CN117753916A - 一种具有测控功能的铆接装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有测控功能的铆接装置，属于机械技术领域，它解决了现有技术中铆接装置无法实时监测铆接力的问题。本发明包括机架，机架内设有主轴和用于驱动主轴转动的动力机构，所述的机架内还设有与主轴连接的铆接功能组件，机架中部设有传感器腔体，传感器腔体内设有压力传感器，主轴穿设于压力传感器内，且主轴可相对压力传感器周向转动，主轴位于压力传感器两侧分别设有前推力轴承和后推力轴承，主轴承受轴向载荷时可通过前推力轴承和/或后推力轴承将轴向载荷转化为前推力轴承和/或后推力轴承与压力传感器之间的压力。本发明设置了压力传感器和贯穿压力传感器的主轴，可以实时监控铆接工作过程中的拉铆力。

Description

一种具有测控功能的铆接装置

技术领域

本发明属于机械领域，涉及一种铆接装置，特别是一种具有测控功能的铆接装置。

背景技术

拉铆是冷铆接技术之一，利用拉铆工具或设备将铆接紧固件与铆接工件铆合，其抗拉强度和抗剪性能要高于点焊等紧固技术，相对成本更低，连接质量更高，在诸多领域已实现了对焊接和螺栓连接的替代，被广泛应用于包括航空、航天、军工、船舶、高铁、汽车、建筑、安装、生产等在内的涉及国计民生的各行各业，在民用领域也有着大量个人应用需求。薄板件用途广泛，随着经济的增长，能处理薄板件连接的铆接紧固件及相应的铆接工具与设备相关行业市场也持续走高，对各类铆接工具与设备的需求量也逐年上升。拉铆型铆接紧固件抽芯铆钉和铆螺母从低强度到高强度，材质从铝到全钢、全不锈钢，形成不同规格型号的多个系列，与之相应的拉铆工具与设备朝着多功能、精密重载、轻便易携、省力易用、高自动化、高性价比的方向也在不断发展。

在现有的拉铆工具与设备中，传统的基于杠杆原理设计的手动型铆接工具（如美国专利US20140033492A1）操作费力而低效。作为替代动力源的解决方案，气动和液压最先被应用于拉铆工具与设备中，得到了一定程度的发展与普及。气动和液压作为动力源的拉铆工具与设备，需要另外配置压缩空气或液压泵站，影响了使用范围，加之居高不下的成本和能效问题，应用多局限于工业市场。考虑到压缩空气气压和液压油压存在波动，铆接力失控造成铆接精度差，铆接质量缺陷难以控制。因此，全球铆接行业近年重点投入研发电动型拉铆工具与设备，新型电动铆接技术陆续涌现。从手动到气动、液压、电动或其他驱动工具带动的铆接工具，近年的产品研发更多地解决的是动力源的问题，以替代人力和提高铆接工作效率。电动电源可分为交流电源和直流电流，其中交流电因技术原因和用电安全原因适合设备、装备类产品；随着可充电电池技术的发展，以直流电机为动力源的可充电式电动铆接工具以其便捷的电力来源和易携易用性开始居于主流地位, 但在面对重载拉铆过程时，也往往表现不佳。对于拉铆过程的操控多依赖于人，特别是对于铆螺母，现在的手持式电动铆接工具需要对在持续铆接力作用下，铆螺母发生塑性形变，形成“镦头”，对夹持工件的紧固效果依赖于工具使用者对“镦头”的观察和操作手感，然而受工件遮挡。个人经验的影响，特别是铆接紧固件本身的规格型号与材质，包括工件的厚度、材质、孔径大小等的不同，往往会造成拉铆质量问题，如欠铆、过铆、铆接螺纹副损伤等问题，铆接精度问题未被重视。为保证不同材质不同规格条件不同紧固工件下拉铆质量的一致性，减少对个人操控经验的依赖，实现自动化“盲”铆，只解决动力问题是不够的，近年电动铆接工具与传统电动工具发展走出了另外一个技术发展方向，正朝着可测控的电动化方向发展。

考虑到传感器和控制装置对手持工具便携性的影响，当前铆接的数字化进程集中在设备层面，且多为旋铆控制（如中国专利CN105263678A、美国专利US20150360355A1）所描述的基于扭矩的测量实现的旋铆控制。但旋铆容易出现铆接缺陷，如铆接高度偏差、铆接紧固件出现裂纹或变形、铆接过程中铆接镦头易与铆接工件表面产生刮擦等。旋铆技术本身不是无损铆接技术，拉杆与铆螺母对旋产生轴力完成铆接，即使技术上实现对旋铆轴力可测可控，对旋螺旋副上的摩擦力也是个有害变量，轻载、中载和重载工况下都会造成铆螺母柱体扭曲变形和铆接螺纹副损伤等等严重的技术问题。所以，铆螺母旋铆是有损铆接技术，其适用场合有限。旋铆技术不可行，那么直拉型铆接就是可能的正确发展方向之一。电动铆接工具重要发展方向之一在于对直拉型拉铆过程的测控，主要体现在对铆接行程和铆接压力等工程变量的控制之上，但工程实现上存在巨大技术难度。

