一种嵌件自锁螺母拧紧装配系统及方法

技术领域

本发明属于轴系零件装配技术领域，涉及一种嵌件自锁螺母拧紧装配系统及方法。

背景技术

齿轮轴系在轴承压装完成后，需要采用人工将嵌件自锁螺母装配到齿轮轴系后端并进行拧紧和限力。嵌件自锁螺母在整个拧紧和限力过程中缺失自动化控制和数据采集处理，无法有效实时监控嵌件自锁螺母的拧紧力矩和拧紧过程中的异常情况，此种操作方式不仅效率低下、数据采集过程出错率较高，而且不容易控制嵌件自锁螺母的旋转速度(嵌件自锁螺母的拧入旋转速度要求≯4r/min)，另外，手动装配出来的组件其一致性较差，且极易导致嵌件自锁螺母的损伤或损坏，给组件后期的装配工作会带来一定的风险

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中嵌件自锁螺母是手动装配，导致螺母装配的一致性差，造成自锁螺母的损伤或损坏，给后期的装配工作带来风险，装配效率低的问题，提供一种嵌件自锁螺母拧紧装配系统及方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种嵌件自锁螺母拧紧装配系统，包括丝杠传输机构，所述丝杠传输机构上设置有定位座，所述定位座能够沿着丝杠传输机构移动；

所述丝杠传输机构上方设置桁架单元，所述桁架单元上设置有机械夹爪单元，所述机械夹爪单元能够沿着桁架单元纵向或横向移动，所述机械夹爪单元用于抓取待装配的零件，并将零件放置在定位座上；

所述丝杠传输机构上方还设置自锁螺母拧紧单元，所述自锁螺母拧紧单元用于拧紧待装配的零件，自锁螺母拧紧单元和机械夹爪单元沿丝杠传输机构横向间隔布置。

本发明的进一步改进在于：

所述桁架单元包括桁架，所述桁架上设置移动板，所述移动板上设置滑杆，所述滑杆上设置夹爪连接部，所述夹爪连接部能够沿着滑杆上下移动，所述移动板能够沿着桁架横向移动；

所述夹爪连接部用于连接齿轮轴系快卸夹爪或自锁螺母快卸夹爪。

所述滑杆上设置安装板，所述安装板能够沿着滑杆上下移动；

所述夹爪连接部设置在安装板上。

所述自锁螺母拧紧单元包括支撑架，所述支撑架上设置有伺服拧紧机，伺服拧紧机的驱动端设置拧紧扳手，伺服拧紧机能够带动拧紧扳手周向转动；

当定位座移动至拧紧扳手下方时，伺服拧紧机的驱动端带动拧紧扳手向下移动，直至拧紧扳手与定位座上的零件连接后，转动拧紧扳手对零件进行拧紧。

所述伺服拧紧机贯穿支撑架；

所述支撑架上设置有角位移传感器和拧紧力矩传感器。

所述角位移传感器和拧紧力矩传感器对称分布在伺服拧紧机的两侧。

所述丝杠传输机构的一侧还设置有零件支撑台，所述零件支撑台用于放置待装配的零件。

所述定位座上端设置有凸台，所述凸台的外侧周向分布若干定位销，待装配的零件套设在凸台外侧，所述定位销贯穿待装配零件的内部。

一种嵌件自锁螺母拧紧装配方法，包括以下步骤：

机械夹爪单元抓取待装配的齿轮轴系，定位座沿着丝杠传输机构移动到对应的位置后，机械夹爪单元将抓取的齿轮轴系放置在定位座上；

机械夹爪单元再次抓取待装配的自锁螺母，并将其放置在齿轮轴系上；

定位座沿着丝杠传输机构移动到自锁螺母拧紧单元下方，自锁螺母拧紧单元开始对嵌件自锁螺母进行拧紧；

拧紧完成后，定位座移动至与机械夹爪单元对应的位置后，机械夹爪单元将拧紧装配好的零件抓取走，完成零件下料。

本方法的进一步改进在于：

在对自锁螺母进行拧紧时，当第一次施加的力矩未能拧动嵌件自锁螺母时，在第一次力矩的基础上每次递增10N·m，直至能够拧动嵌件自锁螺母。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种嵌件自锁螺母拧紧装配系统，设置的丝杠传输机构可以根据零件装配环节的需求带动零件移动，定位座可以保证零件在移动装配过程中的稳定性，避免零件滑落，通过机械夹爪单元可以将零件直接放置在定位座上，节省了人工拿取和放置的时间，当零件放置好后，自锁螺母拧紧单元可以对其进行拧紧，不需要人工拧紧，且通过自锁螺母拧紧单元可以对每组零件施加相同的力矩，提高了零件装配后的一致性，减少自锁螺母后期损伤或损坏的风险，本装置将整个装配流程均通过机械传动实现，替代了人工装配，提高了装配效率，也保证了后期装配数据采集的一致性，方便后期装配数据的管理应用，提升了产品装配质量。

