JP2007038384A - Automatic thread fastening device and thread fastening device - Google Patents

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Toyoaki Sugano
豊明 菅野
Tasuku Seno
佐 瀬野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To perform favorable thread fastening by applying accurate thrust force in thread fastening which requires thread fastening with low thrust force as in a very small screw. <P>SOLUTION: This automatic thread fastening device includes: a driver tool 4 for driving a driver bit 42 engaged with a screw head in rotation by an AC servo motor 41; and a thrust control mechanism 3 for changing the thrust given to the screw from the driver bit 42 in screwing the screw in a work. The thrust control mechanism 3 generates dead load support force, which supports the dead load of a member for applying load of the driver tool 4 or the like based upon the mass to the screw, and on the other hand, generates the pressing force for pressing the screw in the reverse direction to the dead load support force, which is larger than the dead load support force in screwing the screw in the work. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ワークにねじを締め付ける際に用いる自動ねじ締め装置およびねじ締め方法に関し、詳しくはねじに付与する推力を制御する自動ねじ締め装置およびねじ締め方法に関するものである。   The present invention relates to an automatic screw tightening device and a screw tightening method used when tightening a screw on a workpiece, and more particularly to an automatic screw tightening device and a screw tightening method for controlling a thrust applied to a screw.

従来、ワークにねじを締め付ける場合に用いられる装置として、特許文献１に示すようなねじ締め装置が知られている。このねじ締め装置は、モータの駆動を受けて回転するドライバビットを備えたドライバツールを有し、このドライバツールをサーボモータ駆動のボールねじ機構によりドライバビット軸線方向に往復移動操作できるように構成されたものである。このねじ締め装置は、ドライバビット先端にねじを係合させてモータを駆動し、ねじに回転伝達を行うことで当該ねじをワークに締め付けるものであるが、その時、ボールねじ機構のサーボモータの回転速度制御およびトルク制御を行い、これによりドライバツールがねじを押圧する力、所謂推力を変更するようになっている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a screw fastening device as shown in Patent Document 1 is known as a device used when fastening a screw to a workpiece. This screw tightening device has a driver tool having a driver bit that rotates in response to the driving of a motor, and is configured so that the driver tool can be reciprocated in the axial direction of the driver bit by a ball screw mechanism driven by a servo motor. It is a thing. In this screw tightening device, the screw is engaged with the tip of the driver bit to drive the motor and transmit the rotation to the screw to tighten the screw to the workpiece. At that time, the rotation of the servo motor of the ball screw mechanism Speed control and torque control are performed, whereby the force with which the driver tool presses the screw, so-called thrust, is changed.

特許第２８９４１９８号公報Japanese Patent No. 2894198

近年、各種の電気機器類をはじめとして、様々な機器において超小型化が進んでおり、これにともなって、それらの組み立てに用いるねじのサイズも極小化が進んでいる。特に小型化が著しいデジタル機器については、呼び径が１ｍｍ前後のねじが広く利用される状況となっている。こうした極小ねじを締め付ける場合には、締付トルクは勿論、推力も低いものが求められる。なぜなら、過剰な推力をかけると、めねじおよびおねじを破壊してしまったり、ねじ山同士の過剰摩擦により焼き付きを起こしてしまったりするからである。このような極小ねじの締め付けにおける適正な推力は、数十グラムから数百グラムである。しかし、上記従来のねじ締め装置においては、ドライバツールやボールねじ機構のナット部材などの質量に基づく推力以下の低い領域の推力をねじに与えることができない。したがって、極小ねじの締め付けに必要な低い領域の推力制御ができず、極小ねじの締め付けに用いた場合には、ねじに過剰な推力を与え、上述のような問題によるねじ締め不良を発生させてしまう等の問題があった。   In recent years, various devices including various electric devices have been miniaturized, and along with this, the size of screws used for assembling them has been miniaturized. Especially for digital devices that are remarkably miniaturized, screws with a nominal diameter of around 1 mm are widely used. When tightening such a micro screw, it is required to have a low thrust as well as a tightening torque. This is because if excessive thrust is applied, the female screw and the male screw are destroyed, or seizure occurs due to excessive friction between the screw threads. An appropriate thrust for tightening such a micro screw is several tens to several hundreds of grams. However, in the conventional screw tightening device, it is impossible to apply a thrust in a low region below a thrust based on the mass of a driver tool or a nut member of a ball screw mechanism to the screw. Therefore, the thrust control in the low area required for tightening the micro screw cannot be performed, and when used for tightening the micro screw, excessive thrust is applied to the screw, causing screw tightening failure due to the above-mentioned problems. There was a problem such as.