铆接过程中的铆接行程（Stroke）意味着铆接工具拉动铆钉/铆螺母在轴向上的位移，对拉铆行程（行程-时间曲线）的控制,理论上可获得更为优良且更为稳定的拉铆质量，使得拉铆结果在尺寸上趋于一致。为此近年电动铆接工具的数字化进程中，通过控制铆接行程来实现铆接过程的自动化，是主要的技术路线之一。但行程控制需要获取精准的拉铆起始点及拉铆行程值，以匹配铆接工件的预置孔尺寸，并尽可能消除误差和公差的负面影响。现有的行程值获取方案中，采用机械开关设置固定停机点，或通过螺距和转动圈数的线性关系计算，也有通过加装位移传感器等获取更为精准的行程控制。行程控制的实质在于通过控制拉铆位移来控制塑性屈服变形量。在实际应用场景中，行程控制与动力和速度输出有关，也需要考虑不同材质、不同规格的铆接紧固件及被铆接工件的材质、厚度、孔径等，设置铆接行程之后需进行反复的试样拉铆和按相关技术标准进行铆接强度测试来验证，实际应用时很难确认铆接强度与铆接行程的一致性关系，因为可以影响铆接强度的变量远远不止行程，可见该技术缺乏应有的自适应性。理论上该技术方案在一定条件下可适用于紧固件规格型号和工况相对固定的生产制造工位，但在应对需要更换铆接件情况时，在操作上十分繁琐，对可能造成铆接强度误差的情况无任何其他的辅助检测和控制手段，比如拉杆松脱，比如同规格尺寸的铆螺母本身的材质差异及个体差异使得在相同的拉铆行程条件下，未必能确保产出确定合格的铆接强度等，该技术系统精度和可靠性比较低下。

铆接紧固件拉铆过程的变形通常可分为：弹性变形、屈服变形、加工硬化（均匀塑性变形）、不均匀集中塑性变形。从铆接材料力学过程的视角看，铆钉/铆螺母在拉铆过程中的关键控制点在于形成屈服变形,在微观层面上对应为应力-应变关系控制，因此拉铆质量的控制，更应趋向于对铆接力（Pulling Force）及停止加载时机点(铆接力-时间曲线)的控制上，使其在可控可调的载荷条件下处于稳定的屈服和塑性变形区间，也即形成在屈服和镦粗阶段的有效拉铆压力的保持和控制。

在拉铆钉中，通过在抽芯杆与铆钉头之间设置标准的载荷槽结构来自适应控制铆接结束点及其需要的拉铆载荷。但对于铆螺母，目前更多地依赖于人对压力的控制。而从屈服阶段到镦粗阶段，镦粗到什么形貌，各个阶段压力的大小和保持时间，都依赖个人经验，很难保证不出现欠铆、过铆、铆接螺纹副损伤、拉杆过载折断等情形。因此，从基础材料力学层面思考，可靠铆接至少需要在铆接时间轴（Time）上精密可测控铆接力（Pulling Force）和拉铆行程（Stroke）的系统，市场对可精密测控可连续保证铆接强度的铆接技术和产品的需求也非常迫切。

随着新型铆接技术的研究和发展，出现了通过压力传感器监测传动液压的压力而实现间接控制铆接力的技术方案（如中国专利CN109604507A），该技术方案通过位移传感器检测和控制铆接行程，通过液压传动的液体压力检测来间接实现控制铆接力的精度、实时性和有效性存在疑问。另外，该技术方案是基于流体铆接工具开发的辅助测控手段，工具本身需要使用流体压力作为动力源，但电控系统使用电源，两个系统能源种类不同，使用受限严重。

铆接行业对于铆接力和拉铆行程的测控技术也进行了一定的研究和开发，在特殊铆接紧固件上，比如小型短尾拉铆钉，使用拉力传感器获取更为精准而直接的拉铆过程实时拉力已经有了技术实现方案（如中国专利CN212042509U）。该技术方案内置拉力传感器前端与拉铆功能头固定，后端用丝杆螺母套与可伸缩的驱动丝杆固定连接，结构上拉力传感器与前后部件固定，运动关系上拉力传感器与可伸缩的驱动丝杆相同，该技术方案同时使用MCU系统电路进行自动控制，完成整体联接件的铆接作业。该技术方案通过压力传感器检测的拉力来控制拉铆行程，当拉力传感器检测到的拉力值达到设定值或者达到铆枪的行程电机刹车0.3S。但该技术方案未对使用最为广泛的抽芯铆钉、拉铆螺母和压铆螺母等等其他种类的铆接紧固件的适用性进行进一步的技术研究和实现。由于铆接紧固件规格种类多，材质性能差异大，适用范围也不同，各种类铆接紧固件铆接方法和铆接功能头完全不同，使用该技术方案可实现实时拉力测控与有条件的被动的伸缩移动控制，但无法实现更复杂运动关系的测控功能。

