CN112621194A - 一种内止-外动式拧紧器、压装装置和拧紧方法 - Google Patents

一种内止-外动式拧紧器、压装装置和拧紧方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种内止－外动式拧紧器、压装装置和拧紧方法，内止－外动式拧紧器包括基台、内止机构和外动机构；内止机构包括芯轴、固定头和弹性件，芯轴的一端设置在基台上，固定头设置在芯轴的另一端，其中在固定头具有用于防止转动的第一固定部，固定头在受到外力时，芯轴能够沿其轴向压缩弹性件；外动机构包括套筒和驱动件，驱动件设置在基台上，套筒套设在芯轴的外周并且在驱动件的驱使下能够围绕芯轴进行转动，套筒具有用于旋转拧紧的第二固定部。本发明具有结构紧凑、作业效率高、拧紧力矩可控、劳动强度小的优点。

Description

一种内止-外动式拧紧器、压装装置和拧紧方法
技术领域
本发明涉及自动化技术领域，具体涉及一种内止-外动式拧紧器、压装装置和拧紧方法。
背景技术
日益提高的劳动力成本，是每个企业生存和发展过程中不得不面临的问题。每个企业都在绞尽脑汁地提高生产效率，提高工业自动化，以提高市场竞争力。装配和维护是机械自动化中的一项重要工艺，而螺母的拧动是机械装配和维修必不可少的工序。它的效率直接影响着产品的生产效率和品质，也直接影响着企业的利润和存亡。
目前在汽车的制造过程中，螺母拧紧是最重要的装配工艺，在装配过程中，待装配的工件类型多种多样，因此也需要配套有多种不同的拧紧工具，针对于类似减震器等需要二次加力拧紧的零件，主要还采用人工的方式，其具体拧紧过程为：首先使用治具将零件固定，然后使用电枪对螺母进行预紧，最后采用特殊的力矩扳手进行紧固，紧固时内止头不能产生相对运动，确保力矩稳定。
这种人工二次加力拧紧过程存在劳动强度大，拧紧力矩不可控，操作不便等诸多缺陷。
基于此，针对需要二次加力的零件拧紧，本申请提供一种内止-外动式拧紧器、压装装置和拧紧方法，以解决现有技术的缺陷。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种内止-外动式拧紧器、压装装置和拧紧方法，具有结构紧凑、作业效率高、拧紧力矩可控、劳动强度小的优点。
本发明的第一目的是提供一种内止-外动式拧紧器，其包括基台、内止机构和外动机构；
内止机构包括芯轴、固定头和弹性件，芯轴的一端设置在基台上，固定头设置在芯轴的另一端，其中在固定头具有用于防止转动的第一固定部，固定头在受到外力时，芯轴能够沿其轴向压缩弹性件；
外动机构包括套筒和驱动件，套筒套设在芯轴的外周并且在驱动件的驱使下能够围绕芯轴进行转动，套筒具有用于旋转拧紧的第二固定部。
在本发明的上述技术方案中，在进行二次加力拧紧过程中，通过第一固定部与部件一限位配合，然后通过第二固定部与需要锁紧的部件二限位配合，在驱动件的作用下，套筒相对芯轴进行旋转，进而带动部件二相对部件一转动以进行内止-外动式锁紧。
具体的，弹性件在配合拧紧的初始阶段被压缩，在拧紧的过程中逐渐张开，以保持配合的稳定性。
根据本发明的另一种具体实施方式，驱动件包括驱动轴、主传动齿轮和从传动齿轮，主传动齿轮和从传动齿轮互相啮合，驱动轴与主传动齿轮驱动连接，套筒于从传动齿轮相连接。
根据本发明的另一种具体实施方式，外动机构进一步包括用于检测驱动轴扭矩的力矩传感器。
根据本发明的另一种具体实施方式，内止机构进一步包括中空的安装筒座和位置传感器，安装筒座设置在基台上，弹性件设置于安装筒座内并位于芯轴的外周，位置传感器设置于安装筒座上，其中在固定头受到外力时，芯轴能够沿其轴向压缩弹性件并触发位置传感器。
根据本发明的另一种具体实施方式，芯轴包括圆柱形的第一段和棱台形的第二段，套筒套设于第一段的外周，在基台上设有连接座，连接座设有与第二段形状适配的孔，第二段设置于连接座的孔中。
根据本发明的另一种具体实施方式，弹性件为弹簧。