本発明は、上記課題に鑑みて創成されたものであり、極小ねじのように低推力下でのねじ締めを行う必要があるねじの締め付けにおいて、正確な推力を付与して良好なねじ締めを行うことができる自動ねじ締め装置およびねじ締め方法を提供することを目的とする。この目的を達成するために本発明は、ねじ頭部に係合可能なドライバビットを回転駆動源により回転駆動するよう構成されたドライバツールと、ワークにねじをねじ込む時に前記ドライバビットからねじに与えられる推力を変更する推力制御機構とを備えた自動ねじ締め装置であって、前記推力制御機構は、前記ドライバツールを含み、締め付けるねじに質量に基づく荷重を与えるその他の部材の自重を支え得る自重支持力を発生する支持力発生部と、ワークにねじをねじ込む時に前記自重支持力よりも大きく、しかも自重支持力とは逆方向のねじを押圧する押圧力を発生する押圧力発生部とを備えて成ることを特徴とするものである。なお、前記押圧力発生部は、異なる強さの押圧力を発生するよう構成されていることが望ましい。   The present invention has been created in view of the above problems, and in the tightening of a screw that needs to be tightened under a low thrust, such as a microminiature screw, an accurate thrust is applied to achieve a good screw tightening. An object of the present invention is to provide an automatic screw tightening device and a screw tightening method that can be performed. In order to achieve this object, the present invention provides a driver tool configured to rotationally drive a screwdriver bit engageable with a screw head by a rotary driving source, and the screwdriver bit is applied to the screw when screwed into a workpiece. An automatic screw tightening device comprising a thrust control mechanism for changing a thrust to be generated, wherein the thrust control mechanism includes the driver tool and can support the weight of other members that apply a load based on mass to a screw to be tightened. A supporting force generating unit that generates a supporting force; and a pressing force generating unit that generates a pressing force that presses the screw in a direction opposite to the self-weight supporting force when the screw is screwed into the workpiece. It is characterized by comprising. In addition, it is desirable that the pressing force generator is configured to generate pressing forces with different strengths.

また本発明は、上記目的を達成するために、ねじ頭部に係合可能なドライバビットを回転駆動源により回転駆動するよう構成されたドライバツールと、ワークにねじをねじ込む時に前記ドライバビットからねじに与えられる推力を変更する推力制御機構とを備え、ねじの頭部に係合したドライバビットを回転させてワークにねじを締め付けるねじ締め方法であって、前記推力制御機構により自重支持力を発生して前記ドライバツールの自重を支え、この状態で自重支持力よりも大きく、かつ自重支持力とは逆方向の押圧力を推力制御機構により発生し、押圧力と自重支持力との差である推力をねじに付与しつつ、ワークにねじをねじ込むことを特徴とするものでもある。なお、この場合、ねじが所定位置までねじ込まれると推力制御機構から付与される押圧力を変更することが望ましい。   In order to achieve the above object, the present invention provides a driver tool configured to rotationally drive a driver bit engageable with a screw head by a rotational drive source, and a screw from the driver bit when the screw is screwed into a workpiece. A screw control method for changing the thrust applied to the screw, and rotating a driver bit engaged with the screw head to tighten the screw on the work. The thrust control mechanism generates a self-weight support force. The driver tool supports its own weight, and in this state, the thrust control mechanism generates a pressing force that is greater than its own weight supporting force and reverse to its own weight supporting force, and is the difference between the pressing force and its own weight supporting force. It is also characterized in that the screw is screwed into the workpiece while applying thrust to the screw. In this case, it is desirable to change the pressing force applied from the thrust control mechanism when the screw is screwed to a predetermined position.

本発明の自動ねじ締め装置においては、ドライバツール等、締め付けるねじに自重に基づく荷重を与える部材の自重を支え得る自重支持力を発生させた状態で、この自重支持力以上の大きさで、ねじを押圧する方向の押圧力を発生させ、この押圧力と自重支持力との差である推力をねじに付与するようになっている。このため、ねじを締め付ける時にドライバツール等の自重に基づく推力がねじに作用するのを防止することができ、ドライバツール等の自重に基づく推力以下の、極めて低い領域の推力制御が可能となり、極小ねじのような、締め付けに際して非常に低い推力を必要とするねじの締め付けにおいても、推力を適正に制御して良好なねじ込み・締め付けを行うことができる。また、ねじのねじ込み位置に応じて押圧力を変更するようになっているため、例えば、着座直前の位置まで低推力でねじ込みを行い、着座直前の位置から締め付け完了位置まではカムアウト防止のために高推力で締め付けを行うといった、ねじ締め過程に応じた推力制御を、低推力領域においても実現することができる等の利点もある。   In the automatic screw tightening device of the present invention, in a state in which a self-weight support force capable of supporting the self-weight of a member that applies a load based on the self-weight to a screw to be tightened is generated, A pressing force is generated in a direction in which the screw is pressed, and a thrust, which is a difference between the pressing force and the own weight support force, is applied to the screw. For this reason, it is possible to prevent the thrust based on the weight of the driver tool, etc., from acting on the screw when tightening the screw, and it is possible to control the thrust in an extremely low region below the thrust based on the weight of the driver tool, etc. Even when a screw such as a screw that requires a very low thrust is used for tightening, the thrust can be controlled appropriately to achieve good screwing and tightening. In addition, since the pressing force is changed according to the screwing position of the screw, for example, screwing is performed with a low thrust to the position immediately before the seating, and from the position immediately before the seating to the tightening completion position, in order to prevent a cam-out. There is an advantage that thrust control according to the screw tightening process, such as tightening with high thrust, can be realized even in a low thrust region.

