一种周向多工位螺栓自动装配系统及其控制方法与流程

本发明涉及机械装配技术领域，具体而言是一种周向多工位螺栓自动装配系统。

背景技术：

螺栓连接的装配是机械装配工艺中的一个常见工艺过程，对产品的性能起着非常重要的作用，在风力发电机组的装配过程中，广泛涉及到高强度螺栓组联结，如风机的变桨轴承、偏航轴承安装等，现有的作业方式就是采用液压、电动或气动力矩扳手，逐个螺栓进行紧固，效率很低，生产成本较高。因螺栓联结件装配不当而发生的质量事故屡见不鲜。螺栓联结，其根本目的是要依靠拧紧后的轴向预紧力将被紧固物可靠地联结在一起。在实际的装配过程中，常采用通过“扭矩控制”来间接地控制轴向预紧力。长期以来，“扭矩控制”的概念对人们的影响极深，以至错误地认为只要扭矩得以控制在合理的范围，装配的效果就可以保障。除此之外，近年来有人采用手动回转支架进行多工位作业，如：cn104275667a、cn104275667b《一种紧固件扳拧装置》，效率有所提高，但尚未实现自动化作业，其中周向均布螺栓组的装配占有很大比重，为了保持各螺栓的预紧力均匀一致，工艺标准要求按对称、交叉、逐步拧紧。通常都是用手动力矩扳手或液压、气动、电动力矩扳手等工具逐个拧紧，作业效率低，劳动强度大，生产成本较高。

因此，针对现有技术中存在的问题，有必要提供一种具有新颖性、实用性和创造性的装置。

技术实现要素：

本发明的目的针对现有技术中存在的手动力矩扳手或液压、气动、电动力矩扳手等工具逐个拧紧，作业效率低，劳动强度大，生产成本较高等缺点，提供一种周向多工位螺栓自动装配系统及其控制方法，实现多工位自动化作业，减少了作业工时，提高了装配质量和工作效率。

本发明通过扭矩传感器控制一个二位二通电磁换向阀；本发明通过步进电机和行星减速器实现回转支架的周向分度运动；本发明通过气缸实现回转支架的轴向升降运动；本发明通过u型支架和t形回转驱动臂及两个导向柱和导向套实现行星减速器及其所驱动的回转支架和气缸的同轴安装及二自由度运动；本发明通过两个导向柱和导向套来控制回转支架的轴向运动及其与行星减速器轴的相对位置。

本发明通过以下技术方案来实现：一种周向多工位螺栓自动装配系统，包括气动控制系统和电气控制系统，所述气动控制系统包括气缸、气缸进气管路、气动力矩扳手进气管路、气动力矩扳手、消声器、固定支架、定位销、短驱动套筒、轴用弹性挡圈、u型支架、回转支架、长驱动套筒、t形驱动臂、弹性圆柱销ⅰ、导向套、导向柱和弹性圆柱销ⅱ；

所述电气控制系统包括步进电机、平键ⅰ、行星减速器、平键ⅱ、控制气缸的二位三通电磁换向阀、控制气动力矩扳手的二位二通电磁换向阀和扭矩传感器；

所述气动力矩扳手的反作用支撑部分固定在回转支架上，所述回转支架的回转中心部位上端设置有气缸，气缸的活塞杆以螺纹的形式连接u型支架；

所述回转支架下面设置有固定支架，固定支架通过3个定位销8定位到工件上

，所示回转支架、u型支架和固定支架为同轴设置，所述固定支架下面沿中心线方向依次设置有行星减速器和步进电机，行星减速器的输出轴上装有t形驱动臂，步进电机与行星减速器及行星减速器与t形驱动臂之间均通过键连接；t形驱动臂的两端各固定有一个导向柱，来自步进电机的动力最终通过导向柱驱动回转支架绕其中心线回转；所述气缸、步进电机和行星减速器共轴，轴用弹性挡圈的下面与气动力矩扳手共轴线处设置有若干个长驱动套筒和一个短驱动套筒，短驱动套筒上端设置有扭矩传感器，短驱动套筒上端的方孔与扭矩传感器下端的方榫配合连接，扭矩传感器上端的方孔和气动力矩扳手下端方榫配合连接。

