的定位螺栓(jack bolt)。工具轴32的设计特别能够利用适于布置在不能使用更多材料以承载载荷的受限区域中的紧凑元件来抵抗高周疲劳。因此，本发明的工具轴32特别紧凑。工具轴包括前段100和后段102。中间段104布置在前段100和后段102之间。工具轴32沿纵向延伸并且明显为柱形元件。

前段包括限定自由端的第一部分106以及与第一部分连接的凸缘108。第一部分具有螺纹。例如，第一部分的螺纹为M16*0.5，这与滚柱螺杆中的螺纹相同。图13中更详细示出了前部。第一部分106为圆柱形并且具有恒定的截面。截面例如为15.2mm。第一部分106沿纵向延伸并且在第一部分的自由端包括倒角。例如，倒角可以为45度。第一部分106通过槽部110与凸缘连接。槽部110可以以多个半径实现，使得当在工具轴32上施加高载荷时，凸缘108和第一部分106之间的连接部允许对力进行更好的重新分配。例如，槽部在第一部分106附近具有2.5mm的第一半径，并且半径首先增加至3mm半径，然后在凸缘108附近减小至1mm。换言之，槽部设计为具有与切向轮廓相联接的多个连接的半径。槽部的特定尺寸和曲率允许对本发明的工具的力进行适当的重新分配。凸缘108包括具有恒定圆形截面的部分。凸缘108的截面大于第一部分106的截面。适于接纳用于固定的螺杆(更具体地，定位螺栓或压缩定位螺栓)的多个孔112均匀地地布置(regularly arranged)在凸缘上(参见图12)。例如，十个相似的孔彼此以成36度的角度布置在凸缘上。这样的孔的数量是特别有利的，这是由于这样的孔的数量允许预应力(pre-stressing)。预应力绕凸缘的周部均匀分布。大数量的定位螺栓允许施加预应力而不存在高扭矩。需要预应力以保持与工具轴形成的接合部牢固连接并且优化寿命。当施加外部载荷时，将抵消(balanced out of)该接合部的压缩预应力，从而将附加应力减小至最小。过渡部允许在螺杆孔周围使用最多的材料，这有助于吸收和分布来自定位螺栓的高应力，并且从此减小该高应力。从较粗直径至较细直径的逐渐过渡部有助于以最佳方式对发生的应力进行分布。这种设计允许在保持紧凑工具的同时增加寿命，特别是工具轴因此具有30mm的最大直径。凸缘108包括朝向第一部分106的上表面114和面对中间段104的下表面116。垫圈布置成与上表面114接触。垫圈由硬化材料制成并且形成工具轴32和滚柱螺杆40之间的界面。如图13所示，下表面具有曲率。曲率半径可以为7mm。例如，下表面与凸缘的侧表面形成60度的角度。

中间段104具有恒定的截面。例如，中间段的直径为13.5mm。中间段沿纵向延伸并且可以在中间段的纵向长度的一部分上设置有通道。在中间段的横向侧上可以看到通道孔118。在中间段104和后段之间设置有槽部120。后段102包括三个部分，每个部分具有不同的直径和恒定的截面。更具体地，这些部分的直径减小，使得后段的自由端的部分具有最小直径。在后段102的中间部中设置有用于通道的第二孔。

因此，工具轴的设计允许适于支撑高达35千牛顿的外部载荷的紧凑元件(具有30mm的最大直径)。

实心滚柱螺杆40包括适于固定至工具轴的第一端42以及与第一端相反的第二端44。工具轴32和螺杆工具34可以是载荷销组件的一部分。

实心滚柱螺杆的防旋转毂46可以布置在第二端44处。实心滚柱螺杆40包括在第二端44附近的第一段和在第一端42附近的第二段。具有防旋转套筒48的轴齿轮围绕实心滚柱螺杆40的第一段布置。滚柱螺杆螺母50围绕实心滚柱螺杆40的第二段布置，并且与所述实心滚柱螺杆相互作用。工具齿轮52与滚柱螺杆螺母50固定连接。工具壳体部26还可以设置有适于确定在设置步骤期间(或者更具体地在压接步骤期间)施加至单面紧固件20的载荷的载荷传感器54。载荷传感器给出压缩力。因此，通过载荷传感器54能够读取在压接期间施加用来设置螺母的载荷。当达到预定载荷时，正确完成压接并且然后可以关闭电动机。