以下、図面に基づいて本発明を実施するための最良の形態を説明する。
図１において、１は自動ねじ締め装置であり、この自動ねじ締め装置は、移動位置制御機構２と、この移動位置制御機構２に連結支持された推力制御機構３と、この推力制御機構３に支持されたドライバツール４と、これらを制御する制御ユニット５とから構成されている。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an automatic screw tightening device. The automatic screw tightening device includes a moving position control mechanism 2, a thrust control mechanism 3 connected to and supported by the moving position control mechanism 2, and the thrust control mechanism 3. It comprises a supported driver tool 4 and a control unit 5 for controlling them.

前記移動位置制御機構２は、ベース２１に配置されたボールねじ機構２２を有する。このボールねじ機構２２は、ベース２１上部に設置されたＡＣサーボモータ２３（以下、単にモータ２３という）と、このモータ２３の駆動軸２３ａに連結されて一体に回転可能なねじ軸２４と、このねじ軸２４の螺旋溝に螺合しねじ軸２４の回転にともなって軸線方向に往復移動可能なナット部材２５とから成る。   The moving position control mechanism 2 has a ball screw mechanism 22 disposed on a base 21. The ball screw mechanism 22 includes an AC servomotor 23 (hereinafter simply referred to as the motor 23) installed on the upper portion of the base 21, a screw shaft 24 that is connected to a drive shaft 23a of the motor 23 and can rotate integrally, The nut member 25 is screwed into the spiral groove of the screw shaft 24 and can reciprocate in the axial direction as the screw shaft 24 rotates.

前記モータ２３は、駆動軸２３ａの回転に応じたパルス信号を出力可能なロータリエンコーダ２３ｂ（以下、単にエンコーダ２３ｂという）を備えている。また、ナット部材２５は、ベース２１背面部にねじ軸２４と平行に延びて配置されたガイドレール２６に摺動自在に案内されており、このナット部材２５には、前記推力制御機構３における支持プレート３１が一体に固定してある。   The motor 23 includes a rotary encoder 23b (hereinafter simply referred to as an encoder 23b) that can output a pulse signal corresponding to the rotation of the drive shaft 23a. The nut member 25 is slidably guided by a guide rail 26 disposed on the back surface of the base 21 so as to extend in parallel with the screw shaft 24. The nut member 25 is supported by the thrust control mechanism 3. The plate 31 is fixed integrally.

前記推力制御機構３は、前記支持プレート３１と、この支持プレート３１前面に前記ガイドレール２６と平行に延びて固定された低摩擦ガイドレール３２（以下、単に低摩擦レール３２という）と、この低摩擦レール３２に沿って摺動自在に配置されたツールテーブル３３と、このツールテーブル３３にピストンロッド３４ａを連結した低摩擦エアシリンダ３４（以下、単にシリンダ３４という）と、このシリンダ３４のポート３４ｂ，３４ｃに対する圧縮エアの供給制御を行うエア制御部３５とから構成されている。   The thrust control mechanism 3 includes a support plate 31, a low friction guide rail 32 (hereinafter simply referred to as a low friction rail 32) fixed to the front surface of the support plate 31 so as to extend in parallel with the guide rail 26, A tool table 33 slidably disposed along the friction rail 32, a low friction air cylinder 34 (hereinafter simply referred to as a cylinder 34) having a piston rod 34 a connected to the tool table 33, and a port 34 b of the cylinder 34. , 34c, and an air control unit 35 for controlling the supply of compressed air to 34c.

前記シリンダ３４は、シリンダチューブ３４ｄ内がピストンロッド３４ａと一体のピストン（図示せず）によって２気室に仕切られた一般的な構造であり、シリンダチューブ３４ｄは前記支持プレート３１に固定されて、一体に移動可能に構成されている。このシリンダ３４は、ピストンロッド３４ａやピストン等の可動部の動作に係る摺動抵抗等が極めて小さくなるように設計された低摩擦タイプのエアシリンダであり、そのピストンロッド３４ａのストロークは、ワークにねじ込むねじの長さよりも十分に長く設定されている。また、前記低摩擦レール３２とツールテーブル３３についても、これらの間の摺動抵抗が極めて小さくなるように設計されている。   The cylinder 34 has a general structure in which the inside of the cylinder tube 34d is partitioned into two air chambers by a piston (not shown) integrated with the piston rod 34a. The cylinder tube 34d is fixed to the support plate 31; It is configured to be movable together. The cylinder 34 is a low friction type air cylinder designed so that the sliding resistance and the like related to the operation of the movable portion such as the piston rod 34a and the piston is extremely small. The stroke of the piston rod 34a is applied to the workpiece. It is set sufficiently longer than the length of the screw to be screwed. The low friction rail 32 and the tool table 33 are also designed so that the sliding resistance between them is extremely small.