综上，能适应不同铆接方式下对铆接过程参数铆接力（Pulling Force）、铆行程（Stroke）和铆接装置内部动力传动机构（Power Transmission）的运动进行实时测控的机电一体化数控铆接系统，是实现精密数字化铆接的必要基础，而现有技术中无法解决电动工具作为动力源的情况下，如何对铆接过程中的过程参数铆接力进行实时监控与输出的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种能实时检测铆接力的铆接装置。

一种具有测控功能的铆接装置，包括机架，所述的机架内设有主轴和用于驱动主轴转动的动力机构，所述的机架内还设有与主轴连接的铆接功能组件，所述的铆接功能组件包括与主轴螺纹连接的内管，且当主轴正转或反转时能带动内管相对机架前后运动，所述的机架中部设有传感器腔体，所述的传感器腔体内设有压力传感器，所述的主轴穿设于压力传感器内，且主轴可相对压力传感器周向转动，所述的主轴位于压力传感器两侧分别设有前推力轴承和后推力轴承，所述的主轴承受轴向载荷时可通过前推力轴承和/或后推力轴承将轴向载荷转化为前推力轴承和/或后推力轴承与压力传感器之间的压力。

主轴贯穿压力传感器中部实现压力传感器不干扰主轴转动，利用前推力轴承和后推力轴承实现主轴轴向载荷转化为对压力传感器的压力，该压力传感器的压力值即为与主轴轴向载荷大小相等方向相反的力，因此可实现主轴轴向载荷通过压力传感器感应，得出主轴对于内管传递给铆螺母的拉铆力，并输出压力信号用于测控。

在上述的具有测控功能的铆接装置中，所述的主轴一端为与动力机构连接的输入端，另一端为与内管螺纹连接的输出端，所述的输入端上设有轴肩，所述的机架内固定连接有后推力轴承座，所述的后推力轴承嵌套于后推力轴承座与轴肩之间。后推力轴承和轴肩作用在于确保主轴能正常周向转动不受影响的同时还能传递轴向载荷，轴向载荷的受力处位于后推力轴承座内，而后推力轴承座又通过同轴固定连接的法兰盘与机架固定连接，因此，主轴靠近后推力轴承一侧的轴向载荷直接作用于机架上，且主轴轴向上的自由度被限制，只能周向转动。

在上述的具有测控功能的铆接装置中，所述的机架与内管之间设有主功能管，所述的主功能管一端与铆接功能组件连接，另一端设有前推力轴承座，所述的前推力轴承设置于前推力轴承座内。主功能管上设置前推力轴承座，使得主功能管在主轴对铆接功能组件动作时，主轴产生的轴向力会直接通过主功能管作用于前推力轴承上，前推力轴承又与压力传感器一侧接触，而压力传感器另一侧抵靠在传感器腔体的侧壁上，传感器腔体的侧壁作为承压面，前推力球轴承座与压力传感器形成一个对前推力球轴承周向限位轴向间隙可变的约束性腔体，从而实现了主轴轴向载荷（即铆接拉力）从铆接功能组件——主功能管——前推力轴承——压力传感器的传递，压力传感器感应到的压力大小即为拉铆力的实时反应。

在上述的具有测控功能的铆接装置中，所述的压力传感器一端可以与前推力轴承贴合，另一端与传感器腔体远离前推力轴承一侧相抵靠。压力传感器一端抵靠在传感器腔体的侧壁上，可以确保另一侧与前推力轴承保持安装初始状态0压力接触以保证压力传感器0基准位设计。

在上述的具有测控功能的铆接装置中，前推力轴承和压力传感器之间还留有活动间隙。活动间隙也可以确保压力传感器的0基准位设计。

在上述的具有测控功能的铆接装置中，所述的主功能管与机架之间转动连接，且机架上还设有可控制主功能管相对机架转动和锁止的止转结构。为了适应不同的工作场合，主功能管需要在机架内具有周向转动的自由度，通过止转机构对于主功能管自由度的锁定和解锁，可以切换铆接装置的不同功能，当主功能管可以转动时，铆接装置可以旋入螺母和旋出已经拉铆完成的螺母；当主功能管被锁定后，铆接装置进入拉铆状态。