第一壳体部28设置有具有第一驱动轴56的第一电动机36以及与第一驱动轴56连接的第一壳体齿轮58。

第二壳体部30设置有具有第二驱动轴60的第二电动机38，第二驱动轴60连接至第二壳体齿轮62。

第一壳体部28可以沿与第二壳体部30和/或工具壳体部26的纵向方向平行的方向纵向延伸。第二壳体部30可以沿与工具壳体部的纵向方向平行的方向纵向延伸。更具体地，工具壳体部26可以围绕纵轴线X纵向延伸，并且第一壳体部和第二壳体部明显与纵轴线X平行地纵向延伸。

第一传动设备包括第一壳体齿轮58、工具齿轮52和滚柱螺杆螺母50。第一电动机36适于旋转第一驱动轴56，该第一驱动轴56旋转与工具齿轮52相互作用的第一壳体齿轮58。只要第二电动机38保持就位，第一电动机36就产生直线运动。第一电动机的最大速度例如为70mm/s。在实施例(未示出)中，在第二壳体部中可以设置接口齿轮(interface gear)，并且该接口齿轮可以与第一壳体齿轮连接。接口齿轮可以与壳体齿轮和工具齿轮相互作用。

第二传动设备包括第二壳体齿轮62和具有防旋转套筒的轴齿轮48。第二驱动轴60的旋转导致与轴齿轮48相互作用的第二壳体齿轮62的旋转，以允许所述轴齿轮48的平移和旋转。轴齿轮48将运动传递至实心滚柱螺杆40。换言之，第二电动机38产生直线运动和旋转运动。最大速度例如为78mm/s。

当两个电动机(第一电动机36和第二电动机38)以指定的但不同的速度一起旋转时(更具体地，当第一驱动轴和第二驱动轴以指定的但不同的速度一起旋转时)，实心滚柱螺杆40被驱动以进行平移和旋转运动。因此，实心滚柱螺杆40可以将平移和旋转传递至可以接合单面紧固件的内螺纹的螺杆工具。例如，螺杆工具可以沿第一方向以及与第一方向相反的第二方向平移。此外，螺杆工具34可以沿第一旋转方向和第二旋转方向旋转。

当第二电动机38(或更准确地，当第二驱动轴)被阻止旋转并且第一电动机36(或第一驱动轴)旋转时，产生实心滚柱螺杆的直线运动。直线运动可以沿第一方向或者与第一方向相反的第二方向。

进给器

进给器包括紧固件输送管66和单面紧固件供应器(未示出)，该输送管66在第一端处与单面紧固件供应器相连接，并且在第二端处与工具壳体部26相连接，以用于在工具壳体部26中输送单面紧固件。单独的单面紧固件20被直接输送至螺杆工具34的前面的工具壳体部26中，从而可以直接进行设置步骤。

输送管66可以与工具壳体部26平行延伸或者明显平行延伸。输送管66通过接纳器组件68与工具壳体部26结合，该接纳器组件68包括接口通道70，接口通道70将输送管66与工具壳体部26直接连接，使得螺杆工具40可以与工具壳体部26内的单面紧固件20接合。接口通道70包括与输送管66同轴的第一部分72以及与纵轴线同轴的部分74，使得接口通道70适于将单面紧固件输送至工具壳体部内并且使单面紧固件与螺杆工具34同轴。使用盖部封闭接口通道70。

接纳器组件68(并且更具体为接口通道，特别在其第一部分上)设置有止挡功能。在接口通道中布置闸门或档杆，并且闸门或档杆适于在单面紧固件20到达工具壳体部之前使单面紧固件20减速。闸门或档杆特别布置在第一部分中。直到发出需要设置步骤的信号，否则所述闸门或档杆将单面紧固件止挡在第一部分中，并且在工具壳体部中不存在其它单面紧固件。闸门或档杆还防止单面紧固件不期望地落入工具壳体部中。