また、前記エア制御部３５は、エア圧の異なる圧縮エアの供給源３５１，３５２に接続された電空レギュレータ３５３および精密レギュレータ３５４を有し、電空レギュレータ３５３は、シリンダ３４のピストンロッド３４ａを前進（伸長）させる気室に通じるポート３４ｂに、また精密レギュレータ３５４は、ピストンロッド３４ａを後退させる気室に通じるポート３４ｃに、それぞれ最短経路で接続されている。さらに、両レギュレータ３５３，３５４とシリンダ３４の各ポート３４ｂ，３４ｃとを結ぶ管路上には、それぞれサージタンク３５５，３５６が配置されている。   The air control unit 35 includes an electropneumatic regulator 353 and a precision regulator 354 connected to compressed air supply sources 351 and 352 having different air pressures. The electropneumatic regulator 353 moves the piston rod 34 a of the cylinder 34. The precision regulator 354 is connected to the port 34b leading to the air chamber to be advanced (elongated), and the port 34c leading to the air chamber to retract the piston rod 34a by the shortest path. Further, surge tanks 355 and 356 are arranged on the pipelines connecting the regulators 353 and 354 and the ports 34b and 34c of the cylinder 34, respectively.

前記ドライバツール４は、前記ツールテーブル３３に設置されたＡＣサーボモータ４１（以下、単にモータ４１という）と、このモータ４１の駆動軸４１ａに一体に連結されたドライバビット４２とを備えて成る。駆動軸４１ａとドライバビット４２とは、緩衝機構を介さずに直接的に連結されており、ツールテーブル３３の移動にともなう力、すなわち推力がドライバビット４２先端からねじに伝えられるように構成されている。また、モータ４１は前記モータ２３と同様、駆動軸４１ａの回転に応じてパルス信号を出力可能なロータリエンコーダ４１ｂ（以下、単にエンコーダ４１ｂという）を備えている。さらに、ドライバビット４２は、先端が横断面十字形状に形成されており、ねじ頭部に形成される十字形状の駆動穴に係合可能である。また、このドライバビット４２の先端部は、係合した金属製ねじを磁着保持できるように磁化されている。   The driver tool 4 includes an AC servo motor 41 (hereinafter simply referred to as a motor 41) installed on the tool table 33, and a driver bit 42 integrally connected to a drive shaft 41a of the motor 41. The drive shaft 41a and the driver bit 42 are directly connected without a buffer mechanism, and are configured such that a force accompanying the movement of the tool table 33, that is, a thrust is transmitted from the tip of the driver bit 42 to the screw. Yes. Similarly to the motor 23, the motor 41 includes a rotary encoder 41b (hereinafter simply referred to as an encoder 41b) that can output a pulse signal in accordance with the rotation of the drive shaft 41a. Further, the driver bit 42 has a cross-shaped cross section at the tip, and can be engaged with a cross-shaped drive hole formed in the screw head. The tip of the driver bit 42 is magnetized so that the engaged metal screw can be magnetically held.

前記制御ユニット５は、制御部５１と、前記モータ２３を駆動制御するためのサーボコントローラ５２と、前記モータ４１を駆動制御するためのツールコントローラ５３とを有する。   The control unit 5 includes a control unit 51, a servo controller 52 for driving and controlling the motor 23, and a tool controller 53 for driving and controlling the motor 41.

前記精密レギュレータ３５４は、ピストンロッド３４ａが｛（ドライバツール４の質量＋ピストンロッド３４ａの質量）×重力加速度−推力制御機構３の各動作部位の摩擦力｝で表される力以上の力を発揮できる圧力のエアをシリンダ３４に供給するよう設定されている。この精密レギュレータ３５４から供給されるエアによって、ピストンロッド３４ａを後退させる方向の力（以下、これを自重支持力という）を発生させ、これにより、ドライバツール４やピストンロッド３４ａ等の自重に基づく荷重を相殺する。また、前記電空レギュレータ３５３は、制御部５１からの指令信号に応じてエアの圧力調整を行うように構成されている。この電空レギュレータ３５３によるエア圧力の調整により、ピストンロッド３４ａを前進させる方向の力を変化させられる。   In the precision regulator 354, the piston rod 34a exerts a force greater than or equal to the force represented by {(mass of the driver tool 4 + mass of the piston rod 34a) × gravity acceleration—frictional force of each operating part of the thrust control mechanism 3}. It is set so that air of a pressure that can be generated is supplied to the cylinder 34. The air supplied from the precision regulator 354 generates a force in the direction of retreating the piston rod 34a (hereinafter referred to as a self-weight support force), and thereby a load based on the self-weight of the driver tool 4, the piston rod 34a, etc. Offset. The electropneumatic regulator 353 is configured to adjust the air pressure in accordance with a command signal from the control unit 51. By adjusting the air pressure by the electropneumatic regulator 353, the force in the direction of moving the piston rod 34a forward can be changed.