在上述的具有测控功能的铆接装置中，所述的机架与主功能管之间设有转动轴承，所述的机架上设有转动轴承座，所述的机架上位于轴承远离轴承座一侧设有限制轴承位置的卡簧。通过卡簧限主功能管在轴向上的位移，使主功能管只能在周向方向上在机架内转动。

在上述的具有测控功能的铆接装置中，所述的转动轴承包含前转动轴承和后转动轴承，所述的后转动轴承设置于转动轴承座内，所述的卡簧设置于前转动轴承与机架之间。采用双轴承同轴共架一体式机架的架构，可以减少连接紧固要求，还可以提高主功能管在机架内的稳定性和抗扭性能。

在上述的具有测控功能的铆接装置中，所述的主功能管上设有止转孔，所述的止转结构包括穿设于机架上的止转柱塞，所述的止转柱塞可穿入止转孔内。止转柱塞穿入止转孔时，主功能管在周向上可以转动的自由度被锁死，无法转动；止转柱塞离开止转孔后，主功能管恢复在轴向上可以转动的自由度。

在上述的具有测控功能的铆接装置中，所述的止转孔与止转柱塞之间还留有一定的间隙，孔径单边间隙大于主功能在工作时的任何轴向位移。

在上述的具有测控功能的铆接装置中，所述的止转柱塞上还设有限位块，所述的机架在止转柱塞的行径上设有对限位块进行限位的限位台，所述的机架上还设有也能用于对限位块进行限位的侧压钢珠和侧压弹簧，所述的侧压弹簧使侧压钢珠始终具有靠近止转柱塞的趋势的。限位台通过对限位块的限位避免止转柱塞过于靠近主功能管以防止止转柱塞顶到止转孔的顶部造成磨损；所述的侧压弹簧可以使侧压钢珠始终具有靠近止转柱塞并抵靠在限位块上防止止转柱塞朝靠近主功能管方向移动，使主功能管保持解锁的状态。当止转柱塞收到 可以克服侧压钢珠给与的摩擦力之后会将侧压钢珠顶开并压缩侧压弹簧，并且自身伸入止转孔中。

在上述的具有测控功能的铆接装置中，所述的铆接功能组件包括与内管远离主轴一端连接的套管，所述的套管内设有螺杆。螺杆上设有螺纹用于旋入铆螺母中，内管通过套管，实现主轴与螺杆的连接，使螺杆可以跟随主轴转动而转动，也可以跟随主轴的的转动而前进或者后退。

在上述的具有测控功能的铆接装置中，所述的套管内设有始终具有向外顶压螺杆趋势的预紧结构。预紧力是传动螺纹副可以重复进出的必要条件。

在上述的具有测控功能的铆接装置中，所述的预紧结构包括内管钢球、套管钢球和螺杆预紧弹簧，所述的螺杆预紧弹簧一端与套管钢球相连，另一端伸出套管与内管钢球相连。内管的内腔与主轴端面形成空气安全阀，主轴与内管之间的铆接行程传动螺纹副前进时腔内空气被压缩，压缩空气对传动螺纹副产生预紧力，传动螺纹副上的预紧力可消除螺纹传动空回行程对传动的影响，同时可自动补偿螺纹磨损。

在上述的具有测控功能的铆接装置中，所述的螺杆外侧还套设有前塞管，所述的前塞管内设有预紧套管弹簧，所述的预紧套管弹簧一端与套管相连，另一端设置于前塞管内部远离套管的一端。螺杆在工作时要求紧固限位精确，工作时不可松脱，否则会破坏传动系统，并使产品失效。铆螺母与螺杆前端外螺纹之间的旋进旋出，铆接上料时将铆螺母旋进拉杆，铆接结束后需要从铆螺母旋出，所以螺杆上设置防松脱预紧力很有必要。螺杆后端面与钢珠是干涉配合，由预紧套管弹簧提供预紧力。前塞管一端与主功能管通过螺纹内外管接轴向固定并由锁紧环锁紧，另一端上设有导嘴用于将前塞管与螺杆嵌套起来。

作为另一种方案，在上述的具有测控功能的铆接装置中，所述的铆接功能组件包括与内管远离主轴一端连接的套管，所述的套管前端设有用于抓取铆钉的爪片，所示的套管外侧还设有前塞管，所述的前塞管外侧设有使前塞管与机架连接的锁紧环，所述的前塞管端部设有导嘴，所述的套管与内管之间设有预紧结构。

在上述的具有测控功能的铆接装置中，所述的预紧结构包括设置于内管的内管钢球和设置于爪片后端的弹簧座，所述的弹簧座与内管钢球之间设有预紧弹簧。

在上述的具有测控功能的铆接装置中，所述的动力机构包含电机和变速箱，所述的变速箱包含驱动主轴转动的输出轴，所述的输出轴上还设有角度传感器。通过对输出轴的角度的计算，且主轴与输出轴为同轴、同幅、同向的转动关系，即可以得出主轴和螺杆上转动的角度，通过螺纹尺寸换算出直线位移继而可以计算出拉铆的行程参数。