如图4、图5A、图5B和图5C所示，设置有适于在单面紧固件20与螺杆工具接合之前夹持单面紧固件20的夹持设备76。夹持设备76布置在接纳器68中，并且更具体布置在接口通道的与螺杆工具同轴的部分中。

如代表优选实施例的图5A、图5B、图5C以及图8A至图8C所示，夹持设备76包括可以在打开位置和夹持位置之间移动的两个钳口(jaws)78。钳口78可以为相同的或对称的。每个钳口可以包括适于面对并且夹持单面紧固件(并且更具体地单面紧固件的杆部)的弯曲部。如图8A至图8C所示，每个钳口具有由两段形成的轮廓。该两段彼此形成角度。两段均为明显平坦的，但在两段中的一段上设置有凸起。第一钳口的凸起可以面向第二钳口的凸起。这种设计对于六边形单面紧固件(或者换言之，具有六边形杆部的单面元件)特别有利。实际上，非对称的棱形将单面紧固件支撑成在夹持之前旋转，并且防止在单面元件的六边形杆部的边缘上的棱面闭合。钳口78滑动以便在单面紧固件上施加保持力。例如，钳口由控制钳口78的打开和闭合位置的致动器驱动。图8A至图8C中的箭头示出了钳口的运动以及单面元件可以如何旋转以到达单面元件的最终稳定位置。

在图7A和图7B所示的实施例中，钳口78可以相对于单面紧固件杆部的中轴线(median axis)偏心，使得一个钳口在中轴线上方抓持杆部，而另一个钳口在中轴线下方抓持杆部。在图8A中，钳口78打开。在图8C中，钳口78闭合且单面紧固件沿纵轴线X对准。钳口78可以布置成产生偏心夹持运动。因此，单面紧固件20可以适于钳口78的轮廓，并且可以滑动或移动至期望夹持位置。这对于具有六边形截面轮廓的螺母特别有用。

在图6A、图6B和图6C所示的实施例中，或者在图9A和图9B所示的优选实施例中，夹持设备76还可以包括保持档杆80。在由钳口夹持期间，保持档杆将单面紧固件保持在夹持设备中。在图6A至图6C或图9A和图9B中对保持档杆80进行更具体描述。在图6A或图9A或图9B中，保持档杆关闭接口通道，并且钳口打开。因此，单面紧固件可以放置在接口通道的与螺杆工具同轴的部分中的容纳器中，并且单面紧固件不能进一步掉落。然后，如图6B所示，钳口78闭合，并且保持档杆80仍然关闭接口通道70。然后，由钳口保持的单面紧固件准备与螺杆工具34接合。

弹性元件或弹簧S可以布置在螺杆工具外，更具体地布置在螺杆工具和工具轴之间(参见图2或图3)。工具轴32可以具有设置在工具轴32的后段的自由端处的凹部，并且弹簧部分地容纳在该凹部中。当单面紧固件在夹持设备中以与螺杆工具接合时，弹性元件S确保轴向补偿。实际上，根据单面紧固件、单面紧固件的内螺纹或者单面紧固件在夹持设备中的位置，可能需要沿纵轴线的补偿。因此，形成弹簧加载的心轴。

最后，一旦完成与螺杆工具的接合，保持档杆就会打开接口通道并且钳口打开。现在与螺杆工具接合的单面紧固件已准备好进入工件的设置步骤。

鼻部

在优选实施例中，在设备的前端设置传感器。例如，可以设置雷达传感器或图像传感器。因此，孔的确切位置是已知的，并且公差补偿不是必要的或者允许在需要时对孔的定位进行补偿。

