自动拧紧论文

2024-06-04

自动拧紧论文（精选7篇）

自动拧紧论文篇1

引言

缸盖凸轮轴瓦盖拧紧机是涉及发动机装配自动线领域,凸轮轴瓦盖自动装配的专用机床。主要由工件输送滚道,瓦盖接合面及螺纹孔清理装置,人工装配瓦盖,人工或自动装配瓦盖定位销、人工装配瓦盖螺栓、瓦盖螺栓预拧紧,拧紧装置、扳手变位装置、顶起装置、检测装置、刻印装置等主要部件构成。其中拧紧扳手变位装置结构最为复杂,最为关键。拧紧扳手自动变位主要完成各不同间距瓦盖拧紧的功能。

在发动机装配自动线上,普通缸盖凸轮轴瓦盖拧紧机床在装配单一品种发动机缸盖的瓦盖时出现螺栓间距不同,或者对多品种缸盖的瓦盖进行装配时出现螺栓间距不同的情况下,只能是分开工位,对不同间距的螺栓进行拧紧。这样在每个工位上都要配备安装拧紧轴与拧紧扳手,需要增加设备安装的数量,增大了生产成本。工位的增加也占用生产车间有限的场地,同时也增加了整线生产所需工时。

另外,缸盖凸轮轴瓦盖拧紧机,用于完成缸盖凸轮轴瓦盖的拧紧工序,在按工艺顺序拧紧过程中,因结构和动作的需要自动拧紧扳手需要具备升降功能,传统设计方法是通过一套独立的气缸滑台装置来实现拧紧扳手装置的整体提升,在这种传统设计的拧紧扳手变位装置中,需要通过长行程气缸驱动做为动力源。而且气缸驱动需要气管和阀的控制。同时气缸驱动需要在气缸的原位和伸出位置设置挡铁调整拧紧轴及拧紧扳手所对应螺栓的位置等等一套辅助设备。这样无疑又需要增加资金投入,且这种变位方法只能实现两种间距螺栓的变位。

本文提出了一种新型的拧紧扳手自动变位装置的设计方案。只用一套联动装置,即可实现在一个工位上对多品种和单一品种的多种不同间距螺栓的自动变位拧紧功能。该方案与传统的拧紧装配相比,不仅提高了装配效率,更有效的保证了装配质量。用这种方法简便高效地实现了对多种间距瓦盖螺钉的拧紧功能。装置结构简单紧凑,在实现功能的同时减少了设备数量,从而降低生产成本,提高生产率,节约能源,节省场地,节省资金。

1、拧紧扳手自动变位装置功能概述

本文所述拧紧扳手自动变位装置涉及发动机装配自动线领域,应用于汽车发动机缸盖凸轮瓦盖、前端整体瓦盖(俗称桥架)的装配。

拧紧扳手自动变位装置由一套水平伺服变位滑台、一套自动变位装置、四套自动拧螺栓装置(电动扳手)、四套可调弹性头返回装置等主要机构组成,主要完成缸盖8个凸轮轴轴承盖(凸轮盖)16个固定螺栓和1个前凸轮轴轴承盖(前凸轮盖)4个固定螺栓的拧紧。装配前缸盖如图1 (a)所示。凸轮轴轴承盖、前凸轮轴轴承盖及螺栓如图1 (b)所示。装配后缸盖如图1 (c)所示。缸盖螺栓编号图如图1 (d)所示。拧紧扳手移动轨迹如图1 (e)。

拧紧扳手自动变位装置动作过程:

原始位置,4个可调弹性头返回装置驱动气缸伸出→4个自动拧螺栓装置垂直进给到位→4个自动拧螺栓装置动作,将4个螺栓旋入前端整体瓦盖并达到指定力矩→4个可调弹性头返回装置驱动气缸缩回,将4个套筒提起→自动变位装置水平滑台气缸缩回驱动机械连动机构,将4自动拧螺栓装置调整到正确的位置(沿着X和Y轴),此时4个拧螺栓装置位置在一条线上→4个可调弹性头返回装置驱动气缸伸出→4个自动拧螺栓装置垂直进给→4个自动拧螺栓装置动作,将4个螺栓旋入凸轮瓦盖并达到指定力矩→4个可调弹性头返回装置驱动气缸缩回,将4个套筒提起→水平伺服滑台变位(沿着X轴),将4个自动拧螺栓装置调整到正确的位置→然后将螺栓4x4一个接着一个拧入凸轮瓦盖并指定拧紧力矩。

2、拧紧扳手自动变位装置各部构成及工作原理

拧紧扳手自动变位装置主要由伺服驱动装置、水平伺服变位滑台、自动变位装置、自动拧螺栓装置、可调弹性头返回装置等主要机构组成(如图2所示)。其中所涉及的关键技术包括伺服驱动技术、气动驱动技术、自动变位技术、自动拧紧技术等。通过各技术之间的协调与配合,实现缸盖凸轮轴瓦盖不同间距的螺栓自动装配拧紧功能,大大节省工作节拍,有效地提高了装配质量与效率。

2.1 伺服驱动滑台:

伺服电机驱动,伺服滑台带动拧紧装置,实现拧螺栓装置的水平(沿着X轴方向)进给功能。实现多个不同位置的定位,完成缸盖各个瓦盖位置的变换,保证拧紧位置准确到位。

伺服滑台主要由伺服电机、联轴器、滚珠丝杠、直线导轨、滑台安装板、缓冲装置、位置检测开关、原点位置插销装置等组成。

2.2 自动变位装置:

自动变位装置主要实现各不同间距瓦盖位置的变换。设备工作时拧紧扳手需要自动变位装置,拧紧扳手变位装置是利用气缸作为动力源驱动一连动机构,一个动作实现扳手三个方向的变动,从而满足了桥瓦的拧紧技术要求。

自动变位装置主要由水平气动滑台、直线导轨、滑台板、轴承随动器、导向槽板、连接板、扳手支架、定位块、位置检测开关等组成。(如图3所示)。

2.3 自动拧螺栓装置:

自动拧螺栓装置主要实现缸盖凸轮轴瓦盖螺栓旋入、拧紧并达到指定力矩功能。

自动拧螺栓装置主要由EC电机、齿轮箱、测量传感器、适配器、偏心输出头、传感器电缆等组成。

自动拧螺栓装置的工作原理为通过拧紧电机作为动力源,经多级减速器减速后而获得足够的拧紧扭矩。在电机的输出端装有扭矩传感器,通过扭矩传感器连续检测拧紧扭矩的连续变化,为拧紧控制提供控制参数。在二级齿轮传动机构的输入端装有转角传感器,它主要用于测量螺栓的伸长量,从而完成整个拧紧过程。

2.4 可调弹性头返回装置:

可调弹性头返回装置主要实现自动拧螺栓装置垂直进给功能(沿着Y轴方向)。

可调弹性头返回装置主要由驱动气缸、“U”形拉板、套筒、套筒连接杆等组成。

该装置结合Bosch Rexroth拧紧扳手自身具备的弹性头结构特点,巧妙的利用拧紧扳手的部分弹力行程,通过FESTO双导杆气缸垂直运动,直接驱动套在套筒连接杆上的“U”形拉板,克服拧紧扳手弹簧力,实现拧紧扳手套筒升降功能。该装置结构巧妙可靠,每个拧紧套筒均可独立升降,解决传统设计结构复杂的问题,大大节省工作节拍。同时在拧紧扳手标定时操作也十分方便。

3、结论

现在汽车生产企业的规模不断扩大,生产节拍也不断提高,对自动拧紧装配线的核心技术进行研究,在技术上有所创新,装配中选用控制功能强大、精度高的电动拧紧工具或设备,并制定合理的拧紧工艺和科学的管理方法,才能确保稳定的装配质量,生产出品质一流的产品,降低用户设备的投资,改善和提升我国发动机制造水平,并对带动相关产业的发展有着重要意义。

本文所设计的拧紧扳手自动变位装置能够适应多品种和单一品种的多种不同间距的螺栓拧紧;能够满足发动机生产企业对质量及效率的要求,能够有效地降低企业的生产成本,提高装配质量和效率,符合当前装配线自动化、智能化发展的趋势。该套拧紧扳手自动变位装置的使用,对我国发动机装配技术的发展具有促进作用。

摘要：文章介绍缸盖凸轮轴瓦盖拧紧机拧紧扳手自动变位装置的工作原理,针对发动机缸盖凸轮轴瓦盖装配过程中,对多品种和单一品种的多种不同间距的螺栓拧紧的问题,分析了拧紧扳手自动变位装置的设计要点及关键技术,并对缸盖凸轮轴瓦盖装配机拧紧扳手自动变位装置主要机构做了简单说明。

关键词：拧紧机,凸轮轴瓦盖,扳手,自动变位

参考文献

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水表机芯螺钉自动拧紧设备的设计篇2

1 整体机械结构

图1 是水表机芯螺钉自动拧紧设备整体机械结构图, 主要包括机架、8 工位转盘、拧紧装置、分钉装置、螺钉排序装置等几部分, 只要工人把规格为ST2.2 的自攻螺钉放入离心振动盘中, 开动电源和气源后, 就可以把螺钉逐个通过软管送到出钉口, 风批带动螺丝刀拧紧。

1-步进电动机;2-小齿轮;3-圆转盘;4-工件安置槽;5-出钉口升降气缸;6-出钉口下限位开关;7-出钉口支架;8-出钉口;9-拧钉螺丝刀;10-出钉口导向块;11-螺丝刀升降气缸;12-风批支架;13-风批升降导向块;14-风批支架连杆;15-均布风批;16-软管;17-导杆;18-主支架;19-送钉软管;20-分钉装置支架;21-振动盘;22-分钉装置主体;23-分钉装置行钉轨;24-行钉孔;25-分钉滑块;26-分钉气缸;27-定位开关;28-出钉口主体;29-橡胶圈;30-出钉口夹持器。

振动盘通过线圈的通断电产生交变磁场, 带动圆盘振动, 把螺钉逐个送出, 通过行钉轨使螺钉按钉尖向下、钉头向上排列, 在重力的作用下, 沿行钉轨滑向分钉装置。在每个行钉轨上安装计数开关, 可以记录螺钉数量, 同时, 如果螺钉需要较少时, 可以关闭振动盘, 节约能源, 避免螺钉积压。

分钉装置是连接振动盘与出钉口的桥梁, 由气缸、分钉滑块构成, 气缸带动分钉滑块往复移动, 根据需要把行钉轨中的螺钉逐个送入软管, 在压缩空气的作用下送到出钉口中。