在上述的具有测控功能的铆接装置中，所述的变速箱包含与电机相连的输入轴小齿和与输出轴相连的输出轴大齿，所述的输入轴小齿与输出轴大齿之间还设有减速齿组。通过变速箱中的减速齿组和小齿大齿，既可以放大电机的传动给主轴的扭矩，同事又可以电机输出给主轴的转速减小到适应铆接工作的转读，是实现重载铆接的基础。

在上述的具有测控功能的铆接装置中，所述的动力机构包含气缸或者液压缸，所述的气缸或者液压缸上设有与主轴相连的输出轴。动力来源也可以是液压或者气压。

在上述的具有测控功能的铆接装置中，所述的铆接功能组件还可以是铆钉功能组件、短尾拉铆钉功能组件。

与现有技术相比，本发明设置了压力传感器和贯穿压力传感器的主轴，可以实时监控铆接工作过程中的拉铆力，极大的提升了使用体验，提高了工作强度和工作精度；在内管外设置主功能管，使螺杆可以转动也可以移动，增加了可使用的功能还提高了工作效率；在主功能管与机架之间设置双轴承，提升主功能管的稳定性，延长使用寿命；设置变速箱，加强了扭矩，具有更好的铆接效益。

附图说明

图1是本发明提供的实施例1的剖视结构示意图；

图2是本发明提供的实施例2的剖视结构示意图。

图3是本发明中铆接拉力的曲线图。

图中，1、机架；11、传感器腔体；2、主轴；3、动力机构；31、电机；32、变速箱；4、铆接功能组件；41、内管； 5、压力传感器；51、后推力轴承；52、轴肩；53、后推力轴承座；54、前推力轴承；55、前推力轴承座； 6、主功能管； 7、止转结构；71、转动轴承座；72、卡簧；73、前转动轴承；74、后转动轴承；75、止转柱塞； 77、止转孔；78、限位块；79、限位台；710、侧压钢珠；711、侧压弹簧；8、套管；81、螺杆；82、预紧结构；821、内管钢球；822、套管钢球；83、螺杆预紧弹簧；84、前塞管；85、预紧套管弹簧；86、导嘴；8a、爪片；8b、锁紧环；8c、弹簧座；8d、预紧弹簧； 9、角度传感器。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例1

如图1所示，本具有测控功能的铆接装置，包括机架1，所述的机架1内设有主轴2和用于驱动主轴2转动的动力机构3，所述的机架1内还设有与主轴2连接的铆接功能组件4，所述的铆接功能组件4包括与主轴2螺纹连接的内管41，且当主轴2正转或反转时能带动内管41相对机架1前后运动，所述的机架1中部设有传感器腔体11，所述的传感器腔体11内设有压力传感器5，所述的主轴2穿设于压力传感器5内，且主轴2可相对压力传感器5周向转动，所述的主轴2位于压力传感器5两侧分别设有前推力轴承54和后推力轴承51，所述的主轴2承受轴向载荷时可通过前推力轴承54和/或后推力轴承51将轴向载荷转化为前推力轴承54和/或后推力轴承51与压力传感器5之间的压力。主轴2贯穿压力传感器5中部实现压力传感器5不干扰主轴2转动，利用前推力轴承54和后推力轴承51实现主轴2轴向载荷转化为对压力传感器5的压力，该压力传感器5的压力值即为与主轴2轴向载荷大小相等方向相反的力，因此可实现主轴2轴向载荷通过压力传感器5感应，得出主轴2对于内管41传递给铆螺母的拉铆力，并输出压力信号用于测控。所述的主轴2一端为与动力机构3连接的输入端，另一端为与内管41螺纹连接的输出端，所述的输入端上设有轴肩52，所述的机架1内固定连接有后推力轴承座53，所述的后推力轴承51嵌套于后推力轴承座53与轴肩52之间。后推力轴承51和轴肩52作用在于确保主轴2能正常周向转动不受影响的同时还能传递轴向载荷，轴向载荷的受力处位于后推力轴承座53内，而后推力轴承座53又通过同轴固定连接的法兰盘与机架1固定连接，因此，主轴2靠近后推力轴承51一侧的轴向载荷直接作用于机架1上，且主轴2轴向上的自由度被限制，只能周向转动。所述的机架1与内管41之间设有主功能管6，所述的主功能管6一端与铆接功能组件4连接，另一端设有前推力轴承座55，所述的前推力轴承54设置于前推力轴承座55内。主功能管6上设置前推力轴承座55，使得主功能管6在主轴2对铆接功能组件4动作时，主轴2产生的轴向力会直接通过主功能管6作用于前推力轴承54上，前推力轴承54又与压力传感器5一侧接触，而压力传感器5另一侧抵靠在传感器腔体11的侧壁上，传感器腔体11的侧壁作为承压面，从而实现了主轴2轴向载荷（即铆接拉力）从铆接功能组件4——主功能管6——前推力轴承54——压力传感器5的传递，压力传感器5感应到的压力大小即为拉铆力的实时反应。所述的压力传感器5一端可以与前推力轴承54贴合，另一端与传感器腔体11远离前推力轴承54一侧相抵靠。压力传感器5一端抵靠在传感器腔体11的侧壁上，可以确保另一侧与前推力轴承54保持安装初始状态0压力接触以保证压力传感器50基准位设计。前推力轴承54和压力传感器5之间还留有活动间隙。活动间隙也可以确保压力传感器5的0基准位设计。