进一步的，本发明中，在定位座上端设置有凸台，且在凸台的外侧周向分布定位销，两者配合提高零件的放置时定位精准性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的整体结构图；

图2为本发明的整体部分结构图；

图3为本发明的桁架单元结构图；

图4为本发明的齿轮轴系快卸夹爪结构图；

图5为本发明的齿轮轴系快卸夹爪夹持抓取状态结构图；

图6为本发明的自锁螺母快卸夹爪结构图；

图7为本发明的自锁螺母快卸夹爪夹持抓取状态结构图；

图8为本发明的拧紧力矩和角位移量监测曲线图；

图9为本发明的数据采集统计图；

图10为本发明的定位座结构图。

其中：1-丝杠传输机构；2-定位座；3-桁架；4-移动板；5-滑杆；6-夹爪连接部；7-安装板；8-支撑架；9-伺服拧紧机；10-拧紧扳手；11-角位移传感器；12零件支撑台；13-齿轮轴系快卸夹爪；14-自锁螺母快卸夹爪；15-拧紧力矩传感器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明实施例公开了一种嵌件自锁螺母拧紧装配系统，包含齿轮轴系、嵌件自锁螺母的自动上料，嵌件自锁螺母的自动拧紧和限力，装配完嵌件自锁螺母的齿轮轴系的自动下料和自动控制单元，具体包括以下结构：

参见图1至图3，本实施例公开了一种嵌件自锁螺母拧紧装配系统，包括丝杠传输机构1，所述丝杠传输机构1上设置有定位座2，所述定位座2能够沿着丝杠传输机构1移动；所述丝杠传输机构1上方设置桁架单元，所述桁架单元上设置有机械夹爪单元，所述机械夹爪单元能够沿着桁架单元纵向或横向移动，所述机械夹爪单元用于抓取待装配的零件，并将零件放置在定位座2上；所述丝杠传输机构1上方还设置自锁螺母拧紧单元，所述自锁螺母拧紧单元用于拧紧待装配的零件，自锁螺母拧紧单元和机械夹爪单元沿丝杠传输机构1横向间隔布置。

进一步的，本实施例中，桁架单元包括桁架3，桁架3的外侧滑动连接移动板4，移动板4的外侧壁上连接滑杆5，滑杆5上滑动连接安装板7，安装板7的外侧壁上固定连接夹爪连接部6，参见图4至图7，夹爪连接部6可以拆卸的连接齿轮轴系快卸夹爪13或自锁螺母快卸夹爪14，移动板4和安装板7均连接驱动装置，在驱动装置的驱动下，移动板4可以沿着桁架3横向左右移动，安装板7可以沿着滑杆5上下移动，便于调整连接夹爪连接部6的精确位置。

进一步的，本实施例中，齿轮轴系快卸夹爪13和自锁螺母快卸夹爪14分别用于抓取待装配的齿轮轴系和嵌件自锁螺母。

进一步的，本实施例中，自锁螺母拧紧单元包括支撑架8，支撑架8的底部固定在丝杠传输机构1的两侧，上方的横梁上贯穿伺服拧紧机9，在伺服拧紧机9的一侧间隔安装角位移传感器11，另一侧间隔安装拧紧力矩传感器15，伺服拧紧机9的驱动端固定拧紧扳手10，在伺服拧紧机9的作用下，拧紧扳手10可以沿着支撑架8上下移动，且能够驱动拧紧扳手10周向转动，具体为：

本发明还公开了拧紧扳手10与嵌入自锁螺母上卡槽自动啮合的方法：

当定位座2带着齿轮轴系和嵌入自锁螺母移动至伺服拧紧机9下方时，伺服拧紧机9驱动拧紧扳手10向下移动，并带动拧紧扳手10向右旋转，刚开始拧紧扳手10并没有卡进自锁螺母的槽内，拧紧扳手10带动自锁螺母一起向右旋转，当嵌件自锁螺母在齿轮轴系上的右旋摩擦力矩大于转接扳手在嵌件自锁螺母端面上的右旋摩擦力矩时，此时嵌件自锁螺母的右旋速度就会小于转接扳手的右旋速度，利用二者之间的右旋速度差，来实现转接扳手右旋进入嵌件自锁螺母上的卡槽内，这就完成了转接扳手与嵌件自锁螺母二者之间的啮合，进行拧紧，在此过程中，角位移传感器11和拧紧力矩传感器15记录相关的拧紧数据。

在此过程中，伺服拧紧机9的拧紧力矩值、旋转速度可根据不同的工况进行自主设定，伺服拧紧机能迅速转变旋转方向和变速，调速范围宽，控制、调节比较简单，便于与电气控制相配合，以及与计算机的连接，便于实现自动化，因此，在嵌件自锁螺母的自动拧紧单元设计中选用了伺服拧紧机来实现嵌件自锁螺母的拧紧和限力。

