扭矩可控式緊件機的製作方法
2023-06-05 00:31:26
專利名稱：扭矩可控式緊件機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種緊固工件用的裝有扭矩控制傳感器的緊件裝置。
緊件機是機構加工中最常用的一種緊固工件用的裝置。現有的緊件機的動力裝置為電機，其工作過程是啟動電機通過皮帶輪傳動減速機使其轉動，轉動的減速機又帶動夾具轉動，從而達到緊固工件的目的。而扭矩的控制則採用機械方式，也就是說，通過腳鏈、彈簧支架和位置開關來控制扭力的大小。工件緊固時，隨著扭矩增大，電機傳動帶一邊被拉緊，這時電機機體會發生轉動，使與電機機體連接的槓桿產生位移，並以此驅動電源開關，使電機停止運行，由此達到控制扭矩的目的，改變扭矩的大小可通過調整與機體連接的彈簧拉力來實現。現行的緊件機，由於控制扭矩大小的機構採用機械裝置，因此其扭矩控制精度無疑要受到各機械部件的影響，例如彈簧拉力的穩定性，傳動帶拉力的變化以及支撐電機的軸承磨擦力等都會影響工件扭矩的控制精度，故其穩定性和可靠性差，工件扭矩大小基本無法控制。
本實用新型的目的是提供一種扭矩控制精度高，可靠性好的帶微機的扭矩控制裝置，以便提高產品質量。
為此，本實用新型採用如下技術方案它由扭力測量裝置、輔助傳動機構、傳動機構、夾具裝置和扭矩控制裝置組成。上述的扭力測量裝置包括上軸32、箱體33、應變杆1、應變片35、彈簧支架36和彈簧37，其中上軸32水平位於箱體33內上方，其一端與豎直狀應變杆1上端相連，另一端與彈簧37一端連接，彈簧37位於彈簧支架36上，應變片35固定在應變杆1外側。上述的輔助傳動機構2由齒條2、齒輪3、滑輪支架4、滑輪6、滑輪軸7、重錘線8、齒輪軸9、重錘導軌10、重錘11、基座31和手柄40組成，齒條2固定在箱體33中並與齒輪3嚙合，齒輪軸9穿過齒輪3中心後，其一端穿出基座31外並與手柄40相連，重錘線8一端通過滑輪裝置固定在齒條2上，另一端與重錘11連接。上述的傳動機構包括電機12、彈簧18、小帶輪20、大帶輪24、皮帶22、減速機25，小帶輪22固定在電機12轉軸上，大帶輪24與減速機25的輸入軸連接，小帶輪22與大帶輪24通過皮帶22進行傳動。夾具裝置由胎具底座28、胎具30、上軸32組成，胎具30位於胎具底座28上，並可在胎具底座28表面旋轉一定角度，豎直狀上軸32位於胎具30的正上方。扭矩控制裝置由電阻應變式扭矩傳感器Ⅰ、放大器Ⅱ、A／D轉換器Ⅲ、扭矩設定開關Ⅳ、解碼顯示器Ⅴ、邏輯電路Ⅵ、執行機構Ⅶ和變壓整流電路Ⅷ組成，扭矩設定開關Ⅳ先進行設置，工件受到扭力後，扭矩傳感器Ⅰ將傳感到的扭力信號送入放大器Ⅱ進行放大，再經A／D轉換器轉換後輸出解碼信號到解碼顯示器Ⅳ中進行解碼顯示，解碼顯示器Ⅴ通過扭矩設定開關Ⅳ向邏輯電路Ⅳ輸出高、低電平而使邏輯電路Ⅳ輸出電壓Ⅴ0到執行機構Ⅶ，以使其控制電機12通斷。