拧紧装置由气缸、风批、螺丝刀、出钉口、检测开关等构成, 负责把螺钉拧入水表机芯中。当水表机芯放到转盘并转到螺丝刀下面后, 发出信号, 在出钉口有螺钉的情况下, 气缸带动出钉口下移, 同时风批支架在气缸的带动下向下移动, 风批在压缩空气的推动下旋转并带动螺丝刀把螺钉拧紧。风批支架到达下限位开关即完成拧紧, 此时出钉口和风批均上升, 圆转盘旋转45 度, 把下一个工位转到螺丝刀下面。圆转盘在导轨上, 步进电动机通过齿轮带动转盘准确转动位置。

出钉口专门为水表机芯设计, 由出钉口主体、橡胶圈、出钉口夹持器三部分构成, 整套装置共装有三个出钉口分别与水表机芯相应的位置一一对应。

2 控制原理

控制部分选用工业PLC为控制器, 完成对振动盘的开关控制、记录每个行钉轨道的螺钉数量、缺钉时报警提醒、风批、转盘、出钉口位置的确定、工位中有无水表机芯的确认等, 具体工作过程如下:

通上电源后, 振动盘开关打开, 如果60 秒后行钉轨 ( 三个行钉轨任意一个) 计数开关没有检测到螺钉, 控制器认为振动盘中缺少螺钉, 则停止振动盘, 报警, 提醒给振动盘加螺钉;当有螺钉通过时, 计数开始, 同时检测出钉口中有无螺钉, 如没有, 则电磁气控阀动作, 为出钉口送钉, 如仍未检测到螺钉, 则报警, 当三个行钉轨中螺钉数量积累到设定数目时, 停振动盘。一切准备就绪后, 启动转盘开关, 检测到转盘到位且工位中有水表机芯时, 出钉口气缸和风批支架气缸动作, 完成螺钉拧紧。

3 结束语

试验证明, 该自动拧紧设备可以实现自动送钉功能, 使用者只要把散螺钉放入振动盘, 把水表机芯放入转盘工位中, 打开开关, 即可通过出钉口和风批连续拧紧螺钉, 每分钟最多可以完成水表机芯五个左右, 大大降低了劳动强度, 提高了工作效率。

摘要：针对目前水表机芯手动安装螺钉的情况, 设计了一种带转盘的8工位自动送螺钉自动拧紧设备, 通过振动盘把散螺钉排序后送到出钉口, 然后由风批带动螺丝刀拧紧。该设备代替手工操作后, 达到了降低劳动强度, 提高劳动效率的目的。

基于ARM的自动拧紧机控制系统篇3

热力膨胀阀虽然是汽车空调制冷系统中一个看似不起眼的小配件,但是却必不可少。它就像水龙头一样,控制高压液态制冷剂的流量,以保证制冷系统的正常工作。这对其总成的装配质量提出了严格要求,须对其阀体与膜片盖头之间的螺纹联接处的预紧力有严格的控制。由于在传统的装配方法中,工人都是用电动扳手或气动扳手来拧紧阀体的。这种操作方式不仅劳动强度大,并且不易实现适度的预紧,致使生产效率低下,装配质量得不到保证[1]。

本研究在借鉴相关文献的基础上[2,3,4,5],开发研制基于ARM单片机的自动拧紧控制系统,使热力膨胀阀装配的自动化和柔性化程度更高,有效地提高装配质量和生产效率,降低工人的劳动强度。

1 自动拧紧系统的基本结构

整个系统由3部分组成,即控制部分、气路部分、动力及传动部分。其基本结构框图如图1所示。

(1) 控制部分是整个自动拧紧系统的核心,用于控制整个拧紧过程,包括发送控制交流伺服电机转动的脉冲/方向信号以及控制气缸和卡盘的电磁阀开关量信号。

(2) 气路部分用于实现对热力膨胀阀的准确定位,其中气缸用于顶紧热力膨胀阀阀体,卡盘起到夹紧膜片盖头并旋转拧紧螺纹的作用。

(3) 动力及传动部分为整个系统提供动力及传递力矩。其中交流伺服电机把电能转化为机械能,为系统提供动力。扭矩传感器以及交流伺服驱动自带的增量型编码器及时向控制单元反馈扭矩和转角脉冲信号。减速机构用于降低齿轮转速,增大扭矩,同时通过联轴器传递力矩,带动卡盘旋转,完成整个拧紧操作。

此外,PC机还可以接收并存储控制单元传递的拧紧结果,根据工艺要求生成拧紧质量分布直方图,曲线可显示及打印,以用于指导生产,避免残次品的出现。

2 拧紧策略原理

自动拧紧控制系统的先进性体现在其拧紧策略上。拧紧策略的研究及软件算法的实现比拧紧控制系统的设计更为重要。螺纹拧紧的实质是将螺纹的轴向预紧力控制在适当的范围,而不论是两个被连接体间的压紧力还是螺纹上的轴向预紧力,在工作现场均很难直接被检测到,只能间接控制。工程上普遍采用的是扭矩控制、扭矩-转角控制等拧紧策略。

2.1 扭矩控制拧紧策略

扭矩法是根据螺纹拧紧扭矩与螺栓所受轴向预紧力之间的关系在生产中发展起来的,是应用最广泛的一种拧紧策略,如图2所示。

(1) 拧紧停止条件:

最终扭矩≥目标扭矩;

(2) 合格拧紧标准:

最小扭矩<最终扭矩<最大扭矩。

2.2 扭矩/转角控制拧紧策略

扭矩/转角法是根据螺纹拧紧转角与配合螺栓所受轴向预紧力之间的关系发展起来的一种拧紧策略,如图3所示。

(1) 拧紧停止条件:

最终转角≥安全转角。

(2) 合格拧紧标准:

最小扭矩<最终扭矩<最大扭矩,并且最小安全转角<最终转角<最大安全转角。

3 控制单元的硬件设计

控制单元主要由A/D采样模块、显示模块、通讯模块、电源模块、存储模块、按键输入模块等模块组成,如图4所示。

(1) 采样模块。

采样模块是实现精确拧紧控制的关键,它关系到整个系统的控制精度,因此,需采用线性度好、精度高的扭矩传感器。扭矩采集采用非接触式扭矩传感器,量程为0～±30 N·m,精度为0.5%。角度采集由交流伺服电机提供的增量型编码器实现,伺服驱动器分频处理的角度脉冲信号通过光耦输入给ARM单片机的内部定时/计数器T0,用来计算角度值。

(2) 电源模块。

在本设计中,将外部220 VAC电源通过开关电源及相应DC/DC模块转换为24 VDC,5 VDC和3.3 VDC,并分别为传感器、集成芯片和单片机等提供电源。

(3) 存储模块。

因控制系统需要保存产品相关参数,采用FM24CL16芯片作为片外串行存储器来保存数据。

(4) 显示模块。

采用分辨率为320×234的真彩液晶,以提供良好的人机交互界面,液晶用QD-13驱动。

(5) 按键输入模块。

通过ZLG7290接口键盘芯片实现对产品参数的输入及其他操作。

(6) 通讯模块。

通过此接口,控制单元可与计算机进行实时通讯,将控制单元的各种参数和拧紧结果发送到计算机,同时可通过打印机打印出拧紧结果。通讯模块采用的是RS232通讯标准。

控制单元的核心部件采用ARM7TDMI-S核的LPC2136单片机。带有2个8路10位A/D转换器,2个32位计数器/定时器,芯片还具有多个串行接口(UART,2个高速ⅡC接口,SPI等),可以通过RS232通讯方式和PC机进行通讯[6,7]。

4 控制单元软件设计

控制单元中ARM单片机的软件主要实现数据的采样、判断、控制、通讯等功能,在本设计中,笔者考虑了系统的有效性和稳定性,以及装配操作安全性等方面的因素。本系统采用模块化设计,主要由以下几个模块组成:参数设置模块、自动运行模块、手动调试模块、系数修正模块。软件的功能模块图如图5所示。

(1) 初始化模块主要包括:各种变量、输入和输出数字I/O口、液晶显示、A/D转换、串行存储器、看门狗等的初始化以及用户主界面的显示。

(2) 参数设置模块用于对系统内存放的产品参数进行修改,以及对自动运行控制策略的选择(扭矩法、扭矩/转角法等),以满足产品更换和生产实际的要求。需要设置的参数主要有:①扭矩参数,包括快慢切换门槛扭矩值、转角起始扭矩值、目标扭矩上下限值等;②时间参数,包括气缸顶紧等待时间、快慢速度切换停顿时间等;③速度参数,包括伺服电机空行程快转速度、慢转速度,快慢两档速度分别可调。

(3) 自动运行模块是实现拧紧自动化的核心模块,是实现自动拧紧工作过程的一个循环。根据拧紧工艺的要求以及气缸顶紧时的安全性的考虑,其自动运行流程图(以采用扭矩/转角法为例)如图6所示。

(4) 手动调试模块在手动调试状态下,可对自动运行循环中的连续动作进行单步控制。

在手动调试界面下,通过面板上的旋钮可分别进行卡盘夹紧/松开,气缸顶紧/松开,交流伺服电机正转/反转、启动/停止等动作,以检查各个部件运动是否正常,且在液晶屏中可实时显示卡盘、气缸的状态以及实时采样的扭矩值和转角值。

(5) 系数修正模块用于修正扭矩传感器的仪表系数以及传感器量程,便于自动拧紧系统的量程扩展。

5 结束语

本自动拧紧控制系统目前已成功运行在热力膨胀阀的装配流水线上,经使用验证,其效果良好。此外,该系统通过更换相关工装夹具部分,也能用在其他用于螺纹联接的零件装配线上,具有一定的通用性。该系统减轻了工人的劳动强度,提高了生产效率和产品合格率,降低了返工率。

参考文献

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自动拧紧论文篇4

关键词：凸轮轴,自动变位,设计,组成

引言

随着科技进步及发展,汽车更新换代速度也在不断加快。汽车生产越来越具有小批量、多品种、高质量的特点。这就要求汽车生产企业从汽车零部件的制造到整车的装配建立一条柔性系统,增强企业的应变能力[1]。

在发动机自动装配生产线上,普通的拧紧机床只能满足单一品种发动机缸盖瓦盖螺栓间距不变时的情况,而当对多品种缸盖瓦盖进行装配时,对于间距不同的螺栓只能分开在不同工位上进行拧紧。不仅增加了设备的安装数量,也提高了生产成本,同时对工厂场地面积也提出了较高的要求。如何在同一台机床上,满足不同品种发动机缸盖瓦盖的装配,成为发动机生产设备企业研发的重点与难点[2,3,4,5]。本文设计了一种新型的发动机缸盖瓦盖自动拧紧设备,能够满足间距不同的螺栓在同一工位上安装的要求。