根据本发明的另一种具体实施方式，内止机构进一步包括连接接头，固定头通过连接接头设置于芯轴的另一端。
本发明的第二目的是提供一种压装装置，其包括：
前述的内止-外动式拧紧器；
用于夹持工件的夹持机构；以及
用于对拧紧后的工件进行防呆的色标打印机构。
本发明的第三目的是提供一种通过前述的内止-外动式拧紧器拧紧螺母的方法，方法包括以下步骤：
1)将工件放置在指定工位后进行定位；
2)利用升降机构带动基台、内止机构和外动机构下降至指定高度位置；
3)内止机构中的固定头与工件轴相抵，外动机构中的套筒通过第二固定部与螺母配合，此时固定头上的第一固定部与工件轴之间对正或者不对正；
4)驱动件驱动套筒反转一定角度，使得步骤3)中固定头上的第一固定部与工件轴对正配合；
5)驱动件驱动套筒持续正转至设定力矩值。
根据本发明的另一种具体实施方式，进一步包括：
6)采用设置在芯轴上端的位置传感器进行螺母到位检测：
驱动件驱动套筒持续正转，螺母持续旋入，在弹性件的作用下，与工件轴对正的第一固定部抵在螺母表面并持续下移，带动芯轴下移；
此时芯轴的上端触发位置传感器；
在套筒持续正转至设定力矩值的同时，芯轴的上端下降至位置传感器的下方，此时芯轴的上端停止触发位置传感器。
本发明具备以下有益效果：
本发明的拧紧器采用内止机构和外动机构相互配合，具有结构紧凑、作业效率高的优点，能够自动化快速进行二次加力的过程，降低了劳动强度。
本发明的内止机构能够自动找正工件轴并与芯轴相固定，形成稳定连接关系。
本发明通过位置传感器和力矩传感器的协同作用，一方面可以检测拧紧到位，另一方面可以检测拧紧力矩满足要求，具有更高的稳定性，可以广泛应用于减震器、活塞类无固定的力矩拧紧以及转向机的万向球头的螺母拧紧等。
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
附图说明
图1是本发明拧紧器的结构示意图；
图2是本发明拧紧器的立体图；
图3是本发明拧紧器的剖面示意图；
图4是本发明拧紧器的分解示意图；
图5是本发明压装装置的结构示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不限于下面公开的具体实施例的限制。
实施例1
汽车减震器装配过程中，需要先采用治具将零件主体固定，再使用电枪对螺母进行预紧，接着通过工具固定内止头，最后进行螺母的拧紧。
本实施例提供了一种内止-外动式拧紧器，能够进行自动拧紧，如图1-4所示，其包括基台100、内止机构200和外动机构300；
基台100包括上基台110、下基台120和四个支撑柱130，其中上基台110与下基台120之间互相平行，四个支撑柱130连接在上基台110和下基台120之间。
内止机构200包括连接座210、芯轴220、固定头230、连接接头240、弹性件250、安装筒座260和位置传感器270。
连接座210设置在上基台110上，芯轴220的上端贯穿连接座210并从连接座210的顶端穿出，芯轴220的下端位于下基台120的下方，固定头230通过连接接头240可更换的设置在芯轴220的下端上，在固定头230上设有防止转动的第一固定部231，以用作固定止动头防止其转动。
其中为了避免芯轴220的转动，芯轴220包括圆柱形的第一段221和棱台形的第二段222，在连接座210设有与第二段222形状适配的孔211，例如为六棱形孔，第二段222设置于连接座210的孔211中。
安装筒座260为中空结构，其固定设置在上基台110与下基台120之间，并且安装筒座260套设与芯轴220和连接座210之外；在第一段221和第二段222之间具有分隔板223，弹性件250为弹簧，其套设于芯轴220的第二段222上并且位于安装筒座260内，位置传感器270设置在上基台110或者连接座210上，用于检测芯轴220的上端。
其中位置传感器270优选采用高度位置可调的接触传感器。