在特定实施例中，如图10A和图10B所示，在工具壳体部26的一端设置有鼻部82。单面紧固件20适于通过鼻部82露出并且被鼻部82引导到工件的孔中。鼻部82包括筒状壳体84，在该筒状壳体84中单面紧固件可以由驱动轴和螺杆工具34驱动。螺杆工具34可以在筒状壳体84中延伸并且滑入所述筒状壳体84中。鼻部82可以包括自定心设备86，使得鼻部可以滑动地安装至工具壳体部。当将单面紧固件20引入工件的孔中时，这种自定心设备(self-centering device)允许补偿公差。实际上，即使孔的位置在设置步骤之前是已知的，使得设置工具知道将单面紧固件引至何处，但制造公差还是总是出现。例如，自定心设备86可以包括两个定心杆和沿筒状壳体84的三个不同方向布置的三个弹簧88，从而允许鼻部82在压接步骤后移动和定心。弹簧允许鼻部82弹性返回其静止位置(rest position)。如图10A和图10B所示，可以通过球形接头连接件90将螺杆工具34与工具轴相连接。例如，在两端处具有两个球形接头连接件90、94的定心轴92布置在螺杆工具34和工具轴32之间。第一球形接头连接件设置在定心轴和螺杆工具34之间，并且第二球形接头连接件设置在定心轴92和工具轴32之间。这允许单面紧固件相对于孔的正确定心。在图10A中，鼻部居中。在图10B中，鼻部为偏心的。因此，可以实现当将单面紧固件20插入工件的孔中时在寻孔期间的公差补偿。

在优选实施例中，雷达传感器允许寻孔并且不需要公差补偿。

方法

可以利用上述设置工具以如下方式将单面紧固件20设置在工件的孔中。

在第一步骤中，通过具有输送管的进给器进给单面紧固件。例如利用压缩空气进给单面紧固件20。然后，单面紧固件到达接纳器组件68，并且通过保持档杆保持在夹持设备76中。钳口抓持单面紧固件。

两个电动机以指定的但不同的速度一起旋转以移动螺杆工具，使得螺杆工具与单面紧固件20的内螺纹接合。

然后，将与螺杆工具34接合的单面紧固件驱动穿过工具壳体部并且驱动到形成设备的壳体部的前端的帽部C的外侧。更具体地，帽部C布置在工具鼻部14的自由端处。将套筒砧140设置在螺杆工具上，并且平移具有单面元件的螺杆工具34，直到钳口在布置于螺杆工具34上的砧套筒之前的凹部G中闭合。然后，向后移动螺杆工具34，使得砧套筒140与闭合的钳口78接触。现已准备好将螺母设置在孔中。

驱动整个组件，使得通过机器人的臂将单面紧固件插入工件的孔中。例如，机器人的臂可以移动整个设置工具10。

一旦单面元件的头部位于工件的表面上并且杆部布置在孔中，则防止第二电动机36旋转，允许第一电动机36旋转以产生实心滚柱螺杆和螺杆工具沿与孔的方向相反的第二方向的直线运动。螺杆工具34的一部分在设置工具内向后移动，并且因此单面紧固件的一部分塌缩(单面紧固件的头部抵靠在压接步骤期间不移动的砧套筒上)。例如，载荷可以高达30千牛顿或35千牛顿(kilo-Newtons)。工具轴和螺杆工具在压接步骤期间移动以允许在单面紧固件的杆部中形成凸起，并且工具壳体部保持在相同位置。螺杆工具、工具轴和实心滚柱螺杆在工具壳体部内滑动。最后，可以进行检查压接功能的扭矩测试。

一旦完成压接步骤并且钳口打开，砧套筒通过内部的压力弹簧缩回，并且两个电动机以指定的但不同的速度一起旋转以移动螺杆工具34以与塌缩的单面紧固件脱离。可以进行检查螺纹的扭矩加载和卸载测试(torque on and off test)。

扭矩监测可以通过第二电动机实现。如果扭矩与参考点或参考曲线相比过高，则在设置过程期间(例如当旋至单面元件上或从单面元件旋下时)可能出现警报，从而突显故障。因此，可以在整个设置过程期间监测扭矩。