次に、ドライバビット４２先端にねじを係合させて磁着保持した状態で、このねじをワークに締め付ける場合の作用について述べる。まず、シリンダ３４には、精密レギュレータ３５４によって圧力調整されたエアが常に供給されており、これによりピストンロッド３４ａは自重支持力を常に発揮した状態にある。この状態から、図示しないスタートスイッチ等により制御部５１にスタート指令信号が入力されると、制御部５１はサーボコントローラ５２に高速移動指令信号を与える。これにより、サーボコントローラ５２がモータ２３を高速回転駆動し、ナット部材２５ないしドライバツール４等を高速で図上、下方向に下降させる。この時、エンコーダ２３ｂのパルス信号は、サーボコントローラ５２から制御部５１にフィードバックされて積算される。   Next, an operation when the screw is fastened to the workpiece while the screw is engaged and held at the tip of the driver bit 42 will be described. First, the air whose pressure is adjusted by the precision regulator 354 is always supplied to the cylinder 34, so that the piston rod 34a always exhibits its own weight support force. From this state, when a start command signal is input to the control unit 51 by a start switch or the like (not shown), the control unit 51 gives a high-speed movement command signal to the servo controller 52. As a result, the servo controller 52 drives the motor 23 to rotate at high speed, and lowers the nut member 25 or the driver tool 4 at a high speed downward in the figure. At this time, the pulse signal of the encoder 23b is fed back from the servo controller 52 to the control unit 51 and integrated.

次に制御部５１は、電空レギュレータ３５３に作動指令信号を与える。これにより、電空レギュレータ３５３は、ピストンロッド３４ａが自重支持力よりも１０％程度大きく、かつ自重支持力とは逆向きの力（以下、この力を押圧力という）を発揮する圧力のエアをシリンダ３４のポート３４ｂに供給する。これにより、ピストンロッド３４ａは伸長し、ドライバツール４を押し下げる。この状態で、ワークのめねじ入口ににねじの先端が到達する直前位置（１ｃｍ手前位置）に相当する位置までドライバツール４が移動すると、エンコーダ２３ｂの出力するパルス信号の積算値が所定値に達する。これを受けて制御部５１は、サーボコントローラ５２に駆動停止指令信号を送り、モータ２３を駆動停止状態にして、ドライバツール４を当該位置で一旦停止させる。   Next, the control unit 51 gives an operation command signal to the electropneumatic regulator 353. As a result, the electropneumatic regulator 353 generates air with a pressure at which the piston rod 34a is approximately 10% larger than its own weight support force and exerts a force opposite to its own weight support force (hereinafter, this force is referred to as a pressing force). This is supplied to the port 34b of the cylinder 34. As a result, the piston rod 34a extends and pushes down the driver tool 4. In this state, when the driver tool 4 moves to a position corresponding to the position immediately before the tip of the screw reaches the female screw entrance of the workpiece (a position before 1 cm), the integrated value of the pulse signal output from the encoder 23b becomes a predetermined value. Reach. In response to this, the control unit 51 sends a drive stop command signal to the servo controller 52 to place the motor 23 in a drive stop state and temporarily stop the driver tool 4 at the position.

続いて制御部５１は、サーボコントローラ５２に低速移動指令信号を与えるとともに、ツールコントローラ５３に定速回転指令信号を与える。これにより、ツールコントローラ５３はモータ４１を一定回転速度で駆動制御し、エンコーダ４１ｂが発するパルス信号は制御部５１にフィードバックされて積算される。また、低速移動指令信号を受けたサーボコントローラ５２は、締め付けるねじのねじ山のリードと、ツールコントローラ５３に与えられた回転指令信号に基づくモータ４１の回転速度とから求まるねじのめねじへのねじ込み速度より若干速い速度で支持プレート３１が下降するよう、モータ２３を速度制御する。   Subsequently, the control unit 51 provides a low speed movement command signal to the servo controller 52 and a constant speed rotation command signal to the tool controller 53. As a result, the tool controller 53 drives and controls the motor 41 at a constant rotational speed, and the pulse signal generated by the encoder 41b is fed back to the control unit 51 and integrated. Further, the servo controller 52 that has received the low speed movement command signal screwed into the female screw of the screw obtained from the thread lead of the screw to be tightened and the rotation speed of the motor 41 based on the rotation command signal given to the tool controller 53. The speed of the motor 23 is controlled so that the support plate 31 descends at a speed slightly higher than the speed.