1、拧紧扳手凸轮轴自动变位装置工作原理

如图1所示为拧紧扳手凸轮轴自动变位装置结构示意图。在凸轮轴上安装有至少两段凸轮以及一个感应块。支板端部向下设有凸块。凸轮上开有圆周曲线的凹槽,其曲线展开线为斜线,斜线之间的夹角根据产品的不同而改变。将凸块插入凸轮轴上的凹槽中,电机通过传动带连接凸轮轴的一端,凸轮轴的另一端与毗邻的另一根凸轮轴的一端相连。

该装置通过减速电机、齿形带及带轮的传动,实现凸轮的凸轮轴凹槽中的位置变动,从而实现凸轮轴自动变位。并且在凸轮圆周凹槽中,每隔一定角度设置有直线缓冲区域,避免了电机停止时缓冲带来的拧紧轴位置误差。

2、拧紧扳手凸轮轴自动变位装置制造目标

装配工艺的安排,对最终装配质量起着关键的作用。目前,发动机生产厂家对装配线越来越重视,对装配质量要求也越来越高,如何在同一工位上实现发动机缸盖瓦盖不同间距螺栓之间的装配引起了发动机生产厂家的重视。拧紧扳手凸轮轴自动变位装置主要实现以下目标:通过电气控制系统,实现拧紧扳手之间的自动变位,并避免电机停止时缓冲带来的拧紧轴位置误差。

3、拧紧扳手凸轮轴自动变位装置结构模块

拧紧扳手凸轮轴自动变位装置主要目标是满足小批量、多品种、高质量装配的要求。根据上面所述的制造目标,该装置主要由凸轮轴自动变位模块、伺服驱动模块、电气控制模块、误差调整模块等部分组成。现将主要模块介绍如下:

3.1 凸轮轴自动变位模块

凸轮轴自动变位模块是拧紧扳手凸轮轴自动变位装置的设计难点与关键,主要功能是实现凸轮轴的变位,使其满足不同品种发动机装配要求。

将至少两根凸轮轴安装在支板上,凸轮轴上带有两个凸轮及一个感应块,凸轮上开有凹槽。将支板下方固定的凸块插入凸轮轴的凹槽中。通过电机带动凸轮轴旋转,凸块沿着凸轮轴凹槽曲线运动,从而调整凸轮轴相对于支板的位置及凸轮轴之间的间距。凸轮轴之间不同间距满足了不同种类产品装配的的需求。

3.2 扭矩监控模块

由于不同品种的发动机装配时,其所需的拧紧力矩不同。针对这个问题,在拧紧工具上预先设定一个扭矩值。从图2可以看出,在拧紧的过程中需要实时的监控扭矩的大小,使其保持在合理的范围内。扭矩过小,则不能满足要求;扭矩过大,则可能将螺栓损坏。

该过程主要是通过扭矩传感器来实现的。将旋压式扭矩传感器固定在工具套筒上,在工具与紧固件的轴线上测量扭矩,感应元件将测得的信号传递给监控部件,由监控部件发出指令配合控制模块控制拧紧装置的动作。

3.3 电气控制模块

与传统的需要通过气缸来调整凸轮轴变位的装置不同,本设计通过电气控制系统来实现凸轮轴的变位。

该电气控制系统包括电源供电回路、保护回路、信号回路、制动停车回路等组成。

电源供电回路。供电回路的供电电源分为AC380V和AC220V两种。

保护回路。主要通过对电气设备和线路进行短路、过载和失压等实现,由熔断器、失压线圈、稳压组件、热继电器和整流组件等组成。

信号回路。用于及时反映或显示设备的工作状态信息。

制动停车回路。切断电路的供电电源,并采取某些制动措施,使电机迅速停止的控制环节。

3.4 误差调整模块

为了保证发动机装配精度,需要对操作过程中可能产生的误差进行调整,或将误差源消除。该拧紧扳手凸轮轴自动变位装置主要是通过凸轮轴上凹槽曲线的设计来实现误差调整功能的。

将凸轮轴凹槽每隔一定角度就设计一段直线段。当接近开关将感应到的信号传递给控制系统时,控制系统会发出停止指令使电机停止运行。该直线段的功能是缓冲电机停止时所带来的拧紧轴位置误差。不需要手动调整拧紧轴及拧紧扳手的位置。

4、结论

与传统拧紧扳手相比,本文所设计的拧紧扳手凸轮轴制动变位装置能够满足不同品种发动机转配的要求,适合发动机装配线柔性化发展的趋势。

文中主要介绍了拧紧扳手凸轮轴制动变位装置的工作原理及结构,对拧紧装置设计人员具有一定的参看价值,有利于促进我国发动机装配制造生产下的发展。

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自动拧紧论文篇5

HXD1机车转向架驱动装置的齿轮由齿轮毂和齿圈通过50个M24螺栓紧固, 螺栓上涂有乐泰243螺纹紧固胶, 拧紧力矩要求为900 Nm。为保证拧紧效果, 螺栓拧紧时采用对称紧固。

乐泰243螺纹紧固胶为厌氧胶, 在预紧30 min左右会初固。若通过单个人工拧紧耗时至少需要45 min, 不利于螺纹紧固胶充分发挥作用, 且螺栓拧紧力矩大、数量多, 人工使用单轴液压扳手或增力扳手紧固, 劳动强度大、生产效率低, 且有反作用力作用于工件本体上, 不利于保证产品质量。

为满足齿圈螺栓的装配快速、力矩准确并降低工人劳动强度, 有必要设计一套自动化拧紧装置。该装置要求具有高可靠性、高效率以及故障率, 寿命周期内可紧固100万个螺栓。