固定头230在受到外力时，能够通过芯轴220上的分隔板223沿其轴向向上压缩弹性件250，并产生向上的较小位移，以触发位置传感器270。
外动机构300包括套筒310、驱动件320和力矩传感器。
套筒310套设在芯轴220的外周并且在驱动件320的驱使下能够围绕芯轴220进行转动，套筒310具有用于旋转拧紧的第二固定部311，以用作旋转将螺母拧紧在止动头上；
驱动件320包括驱动器321、驱动轴322、主传动齿轮323和从传动齿轮324，驱动器321和驱动轴322均设置在上基台110，驱动器321用作带动驱动轴322进行转动，主传动齿轮323和从传动齿轮324互相啮合，二者设置在下基台120上并且优选为传动比为1，驱动轴322与主传动齿轮323驱动连接，套筒310于从传动齿轮324相连接。
具体的，套筒310通过中空转接筒330与从传动齿轮324连接，以便于装配。
力矩传感器用作检测在二次加力拧紧过程中，检测驱动轴322的力矩，进而测算出套筒310的力矩。
本实施例中，在转动配合处设置有轴承以及对应的润滑脂注入口，这里不展开进行详细说明其工作过程。
本实施例的拧紧过程为：
通过升降机构将拧紧器下降到位至与减震器端部配合，即第一固定部与减震器的止动头卡紧配合，第二固定部与该止动头上的螺母配合，此时第一固定部抵在螺母上而迫使芯轴220的上端向上伸出并触发位置传感器270；
启动驱动件320，套筒310相对芯轴220进行转动以拧紧螺母，在拧紧螺母过程中，螺母向下产生较小位移，在弹性件250的作用下芯轴220整体下移，通过力矩传感器检测驱动轴322(套筒310)力扭矩的同时，通过位置传感器270实时获取芯轴220的位置，当套筒310达到设定力矩要求时，芯轴220的上端刚好下移至位置传感器270的下方，也即通过力矩传感器和位置传感器270协同检测螺母拧紧到位和力矩合格。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上提供了一种压装装置，如图5所示，其包括多组拧紧器、用于夹持工件的夹持机构400和用于对拧紧后的工件进行防呆的色标打印机构500。
根据工件的不同可以将多组拧紧器设置为线型分布、圆周阵列或者相对设置，参见图5，两组拧紧器设置在同一直线上，以便于手动添加工件。
实施例3
本实施例在实施例1的基础上提供了一种拧紧螺母的方法，其可以通过实施例1中的拧紧器实现，包括以下步骤：
1)将工件放置在指定工位后进行定位；
2)利用升降机构带动基台、内止机构和外动机构下降至指定高度位置；
3)内止机构中的固定头与工件轴相抵，外动机构中的套筒通过第二固定部与螺母配合，此时固定头上的第一固定部与工件轴(止动头)之间对正或者不对正；
4)驱动件驱动套筒反转一定角度，例如180°，使得步骤3)中没有形成对正配合的固定头上的第一固定部与工件轴(止动头)对正配合；
5)驱动件驱动套筒持续正转至设定力矩值。
6)采用设置在芯轴上端的位置传感器进行螺母到位检测：
驱动件驱动套筒持续正转，螺母持续旋入，在弹性件的作用下，与工件轴对正的第一固定部抵在螺母表面并持续下移，带动芯轴下移；
此时芯轴的上端触发位置传感器；
在套筒持续正转至设定力矩值的同时，芯轴的上端下降至位置传感器的下方，此时芯轴的上端停止触发位置传感器。
本实施例采用力矩传感器和位置传感器进行***检测，可以准确获得螺母到位及力矩合格信息，双检测方式避免单一检测出现的不准确现象，大幅提高拧紧的质量与合格率。
虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种内止－外动式拧紧器，其包括基台(100)、内止机构(200)和外动机构(300)；
所述内止机构(200)包括芯轴(220)、固定头(230)和弹性件(250)，所述芯轴(220)的一端设置在所述基台(100)上，所述固定头(230)设置在所述芯轴(220)的另一端，其中在所述固定头(230)具有用于防止转动的第一固定部(231)，所述固定头(230)在受到外力时，所述芯轴(220)能够沿其轴向压缩所述弹性件(250)；