所述的主功能管6与机架1之间转动连接，且机架1上还设有可控制主功能管6相对机架1转动和锁止的止转结构7。为了适应不同的工作场合，主功能管6需要在机架1内具有周向转动的自由度，通过止转机构对于主功能管6自由度的锁定和解锁，可以切换铆接装置的不同功能，当主功能管6可以转动时，铆接装置可以旋入螺母和旋出已经拉铆完成的螺母；当主功能管6被锁定后，铆接装置进入拉铆状态。所述的机架1与主功能管6之间设有转动轴承，所述的机架1上设有转动轴承座71，所述的机架1上位于轴承远离轴承座一侧设有限制轴承位置的卡簧72。通过卡簧72限主功能管6在轴向上的位移，使主功能管6只能在周向方向上在机架1内转动。所述的转动轴承包含前转动轴承73和后转动轴承74，所述的后转动轴承74设置于转动轴承座71内，所述的卡簧72设置于前转动轴承73与机架1之间。采用双轴承同轴共架一体式机架1的架构，可以提高主功能管6在机架1内的稳定性。所述的主功能管6上设有止转孔77，所述的止转结构7包括穿设于机架1上的止转柱塞75，所述的止转柱塞75可穿入止转孔77内。止转柱塞75穿入止转孔77时，主功能管6在周向上可以转动的自由度被锁死，无法转动；止转柱塞75离开止转孔77后，主功能管6恢复在轴向上可以转动的自由度。

所述的止转柱塞75上还设有限位块78，所述的机架1在止转柱塞75的行径上设有对限位块78进行限位的限位台79，所述的机架1上还设有也能用于对限位块78进行限位的侧压钢珠710和侧压弹簧711，所述的侧压弹簧711使侧压钢珠710始终具有靠近止转柱塞75的趋势的。限位台79通过对限位块78的限位避免止转柱塞75过于靠近主功能管6以防止止转柱塞75顶到止转孔77的顶部造成磨损；所述的侧压弹簧711可以使侧压钢珠710始终具有靠近止转柱塞75并抵靠在限位块78上防止止转柱塞75朝靠近主功能管6方向移动，使主功能管6保持解锁的状态。当止转柱塞75受到可以克服侧压钢珠710施加的摩擦力之后会将侧压钢珠710顶开并压缩侧压弹簧711，并且自身伸入止转孔77中。

所述的铆接功能组件4包括与内管41远离主轴2一端连接的套管8，所述的套管8内设有螺杆81。螺杆81上设有螺纹用于旋入铆螺母中，内管41通过套管8，实现主轴2与螺杆81的连接，使螺杆81可以跟随主轴2转动而转动，也可以跟随主轴2的的转动而前进或者后退。

所述的套管8内设有始终具有向外顶压螺杆81趋势的预紧结构82。预紧力是传动螺纹副可以重复进出的必要条件。所述的预紧结构82包括内管钢球821、套管钢球821和螺杆预紧弹簧83，所述的螺杆预紧弹簧83一端与套管钢球821相连，另一端伸出套管8与内管钢球821相连。内管41的内腔与主轴2端面形成空气安全阀，主轴2与内管41之间的铆接行程传动螺纹副前进时腔内空气被压缩，压缩空气对传动螺纹副产生预紧力，传动螺纹副上的预紧力可消除螺纹传动空回行程对传动的影响，同时可自动补偿螺纹磨损。所述的螺杆81外侧还套设有前塞管84，所述的前塞管84内设有预紧套管弹簧85，所述的预紧套管弹簧85一端与套管8相连，另一端设置于前塞管84内部远离套管8的一端。螺杆81在工作时要求紧固限位精确，工作时不可松脱，否则会破坏传动系统，并使产品失效。铆螺母与螺杆81前端外螺纹之间的旋进旋出，铆接上料时将铆螺母旋进拉杆，铆接结束后需要从铆螺母旋出，所以螺杆81上设置防松脱预紧力很有必要。螺杆81后端面与钢珠是干涉配合，由预紧套管弹簧85提供预紧力。前塞管84一端与主功能管6螺纹连接，另一端上设有导嘴86用于将前塞管84与螺杆81嵌套起来。