1 工况分析

HXD1机车转向架驱动装置齿圈螺栓如图1所示, 齿圈的螺栓紧固过程大致可分为预紧和终紧。

预紧, 即采用较小扭矩对螺栓进行预紧, 扭矩均匀度要求不高, 因此在预紧过程主要采用无定扭功能的便携式电动扭矩扳手, 最大扭矩为70 Nm, 人工完成预紧工序。

终紧, 即对螺栓进行对称拧紧, 并达到最终扭矩:900 Nm。扭矩较大, 对螺栓扭矩一致性要求较高。

因此, 自动化拧紧装置设计的目的主要用于终紧过程。其需实现的动作过程为:首先将拧紧装置运动至某齿圈螺栓上, 对中该齿圈螺栓内六方头, 紧固螺栓至要求力矩;然后将拧紧装置退出已拧紧好的螺栓, 移动至下一待拧紧螺栓, 对中齿圈螺栓内六方头, 紧固螺栓……如此循环, 直至全部齿圈螺栓完成紧固。

自动化拧紧装置的主要技术参数要求如下:

拧紧力矩900 N·m

装置运动行程18 000×6 000 mm

紧固扭矩精度±3%

2 方案选择

目前, 汽车业常用的控制螺栓装配扭矩的方法有:扭矩直接控制法、扭矩控制—转角监控法、转角控制—扭矩监控法、屈服点控制法等, 其使用范围和装配精度见表1。

技术要求紧固力矩为900 Nm、精度不低于±10%, 根据以上扭矩控制方法对比, 最终选取扭矩控制—转角监控法进行螺栓紧固。

扭矩控制—转角监控法一般使用机电一体化的自动装配机控制。先将装配扭矩设置在最终装配扭矩的70%~80%的范围内, 达到预定扭矩后略停顿1~2 s, 然后装配机变成比前面更慢的转速继续旋紧, 直至最终装配扭矩值。在第二个动作开始时, 记录旋转的角度, 从而达到在装配的同时检查螺纹副质量的目的。

这种装配方法控制精度较高, 而且能用转角监控螺栓的质量。如果转角太大, 显然使用的螺纹副材料抗拉强度太低, 或没有经过热处理;如果转角太小, 显然使用的螺纹副材料抗拉强度太高, 或热处理后材料太硬。通过转角监控, 可以方便地检查出一批螺栓的质量情况, 从而最大限度地提高螺纹副的装配质量。

3 系统设计

根据自动化拧紧装置的动作过程可将该装置划分为以下几个单元进行模块化设计:拧紧系统、控制系统及机械系统。

自动化拧紧装置的设计首先应选择合适的拧紧系统, 然后根据拧紧系统设计相应的控制系统和机械系统。

3.1 拧紧系统

拧紧轴 (即扭矩扳子) 为拧紧系统的核心部件, 通过拧紧轴实现螺栓的紧固, 主要由伺服电机、减速器、扭矩传感器及输出轴等构成。其规格主要从量程、准确度等级、分辨力三个方面考虑。

1) 拧紧轴扭矩值量程的选用原则为目标扭矩值的两倍, 因此适用于该扭矩值的量程约为900×2=1800 Nm。

2) 拧紧轴准确度等级取允许误差的1/2, 为±5%。

3) 拧紧轴的分辨力取扭矩允许误差的1/2的绝对值, 即45 Nm。

结合市场产品, 电动拧紧轴的控制精度均高于5%, 分辨力可达到0.1 Nm, 因此影响拧紧轴的选取主要因素为最大扭力值。

某供应商提供了满足目标量程的弯头电动扳手, 该弯头电动拧紧轴与传动轴之间使用精密齿轮传动, 且拧紧轴与传动轴齿轮啮合位置可调, 可充分利用拧紧轴这一特点, 实现拧紧轴与螺栓头的定位拧紧和分离。查阅其产品手册, 选取目标量程1 700 Nm的CLECO67EA1700AH8弯头电动扭矩扳手作为本系统的拧紧轴。同时, 该电动拧紧轴同时接受角度和扭矩控制, 为后续螺栓紧固工艺技术升级提供了硬件支持。

3.2 控制系统

控制系统主要由上位机 (包括显示器) 、逻辑控制和显示、主控制器单元、轴控制器单元及电机驱动器构成。

每台自动化拧紧装置一般只需一个主控制器单元, 一般最多可控制36根拧紧轴。根据拧紧轴数的多少配置相应的控制器单元和电机驱动器。各电机驱动器及其拧紧轴中的伺服电机均是分别独立的、标准的旋转伺服系统, 它在拧紧机轴控制器单元的控制下可以完全确保各拧紧轴旋转 (转速、转角) 的精度及其稳定性。每个拧紧轴的扭矩检出信号分别直接进入各自的轴控制器单元, 组成各自独立的扭矩闭环控制系统, 以确保扭矩控制精度及其稳定性。这种结构中的每个轴控制器单元都是1套以单片机为主要核心并附加其他外围电路等构成的专用控制系统, 由于它的存在, 使每根拧紧轴均成为完整独立的数据采集、计算、存储、控制系统。在拧紧的过程中, 可直接对每根拧紧轴的扭矩、转角进行独立、实时地检测和控制, 从而确保了各个拧紧轴的拧紧精度及其稳定性。