作为一种优选的技术方案，所述气缸的一端设置有气缸进气管路。

作为一种优选的技术方案，所述气缸的排气孔处设置有消声器，以此来消除气缸排气过程中因震动产生的噪音。

作为一种优选的技术方案，所述气动力矩扳手的一端设置有气动力矩扳手进气管路。

作为一种优选的技术方案，所述气动力矩扳手与回转支架之间通过花键连接，且轴用弹性挡圈卡在气动力矩扳手和回转支架之间。

本发明通过扭矩传感器在设定扭矩t时的输出信号来控制气动力矩扳手进气管路上二位二通电磁换向阀的开关；二位三通电磁换向阀通电，气缸进气管路开启，气缸与回转支架一起通过活塞杆推动u形支架而升起，手动旋转回转支架至任意螺栓头并将其设定为回转起始点，二位三通电磁换向阀断电，气缸进气管路关闭，气缸与回转支架一起在重力作用下降落，各驱动套筒与相应的螺栓头接合；然后，控制气动力矩扳手进气管路的二位二通电磁换向阀通电开启，各气动力矩扳手启动，当力矩达到扭矩传感器设定力矩值时，在plc的控制下，二位二通电磁换向阀断电关闭，气动力矩扳手卸压；最后，二位三通电磁换向阀通电，气缸进气管路开启，气缸与回转支架一起通过活塞杆推动u形支架而升起，步进电机通电后通过行星减速机和t形回转驱动臂和导向柱驱动回转支架转至下一个螺栓位置，二位三通电磁换向阀断电，气缸进气管路关闭，气缸与回转支架一起在重力作用下降落，各驱动套筒与相应的螺栓头接合，下一个循环开始，如此循环多次，直到整个螺栓组全部紧固完毕为止。

与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：

（1）本发明通过扭矩传感器控制一个二位二通电磁换向阀。

（2）本发明通过步进电机和行星减速器实现回转支架的周向分度运动。

（3）本发明通过气缸实现回转支架的轴向升降运动。

（4）本发明通过u形支架和t形回转驱动臂及两个导向柱和导向套实现行星减速器及其所驱动的回转支架和气缸的同轴安装及二自由度运动。

（5）本发明通过两个导向柱和导向套来控制回转支架的轴向运动及其与行星减速器轴的

相对位置。

（6）本发明通过扭矩传感器在设定扭矩t时的输出信号来控制气动力矩扳手进气管路上二位二通电磁换向阀的开关，实现气动力矩扳手及其驱动套筒的加载和卸载，从而完成一个螺栓的紧固过程；通过开启和关闭控制气缸进气管路的二位三通电磁换向阀，并结合重力作用控制气动力矩扳手及其驱动套筒与螺栓头的分离和接合；通过步进电机及其控制系统、行星减速器和可编程控制器及程序控制软件的驱动来实现多工位气动力矩扳手的分度和换位，通过以上三个过程的有机结合和不断循环，最终完成整个螺栓组的预紧过程，多工位自动化作业，减少了作业工时，提高了装配质量和工作效率。

附图说明

图1为本发明的自动装配系统主视图；

图2为本发明的自动装配系统附视图；

图3为本发明的自动装配系统剖视图；

图4为本发明的工作流程图；

图5为本发明的控制系统原理图；

图6为本发明在具体实施例中图。

附图序号说明：2—气缸进气管路；1—气动力矩扳手进气管路；3—步进电机；4—平键ⅰ；5—行星减速器；6—平键ⅱ；7—固定支架；8—定位销；9—短驱动套筒；10—扭矩传感器；11—轴用弹性挡圈；12—气动力矩扳手；13—u型支架；14—消声器；15—气缸；16—回转支架；17—长驱动套筒；18—t形驱动臂；19—弹性圆柱销ⅰ；20—导向套；21—导向柱；22—弹性圆柱销ⅱ。