以上の結果、ねじは回転しながらワークのめねじ入口に到達し、ドライバツール４等の自重成分が作用していない軽い力でワークのめねじ入口に押し当てられる。こうすることで、ワークのめねじにねじ先端部を正確に螺合させることができる。   As a result, the screw reaches the female screw inlet of the workpiece while rotating, and is pressed against the female screw inlet of the workpiece with a light force that does not act on its own weight component such as the driver tool 4. By doing so, the screw tip can be accurately screwed into the female screw of the workpiece.

サーボコントローラ５２は、以後、ねじのねじ山のリードと、ツールコントローラ５３への回転指令信号に基づくモータの回転速度とから求まるねじ込み速度より、若干速い速度で支持プレート３１が下降するよう、モータ２３を速度制御し続ける。そして、エンコーダ２３ｂの積算パルス信号数から支持プレート３１がねじ締め完了位置に相当する位置まで移動したことを検知すると、制御部５１は、サーボコントローラ５２に駆動停止指令信号を送り、モータ２３を駆動停止状態にして、ナット部材２５および支持プレート３１を当該位置で停止させる。このように、ねじ込み速度よりも若干速い速度で支持プレート３１が下降しても、シリンダ３４が緩衝装置の役目を果たすため、ボールねじ機構２２の作動による推力がドライバツール４からねじに作用することはない。なお、この時のボールねじ機構２２の作動による推力でピストンロッド３４やシリンダチューブ３４ｄが押され、エア配管に負圧が生じても、これをサージタンク３５５，３５６で吸収できるため、レギュレータ３５３，３５４の圧力変動を来すことがない。   Thereafter, the servo controller 52 moves the motor 23 so that the support plate 31 descends at a slightly higher speed than the screwing speed obtained from the lead of the screw thread and the rotational speed of the motor based on the rotation command signal to the tool controller 53. Keep speed control. When detecting that the support plate 31 has moved to a position corresponding to the screw tightening completion position from the number of accumulated pulse signals of the encoder 23b, the control unit 51 sends a drive stop command signal to the servo controller 52 to drive the motor 23. In a stopped state, the nut member 25 and the support plate 31 are stopped at this position. As described above, even if the support plate 31 is lowered at a speed slightly higher than the screwing speed, the cylinder 34 serves as a shock absorber, so that the thrust generated by the operation of the ball screw mechanism 22 acts on the screw from the driver tool 4. There is no. Even if the piston rod 34 and the cylinder tube 34d are pushed by the thrust generated by the operation of the ball screw mechanism 22 at this time, and negative pressure is generated in the air piping, this can be absorbed by the surge tanks 355 and 356. There is no 354 pressure fluctuation.

ツールコントローラ５３に定速回転指令信号を与えて後、ねじ先端がめねじ入口に螺合するために必要十分な時間が経過すると、制御部５１は、電空レギュレータ３５３に加圧指令信号を与える。これにより、電空レギュレータ３５３からシリンダ３４に供給されるエアの圧力が若干高められる。この結果、ねじをねじ込みに最適な推力で押してめねじにねじ込むことができる。この時も、自重支持力の作用で、ねじにはドライバツール４等の自重成分によって生じる推力が影響せず、本来必要なだけの推力をねじに正確に与えることができる。   After supplying a constant speed rotation command signal to the tool controller 53, when a necessary and sufficient time has elapsed for the screw tip to be screwed into the female screw inlet, the control unit 51 gives a pressurization command signal to the electropneumatic regulator 353. Thereby, the pressure of the air supplied from the electropneumatic regulator 353 to the cylinder 34 is slightly increased. As a result, the screw can be pushed into the female screw with the optimum thrust for screwing. Also at this time, due to the action of the self-weight support force, the thrust generated by the self-weight component of the driver tool 4 or the like is not affected by the screw, and the necessary thrust can be accurately applied to the screw.

エンコーダ４１ｂのパルス信号数およびモータ４１の負荷電流値の増大から、ねじの頭部座面がワークに着座するまでねじがねじ込まれたことを検知すると、制御部５１は、ツールコントローラ５３に高トルク回転指令信号を与えるとともに、電空レギュレータ３５３に加圧指令信号を与える。これにより、モータ４１が低速回転高トルク駆動に切り替えられ、一方で、ねじに与えられる推力が、目標締付トルクに相当する高トルクでドライバビット４２が回転してもカムアウトが発生しないレベルまで高められる。   When it is detected from the increase in the number of pulse signals of the encoder 41b and the load current value of the motor 41 that the screw is screwed until the head seating surface of the screw is seated on the workpiece, the control unit 51 causes the tool controller 53 to generate high torque. A rotation command signal is given and a pressure command signal is given to the electropneumatic regulator 353. As a result, the motor 41 is switched to low-speed rotation and high-torque driving, and on the other hand, the thrust applied to the screw is increased to a level at which no cam-out occurs even when the driver bit 42 rotates at a high torque corresponding to the target tightening torque. It is done.