控制系统采用基于Motorola公司强大的MPC823e架构的32位CPU嵌入式系统;控制系统带有640×480-10英寸LCD彩色显示器, 无需额外的电脑或显示器;且可控制所选拧紧轴;控制器采用工业级ARCNET总线系统实现内部通信, 可靠性、实时性极高;控制器直接带有4个RS 232串口, 可连接条形码扫描仪等串口外设;控制器操作系统无需硬盘, 无需不间断电源;稳定性、抗病毒性和可靠性强, 在苛刻的工业环境下使用无忧;操作软件可直接选用中文界面, 操作简便。

3.3 机械系统

机械系统主要用于承载拧紧轴及控制系统, 为全面覆盖工作区域, 选用灵活性较强的移动小车作为载体搭载拧紧集成装置及控制系统进行工作。

机械系统主要包括:移动小车、拧紧集成装置、气动系统等机械部件。如图3所示。

3.3.1 移动小车

移动小车支撑拧紧集成装置部件按叉车原型设计, 该活动机构可实现上下升降和前后移动, 便于将拧紧集成装置送到工件上已经将其从工件上取回。

3.3.2 拧紧集成装置

拧紧集成装置以30 mm厚线切割成型钢板作为基体, 根据对称齿圈螺栓距离664 mm加工拧紧轴安装孔。安装孔位置确定后, 选定扳轴提升气缸型号, 确定扳轴提升气缸安装位置。为便于拧紧集成装置在齿圈紧固过程中做圆周运动, 在成型钢板上根据三点定圆原理加装支撑滑动机构。该支撑滑动机构采用齿轮面支撑, 结合齿轮圆弧定位的方式实现拧紧集成装置做圆周运动。拧紧集成装置结构如图4所示。

3.3.3 气动系统

气动系统原理图如图5所示, 气源要求≥0.5 MPa, 工厂直供气压即可满足要求。

4 实施效果

1) 将小车移动到工位, 拔出小车上的定位销, 控制上下气缸调节小车叉子到合适高度, 调节前后移动气缸将叉子伸出到工件上合适位置, 将拧紧轴集成装置放在工件上合适位置。待放置结束后, 将拧紧轴集成工装上两个定位销拔出, 撤回小车, 转动拧紧轴集成装置, 看是否能在工件上正常旋转;理顺电缆, 以方便拧紧。

2) 对准第一组螺栓, 拧紧轴浮动扳轴落下, 同时调整扳轴六方对准螺钉六方。

3) 开启启动按钮, 拧紧机会自动进行认帽、拧紧;如拧紧合格, 退出拧紧程序;拧紧合格后控制盒上的合格灯亮, 显示面板显示的拧紧数据底色为绿色;拧紧不合格时, 红色不合格灯点亮, 显示面板上显示的拧紧数据底色为红色。

4) 所有螺栓拧紧合格后, 批次合格指示灯点亮, 该工件拧紧结束。

5 结语

自动拧紧论文篇6

1. 螺栓拧紧基本理论

1.1 夹紧力

螺纹联接通过对螺纹件施加一定的扭矩, 使被联接件受到足够的夹紧力, 来保证被联接件在空载或负载的情况下, 可靠、紧密地联接在一起。所以, 夹紧力的大小 (一般称作预紧力) 是评价螺纹联接质量好坏的主要标准。过大的预紧力可能会导致螺纹件的断裂, 或被联接件的压损;过小的预紧力则不能起到夹紧被连接件的作用, 进而导致联接失效。

在螺栓装配过程中, 预紧力的测量比较困难, 所以一般通过测量施加在螺纹件的扭矩来间接地衡量装配过程中在螺纹件中产生的预紧力。

其中:

Q0—预紧力, N

M—力矩, N·m

Kt—计算系数

d—螺栓的公称直径, mm

计算系数Kt与螺纹表面、法兰的粗糙度、润滑状况、拧紧速度、所用拧紧工具以及反复拧紧时的温度变化有关, 通常在0.1～0.3之间变化。Kt的变化将导致预紧力Q0也发生较大变化, 变化范围大约在40%左右。由计算公式可以看出, 力矩与夹紧力呈正比关系。

1.2 拧紧曲线及其基本形态

如图1, 假设螺母固定, 拧紧螺栓, 忽略摩擦力及被联接件的变形, 螺栓从开始旋入螺母, 到其下端面接触被联接连接件, 这个过程螺栓不受力, 驱动力矩为零。随着螺栓的继续旋入, 螺栓开始接触到被联接件, 并对被联接件产生夹紧力, 同时也受到来自于被联接件的反作用力, 由于忽略了被联接件的变形, 所以这个过程中的螺栓等效于一个在被逐渐拉伸的杆件。根据材料力学的知识, 可以绘出拉力与伸长量的曲线。考虑螺纹连接的特殊性, 力矩可以反映出夹紧力, 而且螺栓每旋入螺母一圈 (360°) , 螺栓端面与螺母下端面之间的距离减少一个螺距, 所以可以用螺栓旋转的角度来衡量螺栓的轴向伸长量。这样, 拉力———伸长量的曲线, 可以用力矩———转角曲线代替, 就得到了理想状况下的拧紧曲线, 如图2所示。图2中过程1是螺纹件逐渐被旋紧到被联接件的过程, 整个过程中力矩为零;a是螺纹件端面与被联接件的贴合点, 从这一点开始, 力矩随转角的增加而线性增大;过程2是螺纹件逐渐被拧紧的弹性变形过程, b是屈服点, 屈服点之后, 螺纹件发生塑性变形, 螺纹件长度显著增长, 力矩随转角增加的幅度变小, 并在到达一定位置时, 开始随转角的增加而减小, 直到c点, 螺纹件断裂。