具体实施例

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

结合图1-图6：一种周向多工位螺栓自动装配系统，包括气动控制系统和电气控制系统，

所述气动控制系统包括气缸15、气缸进气管路2、气动力矩扳手进气管路1、气动力矩扳手12、消声器14、固定支架7、定位销8、短驱动套筒9、轴用弹性挡圈11、型支架13、回转支架16、长驱动套筒17、t形驱动臂18、弹性圆柱销ⅰ19、导向套20、导向柱21和弹性圆柱销ⅱ22；

所述电气控制系统包括步进电机3、平键ⅰ4、行星减速器5、平键ⅱ6、控制气缸的二位三通电磁换向阀、控制气动力矩扳手的二位二通电磁换向阀和扭矩传感器10；

所述气动力矩扳手12的反作用支撑部分固定在回转支架16上，所述回转支架16的沿中心线上端设置有气缸15，气缸15的活塞杆以螺纹的形式连接u型支架13；

所述回转支架16下面设置有固定支架7，固定支架7通过3个定位销8定位到工件上，所示回转支架16、u型支架13和固定支架7为同轴设置，所述固定支架7下面设置有行星减速器5和步进电机3行星减速器5的输出轴上装有t形驱动臂18，步进电机3与行星减速器5及行星减速器5与t形驱动臂18之间均通过键连接，t形驱动臂18的两端各固定有一个导向柱21，来自步进电机3的动力最终通过导向柱21驱动回转支架16绕其中心线回转；t形驱动臂18转起后，t形驱动臂18上的导向柱21带动回转支架16转动，导向套20设置在回转支架16上，所述气缸15、步进电机3和行星减速器5共轴，轴用弹性挡圈11的下面与气动力矩扳手12共轴线处设置有若干个长驱动套筒17和一个短驱动套筒9，短驱动套筒9上端设置有扭矩传感器10，短驱动套筒9上端方孔与扭矩传感器10下端方榫配合连接，扭矩传感器10上端的方孔和气动力矩扳手12下端的方榫配合连接，行星减速器5通过平键ⅱ6驱动固定支架7。

作为一种具体实施例，所述气缸15的一端设置有气缸进气管路。

作为一种具体实施例，所诉气缸15的排气孔处放置有消声器，以此来消除气缸排气过程中产生的噪音。

作为一种具体实施例，所述气动力矩扳手的一端设置有气动力矩扳手进气管路1。

作为一种具体实施例，所述气动力矩扳手12与回转支架16之间通过花键滑动配合连接，且轴用弹性挡圈11卡在气动力矩扳手12和回转支架16之间。

一种周向多工位螺栓自动装配系统的控制方法：

通过扭矩传感器在设定扭矩t时的输出信号来控制气动力矩扳手进气管路上二位二通电磁换向阀的开关，二位三通电磁换向阀通电，气缸进气管路开启，气缸与回转支架一起通过活塞杆推动u形支架而升起，手动旋转回转支架至任意螺栓头并将其设定为回转起始点，二位三通电磁换向阀断电，气缸进气管路关闭，气缸与回转支架一起在重力作用下降落，各驱动套筒与相应的螺栓头接合；然后，控制气动力矩扳手进气管路的二位二通电磁换向阀通电开启，各气动力矩扳手启动，当力矩达到扭矩传感器设定力矩值时，在plc的控制下，二位二通电磁换向阀断电关闭，气动力矩扳手卸压；最后，二位三通电磁换向阀通电，气缸进气管路开启，气缸与回转支架一起通过活塞杆推动u形支架而升起，步进电机通电后通过行星减速机和t形回转驱动臂和导向柱驱动回转支架转至下一个螺栓位置，二位三通电磁换向阀断电，气缸进气管路关闭，气缸与回转支架一起在重力作用下降落，各驱动套筒与相应的螺栓头接合，下一个循环开始，如此循环多次，直到所有整个螺栓组全部紧固完毕为止。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“一端”、“前上方”、“端部”、“长度”、“宽度”、“内”、“上”、“另一端”、“两端”、“水平”、“同轴”、“底部”、“下方”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“啮合”、“连接”、“嵌装”、“罩盖”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用附属在其他相关产品的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。