その後、エンコーダ４１ｂのパルス信号数が、ねじが所定の回転角度まで締め付けられたことを示す値に達するか、モータ４１の負荷電流値がねじの目標締付トルクまで高まるかすると、制御部５１は、ツールコントローラ５３に駆動停止指令信号を与える。この時、ねじが所定回転角度、目標締付トルクまで締め付けられている場合、制御部５１は図示しない表示部によって、ねじ締め正常終了表示を行う。また、ねじが所定回転角度、目標締付トルクを外れてねじ込まれている場合、制御部５１は表示部にねじ締め異常終了表示を行う。また、制御部５１は、電空レギュレータ３５３に停止指令信号を与える。この結果、電空レギュレータ３５３の作動が停止し、シリンダ３４には精密レギュレータ３５４からのエア圧だけがかかることになるため、ピストンロッド３４ａは後退し、ドライバビット４２をねじから離脱させる。   Thereafter, when the number of pulse signals of the encoder 41b reaches a value indicating that the screw has been tightened to a predetermined rotation angle, or the load current value of the motor 41 increases to the target tightening torque of the screw, the control unit 51 Then, a drive stop command signal is given to the tool controller 53. At this time, when the screw is tightened to a predetermined rotation angle and a target tightening torque, the control unit 51 displays a screw tightening normal end display by a display unit (not shown). When the screw is screwed in at a predetermined rotational angle and a target tightening torque, the control unit 51 displays a screw tightening abnormal end display on the display unit. Further, the control unit 51 gives a stop command signal to the electropneumatic regulator 353. As a result, the operation of the electropneumatic regulator 353 is stopped, and only the air pressure from the precision regulator 354 is applied to the cylinder 34. Therefore, the piston rod 34a is retracted, and the driver bit 42 is detached from the screw.

その後、制御部５１はサーボコントローラ５２にモータ逆転駆動指令信号を与え、これによりモータ２３が逆転駆動してドライバツール４等を上昇させる。そして制御部５１は、エンコーダ２３ｂのパルス信号数からドライバツール４等が原位置に復帰したことを確認すると、サーボコントローラ５２に駆動停止指令信号を与えてモータを停止させ、一連のねじ締め作業を完了する。   Thereafter, the control unit 51 gives a motor reverse rotation drive command signal to the servo controller 52, whereby the motor 23 is reversely driven to raise the driver tool 4 and the like. When the controller 51 confirms that the driver tool 4 and the like have returned to the original position from the number of pulse signals of the encoder 23b, the controller 51 gives a drive stop command signal to the servo controller 52 to stop the motor and perform a series of screw tightening operations. Complete.

以上のように、本自動ねじ締め装置１は、ねじ締め作業中、シリンダ３４に常時付与される自重支持力により、ドライバツール４等の質量に基づく推力（荷重）を相殺するものである。このため、例えば呼び径が１ｍｍ以下の極小ねじを用いて各種小型精密機器の組み立てを行う場合等、ねじに与える推力をドライバツール４等の自重に基づく力よりも小さい領域で制御する必要がある場合にも、極めて正確な推力をねじに与えてねじ締め作業を行うことが可能となり、ねじの破壊、ワークの変形等の不良発生を防止することができる。なお、特許請求の範囲に記載の支持力発生部は、本実施形態においては、精密レギュレータ３５４とシリンダ３４とによって実現されている。また、同じく押圧力発生部は、電空レギュレータ３５３とシリンダ３４とによって実現されている。   As described above, the automatic screw tightening device 1 cancels the thrust (load) based on the mass of the driver tool 4 and the like by the self-weight support force constantly applied to the cylinder 34 during the screw tightening operation. For this reason, for example, when assembling various small precision devices using an extremely small screw having a nominal diameter of 1 mm or less, it is necessary to control the thrust applied to the screw in a region smaller than the force based on the weight of the driver tool 4 or the like. Even in this case, it is possible to perform a screw tightening operation by applying a very accurate thrust to the screw, and it is possible to prevent the occurrence of defects such as screw breakage and workpiece deformation. In the present embodiment, the support force generation unit described in the claims is realized by the precision regulator 354 and the cylinder 34. Similarly, the pressing force generator is realized by the electropneumatic regulator 353 and the cylinder 34.