所述的动力机构3包含电机 31和变速箱32，所述的变速箱32包含驱动主轴2转动的输出轴，所述的输出轴上还设有角度传感器。9通过对输出轴的角度的计算，可以得出主轴2和螺杆81上转动的角度，通过螺纹尺寸换算出直线位移继而可以计算出拉铆的行程参数。所述的变速箱32包含与电机 31相连的输入轴小齿和与输出轴相连的输出轴大齿，所述的输入轴小齿与输出轴大齿之间还设有减速齿组。通过变速箱32中的减速齿组和小齿大齿，既可以放大电机 31的传动给主轴2的扭矩，同事又可以电机 31输出给主轴2的转速减小到适应铆接工作的转读，是实现重载铆接的基础。

压力传感器5受力分析：

由于主轴2的转动带动主轴2与内管41之间的螺旋副将内管41向后拉，则主轴2收到的是向前的力，由于主轴2后端通过轴肩52抵靠在后推力轴承51上，后推力轴承51抵靠在后推力轴承座53上，后推力轴承座53又通过一固定件与机架1固定在一起，因此在主轴2后端的力转移至机架1上（即承压后壁上），而主轴2前端产生的轴向载荷将螺柱向内拉，螺柱上螺纹连接有铆螺母，因此在向后拉铆螺母时，导嘴86抵靠在工件上或螺母的基座上，导嘴86通过前塞管84、主功能管6的微小移动，消除前推力轴承54与压力传感器5的轴向游隙，然后由主轴2拉力变为主功能管6对前推力轴承54的压力，前推力轴承54的静板一侧对压力传感器5产生的压力，压力传感器5的背面与机架1上的承压前壁作为支撑，因而压力传感器5实际测得的压力信号即为主轴2拉力，利用压力传感器5输出信号至测控系统。

本发明的工作过程如图3所示：

1、加载(Install)阶段，主轴2正转，铆螺母旋入螺杆81中，止转机构将主功能管6解锁，主功能管6和螺杆81可以跟随主轴2正转。

2、施铆（Setting）阶段，主轴2继续正转，止转机构将主功能管6锁定，主功能管6无法转动，螺杆81无法转动，只能在主轴2的带动下后退，使铆螺母形成镦头，紧固拉铆工件。

3、释放（Release）阶段，切换电机 31使主轴2反转，止转机构将主功能管6解锁，螺杆81旋出铆螺母。

实施例2

如图2所示，本实施例与实施例1的结构和原理基本相同，不同的地方在于，本申请的铆接功能组件用于拉铆钉，所述的铆接功能组件包括与内管41远离主轴一端连接的套管8，所述的套管前端设有用于抓取铆钉的爪片8a，所示的套管8外侧还设有前塞管84，所述的前塞管84外侧设有使前塞管与机架连接的锁紧环8b，所述的前塞管84端部设有导嘴86，所述的套管8与内管41之间设有预紧结构。

所述的预紧结构包括设置于内管41的内管钢球821和设置于爪片8a后端的弹簧座8c，所述的弹簧座8c与内管钢球821之间设有预紧弹簧8d。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (18)

1.一种具有测控功能的铆接装置，包括机架(1)，所述的机架(1)内设有主轴(2)和用于驱动主轴(2)转动的动力机构(3)，所述的机架(1)内还设有与主轴(2)连接的铆接功能组件(4)，所述的铆接功能组件(4)包括与主轴(2)螺纹连接的内管(41)，且当主轴(2)正转或反转时能带动内管(41)相对机架(1)前后运动，其特征在于：所述的机架(1)中部设有传感器腔体(11)，所述的传感器腔体(11)内设有压力传感器( 5)，所述的主轴(2)穿设于压力传感器( 5)内，且主轴(2)可相对压力传感器( 5)周向转动，所述的主轴(2)位于压力传感器(5)两侧分别设有前推力轴承(54)和后推力轴承(51)，所述的主轴(2)承受轴向载荷时可通过前推力轴承(54)和/或后推力轴承(51)将轴向载荷转化为前推力轴承(54)和/或后推力轴承(51)与压力传感器( 5)之间的压力。

2.根据权利要求1所述的具有测控功能的铆接装置，其特征在于：所述的主轴(2)一端为与动力机构(3)连接的输入端，另一端为与内管(41)螺纹连接的输出端，所述的输入端上设有轴肩(52)，所述的机架(1)内固定连接有后推力轴承(51)座，所述的后推力轴承(51)嵌套于后推力轴承(51)座与轴肩(52)之间。