滚柱螺杆和螺杆工具向后移动，直到释放进给通道以进行下一次进给。

图14A和图14B示出了第一电动机的速度、扭矩和角度的曲线，由于第二动机保持就位，因此滚柱螺杆的速度或多或少对应于第一电动机的速度，滚柱螺杆的位置或多或少对应于第一电动机的位置，由此第一电动机的速度、扭矩和角度与滚柱螺杆的值明显相关。第一电动机36和第二电动机36都具有提供电动机每个时刻的局部位置的电动机解析器，而不考虑电动机是否移动。基于齿轮计算，因此能够知道滚柱螺杆40在每个时刻的直线位置和角位置。两个电动机还均设置有用于测量和记录扭矩的扭矩传感器(torquetransducer)。在滚柱螺杆40上观察到的扭矩增加可能对应于由机械部件(齿轮)、机械部件的质量、紧固过程等产生的加速度和反作用力。

图14A示出了第一电动机的速度、扭矩和角度。C1表示第一电动机的速度，C2表示扭矩并且C3表示角度。曲线表示当第一电动机36工作并且第二电动机36保持就位时的系统。P1、P2和P3为扭矩峰值，通常应该避免该三个扭矩峰值以便减少磨损。更具体地，第一峰值P1是由于加速度和开始移动质量。第二峰值P2和第三峰值P3是由于当设置过程需要停止移动时或者当开始需要停止电动机的设置过程的新步骤时的第一电动机36的突然停止。为了限制峰值P2和P3，目的是使速度曲线C1在减速度下降至零的情况下完全对称并且不存在急停。

图14B示出了在动态地保持第二电动机的位置的情况下第一电动机的速度、扭矩和角度。通过第二电动机36释放由停止第一电动机36而产生的扭力，从而不产生扭矩峰值，并且根据需要正确停止滚柱螺杆。实际上，滚柱螺杆40被产生扭矩峰值和系统摩擦力的机械对应物停止。这允许通过最小化扭矩峰值来增加齿轮寿命。

如果在正常使用工具期间监测到意外扭矩，则也可以使用类似策略。实际上，如果系统监测到异常的高扭矩，则控制器可以停止第一电动机并且释放第二电动机，诸如以避免如果第一电动机36单独停止时将出现的扭矩峰值。

工具鼻部14包括用作压接操作的止挡件的砧套筒。滚柱螺杆将载荷销组件移动至夹持钳口闭合的位置。当载荷销组件向后移动时，砧套筒以限定的力(由载荷传感器和/或扭矩传感器检测到的)与夹持钳口接触。螺母现在准备妥当，并且工具可以与螺母一起向前移动至板的孔/开口中。一旦螺母的肩部位于板的顶部上(由工具内部的位移传感器来检测)，则压接过程开始。为此，滚柱螺杆并且由此载荷销组件在工具内以指定的力和指定的距离向后移动。由此，螺杆工具34相对于被夹持钳口阻止移动的砧套筒移动。心轴压接螺母并且在孔/开口的背侧上形成凸起。在压接过程后，夹持钳口打开，并且通过砧套筒内部的压力弹簧使砧套筒缩回。滚柱螺杆并且由此载荷销组件旋开螺杆工具34并且向后移动，直到释放进给通道以进行下一次进给。

Claims (15)

1.一种用于单面紧固件的设置工具(10)，所述设置工具包括：

第一电动机(36)，其具有第一驱动轴，所述第一电动机布置在第一壳体部(28)中并且经由第一传动设备与工具壳体部(26)连接；

工具轴(32)，其布置在所述工具壳体部(26)中，螺杆工具(34)与所述工具轴连接，其中，所述螺杆工具(34)能够在缩回位置和延伸位置之间沿纵轴线(X)平移移动并且围绕所述纵轴线旋转移动，

进给器(18)，其具有紧固件输送管(66)，所述输送管(66)在第一端处与单面紧固件供应器连接并且在第二端处与所述工具壳体部(26)连接，用于当所述螺杆工具处于所述缩回位置时将所述工具壳体部(26)中的所述单面紧固件输送至所述螺杆工具(34)的前方；