本発明に係る自動ねじ締め装置のブロック説明図である。It is block explanatory drawing of the automatic screw fastening apparatus which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１ 自動ねじ締め装置
２ 移動位置制御機構
３ 推力制御機構
４ ドライバツール
５ 制御ユニット
２２ ボールねじ機構
２３ ＡＣサーボモータ
２４ ねじ軸
２５ ナット部材
２６ ガイドレール
３１ 支持プレート
３２ 低摩擦ガイドレール
３３ ツールテーブル
３４ 低摩擦エアシリンダ
３４ａ ピストンロッド
３５ エア制御部
４１ ＡＣサーボモータ
４２ ドライバビット
５１ 制御部
５２ サーボコントローラ
５３ ツールコントローラ
３５３ 電空レギュレータ
３５４ 精密レギュレータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Automatic screw fastening apparatus 2 Movement position control mechanism 3 Thrust control mechanism 4 Driver tool 5 Control unit 22 Ball screw mechanism 23 AC servo motor 24 Screw shaft 25 Nut member 26 Guide rail 31 Support plate 32 Low friction guide rail 33 Tool table 34 Low Friction air cylinder 34a Piston rod 35 Air control unit 41 AC servo motor 42 Driver bit 51 Control unit 52 Servo controller 53 Tool controller 353 Electropneumatic regulator 354 Precision regulator

Claims (4)

ねじ頭部に係合可能なドライバビットを回転駆動源により回転駆動するよう構成されたドライバツールと、ワークにねじをねじ込む時に前記ドライバビットからねじに与えられる推力を変更する推力制御機構とを備えた自動ねじ締め装置であって、
前記推力制御機構は、
前記ドライバツールを含み、締め付けるねじに質量に基づく荷重を与えるその他の部材の自重を支え得る自重支持力を発生する支持力発生部と、
ワークにねじをねじ込む時に前記自重支持力よりも大きく、しかも自重支持力とは逆方向のねじを押圧する押圧力を発生する押圧力発生部と
を備えて成ることを特徴とする自動ねじ締め装置。 A driver tool configured to rotationally drive a driver bit engageable with a screw head by a rotational drive source, and a thrust control mechanism that changes a thrust applied to the screw from the driver bit when the screw is screwed into a workpiece. Automatic screw tightening device,
The thrust control mechanism is
A support force generating unit that generates a self-weight support force that can support the self-weight of another member that includes the driver tool and applies a load based on mass to a screw to be tightened;
An automatic screw tightening device comprising: a pressing force generator that generates a pressing force that presses a screw that is larger than the self-weight supporting force when the screw is screwed into a workpiece and is opposite to the self-weight supporting force. . 押圧力発生部は、異なる強さの押圧力を発生するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載の自動ねじ締め装置。   The automatic screw tightening device according to claim 1, wherein the pressing force generator is configured to generate pressing forces having different strengths. ねじ頭部に係合可能なドライバビットを回転駆動源により回転駆動するよう構成されたドライバツールと、ワークにねじをねじ込む時に前記ドライバビットからねじに与えられる推力を変更する推力制御機構とを備え、
ねじの頭部に係合したドライバビットを回転駆動してワークにねじを締め付けるねじ締め方法であって、
前記推力制御機構により自重支持力を発生して前記ドライバツールの自重を支え、この状態で自重支持力よりも大きく、かつ自重支持力とは逆方向の押圧力を推力制御機構により発生し、押圧力と自重支持力との差である推力をねじに付与しつつ、ワークにねじをねじ込むことを特徴とするねじ締め方法。 A driver tool configured to rotationally drive a driver bit engageable with a screw head by a rotational drive source, and a thrust control mechanism that changes a thrust applied to the screw from the driver bit when the screw is screwed into a workpiece. ,
A screw tightening method in which a screwdriver bit engaged with a screw head is rotationally driven to tighten a screw on a workpiece,
The thrust control mechanism generates its own weight support force to support the driver tool's own weight. In this state, the thrust control mechanism generates a pressing force that is greater than the self-weight support force and in the direction opposite to the self-weight support force. A screw tightening method characterized in that a screw is screwed into a workpiece while a thrust, which is a difference between pressure and its own weight support force, is applied to the screw. ねじが所定位置までねじ込まれると推力制御機構から付与される押圧力を変更することを特徴とする請求項３に記載のねじ締め方法。   The screw tightening method according to claim 3, wherein when the screw is screwed to a predetermined position, a pressing force applied from the thrust control mechanism is changed.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012096296A (en) * 2010-10-29 2012-05-24 Sharp Corp Thread fastening apparatus and method for controlling thread fastening apparatus
JP2015020245A (en) * 2013-07-19 2015-02-02 日東精工株式会社 Automatic screw-fastening machine
JP2017109259A (en) * 2015-12-15 2017-06-22 日東精工株式会社 Automatic screw fastening device

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