3.根据权利要求1所述的具有测控功能的铆接装置，其特征在于：所述的机架(1)与内管(41)之间设有主功能管( 6)，所述的主功能管( 6)一端与铆接功能组件(4)连接，另一端设有前推力轴承(54)座，所述的前推力轴承(54)设置于前推力轴承(54)座内。

4.根据权利要求1所述的具有测控功能的铆接装置，其特征在于：所述的压力传感器(5)一端可以与前推力轴承(54)贴合，另一端与传感器腔体(11)远离前推力轴承(54)一侧相抵靠。

5.根据权利要求4所述的具有测控功能的铆接装置，其特征在于：前推力轴承(54)和压力传感器( 5)之间还留有活动间隙。

6.根据权利要求1所述的具有测控功能的铆接装置，其特征在于：所述的主功能管( 6)与机架(1)之间转动连接，且机架(1)上还设有可控制主功能管( 6)相对机架(1)转动和锁止的止转结构( 7)。

7.根据权利要求6所述的具有测控功能的铆接装置，其特征在于：所述的机架(1)与主功能管( 6)之间设有转动轴承，所述的机架(1)上设有转动轴承座(71)，所述的机架(1)上位于轴承远离轴承座一侧设有限制轴承位置的卡簧(72)。

8.根据权利要求7所述的具有测控功能的铆接装置，其特征在于：所述的转动轴承包含前转动轴承(73)和后转动轴承(74)，所述的后转动轴承(74)设置于转动轴承座(71)内，所述的卡簧(72)设置于前转动轴承(73)与机架(1)之间。

9.根据权利要求8所述的具有测控功能的铆接装置，其特征在于：所述的主功能管( 6)上设有止转孔( 77)，所述的止转结构( 7)包括穿设于机架(1)上的止转柱塞(75)，所述的止转柱塞(75)可穿入止转孔( 77)内。

10.根据权利要求9所述的具有测控功能的铆接装置，其特征在于：所述的止转柱塞(75)上还设有限位块(78)，所述的机架(1)在止转柱塞(75)的行径上设有对限位块(78)进行限位的限位台(79)，所述的机架(1)上还设有也能用于对限位块(78)进行限位的侧压钢珠(710)和侧压弹簧(711)，所述的侧压弹簧(711)使侧压钢珠(710)始终具有靠近止转柱塞(75)的趋势的。

11.根据权利要求1所述的具有测控功能的铆接装置，其特征在于：所述的铆接功能组件(4)包括与内管(41)远离主轴(2)一端连接的套管(8)，所述的套管(8)内设有螺杆(81)。

12.根据权利要求11所述的具有测控功能的铆接装置，其特征在于：所述的套管(8)内设有始终具有向外顶压螺杆(81)趋势的预紧结构(82)。

13.根据权利要求12所述的具有测控功能的铆接装置，其特征在于：所述的预紧结构(82)包括内管(41)钢球、套管(8)钢球和螺杆(81)预紧弹簧(8d)，所述的螺杆(81)预紧弹簧(8d)一端与套管(8)钢球相连，另一端伸出套管(8)与内管(41)钢球相连。

14.根据权利要求12所述的具有测控功能的铆接装置，其特征在于：所述的螺杆(81)外侧还套设有前塞管(84)，所述的前塞管(84)内设有预紧套管(8)弹簧，所述的预紧套管(8)弹簧一端与套管(8)相连，另一端设置于前塞管(84)内部远离套管(8)的一端。

15.根据权利要求1所述的具有测控功能的铆接装置，其特征在于：所述的铆接功能组件(4)包括与内管(41)远离主轴(2)一端连接的套管(8)，所述的套管(8)前端设有用于抓取铆钉的爪片(8a)，所示的套管(8)外侧还设有前塞管(84)，所述的前塞管(84)外侧设有使前塞管(84)与机架(1)连接的锁紧环(8b)，所述的前塞管(84)端部设有导嘴(86)，所述的套管(8)与内管(41)之间设有预紧结构(82)。

16.根据权利要求1所述的具有测控功能的铆接装置，其特征在于：所述的动力机构(3)包含电机(31)和变速箱(32)，所述的变速箱(32)包含驱动主轴(2)转动的输出轴，所述的输出轴上还设有角度传感器( 9)。

17.根据权利要求16所述的具有测控功能的铆接装置，其特征在于：所述的变速箱(32)包含与电机(31)相连的输入轴小齿和与输出轴相连的输出轴大齿，所述的输入轴小齿与输出轴大齿之间还设有减速齿组。

18.根据权利要求1所述的具有测控功能的铆接装置，其特征在于：所述的动力机构(3)包含气缸或者液压缸，所述的气缸或者液压缸上设有与主轴(2)相连的输出轴。