进一步的，在对嵌件自锁螺母进行拧紧时，通过前期对嵌件自锁螺母在齿轮轴系上的摩擦力矩和拧紧力矩进行收集、统计和分析，得出嵌件自锁螺母的平均摩擦力矩和平均拧紧力矩，在此平均值的基础上再给出上下10N·m或20N·m的浮动力矩公差，直至摩擦力矩和拧紧力矩最终达到设计要求为止。以此为算法进行软件编程，形成力矩逐步递增的闭环反馈控制程序，比如：

当嵌件自锁螺母的第一次拧紧力矩为20N·m，结果20N·m未能拧动嵌件自锁螺母，系统会自动将20N·m未能拧动嵌件自锁螺母的结果反馈至自动控制系统，自动控制系统会根据力矩每次递增10N·m的算法控制程序再次发出30N·m的拧紧力矩指令，再次对嵌件自锁螺母用30N·m的拧紧力矩进行拧紧，如此往复，直到能够匀速拧动嵌件自锁螺母力矩值达到设计要求的最终拧紧力矩值为止。通过自动控制系统发出指令，实现嵌件自锁螺母在齿轮轴系上的自动拧紧和限力，同时通过数据管控系统来实时监测采集嵌件自锁螺母在拧紧过程中的拧紧力矩和角位移量，参见图8。

本系统可以在嵌件自锁螺母的整个装配过程中，实时监控其拧紧力矩、旋转角位移量和嵌件自锁螺母的旋转速度等信息，能够对拧紧过程中的全部数据进行实时采集、录取、存储、分析和统一管理，形成数据库，实现数据采集过程定义、数据采集过程实例生成和数据采集过程控制，参见图9，最终形成单套产品完整的数据管控数据，便于后期装配数据的一致性，和装配效率，提高了装配效率。

进一步的，本实施例中，在丝杠传输机构1的一侧还设置有零件支撑台12，零件支撑台12包括下部的支撑柱和支撑柱上端的支撑平台，主要用于放置齿轮轴系和嵌件自锁螺母，方便夹爪的抓取。

参见图10，进一步的，本实施例中，定位座2通过一个支撑底盘安装在丝杠传输机构1上，启动丝杠传输机构1时，定位座2可以沿着丝杠传输机构1开始移动，定位座2上端面有一个凸台，凸台的外侧周向分布三个定位销，定位销与凸台配合使用，当齿轮轴系放置在定位座2上时，齿轮轴系套设在凸台外侧，定位销可以伸入至齿轮轴系的内部，提高齿轮轴系定位的精准性。

可以对零件进行定位限制。

本发明实施例还公开了一种嵌件自锁螺母拧紧装配方法，包括以下步骤：

步骤一：人工手动将齿轮轴系和嵌件自锁螺母放置在零件支撑台12上；

步骤二：触发嵌件自锁螺母自动拧紧单元的开始按钮，单元自动开始零点复位自检功能，自检完成后，在夹爪连接部6的端部安装齿轮轴系快卸夹爪13，驱动齿轮轴系快卸夹爪13自动抓取齿轮轴系；

步骤三：丝杠传输机构1对定位座2进行驱动，当定位座2移动到齿轮轴系快卸夹爪13对应的位置后，齿轮轴系快卸夹爪13将齿轮轴系精准投放到定位座2上；

步骤四：从夹爪连接部6上将齿轮轴系快卸夹爪13卸下，更换为自锁螺母快卸夹爪14，调整自锁螺母快卸夹爪14的位置，当自锁螺母快卸夹爪14抓取嵌件自锁螺母时，将嵌件自锁螺母精准投放到齿轮轴系上；

步骤五：从夹爪连接部6上将自锁螺母快卸夹爪14拆卸下来，将齿轮轴系快卸夹爪13装上；

步骤六：丝杠传输机构1将定位座2连同上边的零件驱动至拧紧扳手10的正下方，伺服拧紧机9带动拧紧扳手10对嵌件自锁螺母进行拧紧和限力；

步骤七：限力完成后，丝杠传输机构1对定位座2连同上边的零件进行变位，变位完成后，通过齿轮轴系快卸夹爪13将装配好嵌件自锁螺母的齿轮轴系从定位座2上自动抓取投放至零件支撑台12上，自动实现零件的下料。

本实施例公开的方法中，在本系统中连接控制器，通过控制器可以对各个驱动单元进行驱动，实现各部件的移动。

本实施例中，在靠近丝杠传输机构1的两端设置有两组自锁螺母拧紧单元，分别用于不同工况下嵌件自锁螺母的拧紧和限力。

本发明公开了一种嵌件自锁螺母拧紧装配系统，实现了嵌件自锁螺母在齿轮轴系上的一体化装配，提高了装配效率，提升了产品装配质量的一致性，且能够在嵌件自锁螺母与齿轮轴系的装配过程中，对数据进行采集，便于后期数据的管理、调用和共享，本发明公开的一体化的装配系统和方法，使嵌件自锁螺母在齿轮轴系上的整个装配过程，消除了手工作业中人为操作的不可控因素，实现了嵌件自锁螺母拧紧过程中拧紧力矩的持续均匀加载，降低了嵌件自锁螺母损伤或损坏的风险。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。