实际生产中, 摩擦及被联接件的变形是客观存在的。在螺栓装配的起始阶段, 由于此时螺栓端面尚未接触到被联接件, 所以拧紧螺栓的转矩, 只是用来克服螺纹副之间的摩擦力。随着螺栓的不断旋入, 螺纹件逐渐与被联接件接触, 此时的驱动力矩一方面要克服螺纹副中的摩擦力, 同时还要克服来自于螺栓下端面与被联接件之间的摩擦力及对被联接件产生夹紧力。对于不同的拧紧驱动力矩中, 用于夹紧力的部分比例是不变的 (大约10%) , 所以, 实际的拧紧曲线与理论曲线的形状基本一致, 只是起始力矩不为0。

2. 拧紧曲线在螺纹联接装配中的应用

质量问题的产生原因通常有人、机、料、法、环、测等六个方面, 所以本文将从相关的主要影响因素分类阐述。

2.1 由“人”引起的拧紧质量问题

操作者在螺栓装配过程中的不正确操作, 经常会引起假力矩 (即力矩满足工艺要求, 实际的夹紧力不足) , 造成螺栓联接的失效。由于传统的判断螺纹联接质量的方法是测量设备拧紧后的力矩, 此类错误很难被发现。这时, 就需要发挥拧紧曲线的作用了。如图3所示, MA是产品力矩, 1是正常的拧紧曲线, 2与1相比, 力矩在起始阶段就迅速增高, 原因是操作者并没有将螺栓垂直的旋入工件, 螺栓相当于一个丝锥, 重新在螺纹孔攻丝, 此过程的巨大摩擦力产生了力矩达到产品要求的假象, 所以这个拧紧过程是不合格的。

如图4所示, 螺纹联接采用转角拧紧法, MS是起始力矩, 2与合格曲线1相比, 2在角度拧紧过程中出现了一段力矩随转角无明显增大的部分, 原因可能是, 操作者在转角阶段并没有使拧紧设备静止不动, 而是使设备在旋紧螺栓的方向上一起旋转, 设备驱动套筒虽然旋转了要求的角度, 但是其与螺帽之间并无相对运动, 也就没有产生要求的预紧力, 所以这个过程也是不合格的。

2.2 由“机”引起的拧紧质量问题

由拧紧设备引起的拧紧质量问题主要是由于设备的机械装置设计不当或磨损引起的。在自动拧紧设备中, 设备驱动套筒的磨损, 或设备中用于在拧紧过程中给螺纹件施加轴向力的压紧弹簧的塑性变形, 会导致拧紧过程中套筒与螺帽脱开, 如果发生在转角阶段, 将造成预紧力的不足。如图5所示, 在转角拧紧阶段, 力矩突然下降到接近于0。而设备定位尺寸如果设计不当, 会导致与图3类似的假力矩。

2.3 由“料”引起的拧紧质量问题

由螺纹件, 被联接件引起的质量问题, 一般有两种, 一种是由于零件的尺寸出现误差所引起的, 另一种是因为零件的摩擦系数出现问题所引起的。如图6所示, 曲线2与合格曲线1相比, 起始阶段虽然力矩没有出现异常, 但是, 曲线2从开始拧紧, 到螺栓端面与被联接件接触所经过的转角明显减小, 而且2的斜率明显大于1, 可能是螺栓所要拧入的螺纹孔孔深不足造成的。

如图7所示, 曲线1和2哪个合格, 需要经过具体分析, 假如螺纹件没有采取任何防松措施, 也非自攻螺钉, 那么1是正常的, 造成2旋入力矩过高的原因, 可能是螺栓的直径过大、螺母的直径过小、螺纹有损伤、螺纹中有杂质、涂层过厚等。如果说螺母采取了防松措施, 如压合防松、或螺母中有防松的塑料环等, 那么曲线2是正常的, 而1是不正常的, 可能是螺母重复使用等原因所引起的防松措施失效。

图8的拧紧曲线出现了齿状波动, 这是由于螺栓的表面涂层粗糙, 或被夹紧件的表面喷漆不合格造成的。拧紧时滑动摩擦与静摩擦交替出现, 这种拧紧问题, 一方面会严重的破坏拧紧设备, 另一方面瞬时峰值力矩虽然达到了产品力矩要求, 但螺纹副中的夹紧力并没有达到要求。

2.4 由“法”所引起的拧紧质量问题

拧紧方法一般分为弹性拧紧法与塑性拧紧法, 由于夹紧力对摩擦系数非常敏感, 摩擦系数的变化, 可能使设计为弹性拧紧的螺纹件被拧紧到塑性变形区, 设计为塑性拧紧的螺纹件未拧到塑性变形区, 这些都只有通过拧紧曲线才能发现。

另外, 如图9所示, 曲线2没有经过旋入的过程, 力矩就直接上升到产品力矩, 这可能因为设备拧紧前, 先用其它设备预紧了。但是, 显然预紧力矩太高, 不利于前面所描述的假力矩的发现。

通过前面的论述, 可以看出拧紧曲线在评价螺栓拧紧质量和分析质量问题等方面确实有着传统的拧紧质量检验方法所不具备的种种优势。但是, 拧紧曲线的采集, 需要先进的拧紧设备, 投入较高;同时对拧紧曲线的评价是需要具有多年经验的高素质人员。所以此方法各汽车制造企业可以根据不同的情况适时采用。