上述的扭矩傳感器Ⅰ中4個電阻R1～R4組成橋式整流電路。放大器Ⅱ由運放器IC1電位器W1、W2及附屬元件構成。A／D轉換器Ⅲ包括A／D轉換集成電路片IC2及附屬元件。解碼顯示器Ⅴ由解碼集成電路片IC3、顯示集成電路片IC4、IC5電阻網絡R8～R14和共陰極數碼管LED及附屬元件組成，IC3的10、13、12、11分別接IC4的7、1、2、6腳，IC4的13、12、11、10、9、15、14腳分別通過電阻網絡R8～R14中相應的電阻接共極數碼管LED，LED又與IC5相連，IC3、IC4的12、2腳均與IC5的極性負號控制端連接。扭矩設定開關Ⅳ包括兩組開關，每組開關均包括10個開關即K～K1和K′～K1′。邏輯電路Ⅵ由與非門YF1～YF3、非門F1、F2或非門HF、二極體D1～D3和附屬元件組成，YF1、YF2輸出端按HF，HF輸出端經D1輸出電壓V0，F1輸出端經YF3接F2，而F2經D3接HF輸出端。執行機構Ⅶ包括繼電器J1、J2、J3、三極體BG1、BG2、二極體D4、D5、按鈕開關K1、K2、K3及附屬元件組成，BG1、BG2及附屬元件組成放大電路與J1線圈相連，而J2、J3線圈兩端分別接220V交流電源。變壓整流電路Ⅷ由變壓器T、橋式整流電路D、集成電路片IC6、IC7、二極體D6、D7及附屬元件組成，220V交流電經變壓器T輸出直流電壓到D的兩個輸入端，D的兩個輸出端分別與IC6、IC7的輸入端1、2腳連接，IC6、IC7輸出端即3腳，分別輸出＋5V與－5V電壓。整流變壓電路Ⅷ輸出端接扭矩傳感器Ⅰ的輸入端，運放集成電路片IC1的輸出端接A／D轉換器Ⅲ中IC2的輸入端3腳，IC2的20～23腳分別與解碼顯示器Ⅳ中IC3的10、13、12、11腳和IC4的7、1、2、6腳連接，IC3的3、14、2、15、1、6、7、4、9、5腳分別與扭矩設定開關Ⅴ中的兩組開關K0～K9、K0′～K9′相連，扭矩設定開關Ⅴ又與邏輯電路Ⅵ的與非門YF1、YF2輸入端連接，其輸出的電壓V0供給執行機構Ⅶ。
本實用新型工作過程如下所述首先將工件放於胎具30上，調整胎具30的角度，可使工件上螺釘對正上軸32上的緊固搬孔，旋轉手柄40，使齒輪軸9轉動，齒輪10亦隨之轉動從而帶動齒條2轉動，導致箱體33向下移動，以便使上軸32上的搬孔套入工件上。此時，啟動電機12通過小帶輪20、皮帶22、大帶輪24驅動減速機25轉動，減速機25輸出軸通過胎具底座28帶動胎具30及工件轉動，達到緊固工件的目的。當工件旋緊作用力達到預定值時，上軸32轉動使應變杆1變形，作為傳感器的應變片35傳出應變信號使電機12關閉。彈簧37起減小應變杆1的衝擊作用。
其扭矩控制裝置的工作原理可結合附圖5～
圖12說明由集成電路片IC1、電位器W1、W2和C1、C2、C3等構成的自穩零線性放大器Ⅱ將傳感器Ⅰ傳來的電信號放大後送入A／D轉換器Ⅲ中，由其輸出的解碼信號分別輸入到解碼顯示器Ⅳ中的IC3、IC4、IC3採用4028十段解碼集成電路片，用於扭矩設定。假定扭矩設定開關Ⅴ設定在K3、K4上，工件受力後輸出扭力信號傳到傳感器Ⅰ，使其產生相應的mV級電壓，經放大器Ⅱ放大後輸入到A／D轉換器Ⅲ，IC2採用14433集成電路片，輸出的8421碼送入解碼顯示器Ⅳ的IC3(採用4028集成電路片)，傳感器Ⅰ輸出的電信號由於工件所受到的扭力變化而變化，當解碼顯示器Ⅳ顯示為340時，IC3的15腳和1腳為高電平，並使邏輯電路Ⅵ中的兩個與非門YF1、YF2均為低電平，此時或非門HF輸出高電平，並以此驅動執行機構Ⅶ中的繼電器。