所述外动机构(300)包括套筒(310)和驱动件(320)，所述套筒(310)套设在所述芯轴(220)的外周并且在所述驱动件(320)的驱使下能够围绕所述芯轴(220)进行转动，所述套筒(310)具有用于旋转拧紧的第二固定部(311)。
2.如权利要求1所述的内止－外动式拧紧器，其特征在于，所述驱动件(320)包括驱动轴(322)、主传动齿轮(323)和从传动齿轮(324)，所述主传动齿轮(323)和所述从传动齿轮(324)互相啮合，所述驱动轴(322)与所述主传动齿轮(323)驱动连接，所述套筒(310)于所述从传动齿轮(324)相连接。
3.如权利要求2所述的内止－外动式拧紧器，其特征在于，所述外动机构(300)进一步包括用于检测所述驱动轴(322)扭矩的力矩传感器。
4.如权利要求1所述的内止－外动式拧紧器，其特征在于，所述内止机构(200)进一步包括中空的安装筒座(260)和位置传感器(270)，所述安装筒座(260)设置在所述基台(100)上，所述弹性件(250)设置于所述安装筒座(260)内并位于所述芯轴(220)的外周，所述位置传感器(270)设置于所述安装筒座(260)上，其中在所述固定头(230)受到外力时，所述芯轴(220)能够沿其轴向压缩所述弹性件(250)并触发所述位置传感器(270)。
5.如权利要求4所述的内止－外动式拧紧器，其特征在于，所述芯轴(220)包括圆柱形的第一段(221)和棱台形的第二段(222)，所述套筒(310)套设于所述第一段(221)的外周，在所述基台(100)上设有连接座(210)，所述连接座(210)设有与所述第二段(222)形状适配的孔(211)，所述第二段(222)设置于所述连接座(210)的孔(211)中。
6.如权利要求5所述的内止－外动式拧紧器，其特征在于，所述弹性件(250)为弹簧。
7.如权利要求1所述的内止－外动式拧紧器，其特征在于，所述内止机构(200)进一步包括连接接头(240)，所述固定头(230)通过所述连接接头(240)设置于所述芯轴(220)的另一端。
8.一种压装装置，其包括：
至少一组权利1－7之一所述的内止－外动式拧紧器；
用于夹持工件的夹持机构(400)；以及
用于对拧紧后的工件进行防呆的色标打印机构(500)。
9.一种通过权利要求1－7之一所述的内止－外动式拧紧器拧紧螺母的方法，所述方法包括以下步骤：
1)将工件放置在指定工位后进行定位；
2)利用升降机构带动基台(100)、内止机构(200)和外动机构(300)下降至指定高度位置；
3)内止机构(200)中的固定头(230)与工件轴相抵，外动机构(300)中的套筒(310)通过第二固定部(311)与螺母配合，此时固定头(230)上的第一固定部(231)与工件轴之间对正或者不对正；
4)驱动件(320)驱动套筒(310)反转一定角度，使得步骤3)中固定头(230)上的第一固定部(231)与工件轴对正配合；
5)驱动件(320)驱动套筒(310)持续正转至设定力矩值。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括：
6)采用设置在芯轴(220)上端的位置传感器(270)进行螺母到位检测：
驱动件(320)驱动套筒(310)持续正转，螺母持续旋入，在弹性件(250)的作用下，与工件轴对正的第一固定部(231)抵在螺母表面并持续下移，带动芯轴(220)下移；
此时芯轴(220)的上端触发位置传感器(270)；
在套筒(310)持续正转至设定力矩值的同时，芯轴(220)的上端下降至位置传感器(270)的下方，此时芯轴(220)的上端停止触发位置传感器(270)。
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