第二电动机(38)，其具有第二驱动轴，所述第二电动机布置在第二壳体部(30)中并且经由第二传动设备与所述工具壳体部(26)连接，并且其特征在于，所述输送管(66)通过接纳器组件(68)与所述工具壳体部结合，所述接纳器组件包括接口通道(70)，所述接口通道(70)将所述输送管与所述工具壳体部直接连接，使得所述螺杆工具(34)能够与所述工具壳体部内的单面紧固件接合。

2.根据权利要求1所述的设置工具(10)，其中，所述工具壳体部(26)包括与所述工具轴连接的实心滚柱螺杆(40)，其中，具有防旋转套筒的轴齿轮(48)围绕所述实心滚柱螺杆(40)布置，所述轴齿轮通过第二壳体齿轮(62)与所述第二电动机连接。

3.根据权利要求2所述的设置工具(10)，其中，与所述工具轴(32)连接的所述实心滚柱螺杆(40)包括与所述工具轴连接的第一端以及与所述第一端相反的第二端，并且其中，所述实心滚柱螺杆的防旋转毂(46)布置在所述第二端。

4.根据权利要求2或3所述的设置工具(10)，其中，所述第二壳体部(30)包括具有所述第二驱动轴的所述第二电动机和所述第二壳体齿轮，其中，所述第一壳体部(28)包括所述第一电动机(36)和第一壳体齿轮(58)，所述第一壳体齿轮(58)与工具齿轮(52)连接，并且其中，所述工具齿轮(52)布置在所述工具壳体部内并且与围绕所述实心滚柱螺杆(40)布置的滚柱螺杆螺母(50)固定连接。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的设置工具(10)，其中，所述第一驱动轴的旋转产生所述实心滚柱螺杆(40)的直线运动。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的设置工具(10)，其中，所述第一驱动轴和所述第二驱动轴以不同速度的旋转产生所述螺杆工具(34)的直线运动和旋转运动，使得所述螺杆工具能够接合单面紧固件。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的设置工具(10)，其中，所述输送管(66)与所述工具壳体部(26)平行地或明显平行地延伸，并且其中，所述接口通道(70)包括与所述输送管同轴的第一部分和与所述纵轴线(X)对准的部分，使得所述接口通道(70)适于将所述单面紧固件输送至所述工具壳体部内。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的设置工具(10)，其中，设置有适于夹持单面紧固件以使所述单面紧固件与所述螺杆工具接合的夹持设备(76)，并且其中，所述夹持设备(76)布置在所述工具壳体部内。

9.根据权利要求8所述的设置工具(10)，其中，所述夹持设备(76)包括适于夹持所述单面紧固件的两个可移动钳口，并且其中，所述可移动钳口(78)被受力而致动。

10.根据权利要求9所述的设置工具(10)，其中，所述夹持设备(76)还包括保持档杆(80)，使得所述单面紧固件在被所述钳口(78)夹持期间被保持在所述夹持设备中。

11.根据权利要求9或10所述的设置工具，其中，每个钳口包括抓握表面，所述抓握表面包括第一段和第二段，所述第一段相对于所述第二段成角度，并且其中，所述第一段为平坦的，而所述第二段包括适于产生将所述单面元件定向在所述夹持设备内的不对称轮廓的凸起。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的设置工具，其中所述螺杆工具设置有适于与所述可移动钳口(78)接触的砧套筒(140)。

13.根据权利要求1至10中任一项所述的设置工具，其中，所述工具轴包括前段(100)和后段(102)，其中，中间段(104)布置在所述前段(100)和所述后段(102)之间，并且其中，所述前段(100)包括通过槽部(110)与凸缘(108)连接的第一部分(106)。

14.根据权利要求11所述的设置工具，其中，所述凸缘设置有适于接纳定位螺栓的多个均匀分布的孔(112)，并且所述槽部具有多个曲率半径。

15.一种利用根据权利要求1至14中任一项所述的设置工具来设置单面紧固件的方法，其中，监测所述滚柱螺杆的扭矩，并且通过停止所述第一电动机(36)并且释放所述第二电动机(38)来避免意外的扭矩峰值。

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