在工作過程中，首先要確定被裝配工件緊固時所需的扭矩(可在工藝文件中查到)，並在本裝置中進行設定，當工作被旋緊達到所設定的扭矩時，通過執行機構Ⅶ使電機12自動關閉。
本實用新型結構合理，由於設有輔助傳動機構(手動)和傳動機構(電動)，故操作方便。由於設計了電阻應孌扭矩傳感器作為扭矩控制的敏感元件以及大規模集成電路片，實現了扭矩的高精度檢測和控制，可靠性高，從而保證了工件的質量。
圖1為本實用新型機械部分的結構示意圖。
圖2為
圖1所示部位的A－A剖視圖。
圖3為
圖1所示部位的B－B剖視圖。
圖4為
圖1所示部位的K向視圖。
圖5、圖6為傳動原理示意圖。
圖7、圖8、圖9、
圖10、
圖11、
圖12、
圖13為本實用新型電原理圖。
箱體33與基座31用燕尾槽連接，齒輪3與齒輪軸9用銷釘38固定支撐於基座31上。轉動手柄40通過齒輪3與齒條2的配合使箱體33上、下移動。垂錘11是作為箱體33的配重。電機12藉助螺緊釘15固定於固定板14上，固定板14可沿電機支架13的滑邊左、右移動(調節螺釘16，由於彈簧18的作用力可使電機12左右移動，從而可調整皮帶22的鬆緊小帶輪20用鍵19固定於電機12轉軸上，大帶輪24則藉助鍵23固定在減速機25的輸入軸上。減速機25用螺釘26安裝在基座31上。減速機25輸出軸通過鍵29與胎具底座28連接。胎具30可沿胎具底座28上的鍵槽方向旋轉一定角度。滑輪裝置由滑輪6和滑輪軸7組成。
IC1～IC7分別採用7650、14431、428、4511、5G1413、W7805、W7905集成電路片；YF1為4011、YF為4002；BG13DK2、BG23DD15；W1～W5分別為100K、100K、100K、1K、100K；R5～R8阻值分別為1K、1K、470K、220K；R9～15均為560Ω、R16、R17分別為1.′1K、2.2K，R1～R4均為2.2K。
C1～C14電容分別為0.01μ、0.01μ、0.01μ、0.01μ、0.33μ、0.1μ、0.1、0.1μ、2200μ／25V、2200μ／25V、0.33μ、22μ、0.1μ、1μ。
權利要求1.一種扭矩可控式緊件機，其特徵在於是由扭力測量裝置、輔助傳動機構、傳動機構、夾具裝置和扭矩控制裝置組成，所述的扭力測量裝置包括上軸32、箱體33、應變杆1、應變片35、彈簧支架36和彈簧37，其中上軸32水平位於箱體33內上方，其一端與豎直狀應變杆1上端相連，另一端與彈簧37一端連接，彈簧37位於彈簧支架36上，應變片35固定在應變杆1外側，所述的輔助傳動機構2由齒條2、齒輪3、滑輪支架4、滑輪6、滑輪軸7、重錘線8、齒輪軸9、重錘導軌10、重錘11、基座31和手柄40組成，齒條2固定在箱體33中並與齒輪3嚙合，齒輪軸9穿過齒輪3中心後，其一端穿出基座31外並與手柄40相連，重錘線8一端通過滑輪裝置固定在齒條2上，另一端與重錘11連接，所述的傳動機構包括電機12、彈簧18、小帶輪20、大帶輪24、皮帶22、減速機25，小帶輪22固定在電機12轉軸上，大帶輪24與減速機25的輸入軸連接，小帶輪22與大帶輪24通過皮帶22進行傳動，所述的夾具裝置由胎具底座28、胎具30、上軸32組成，胎具30位於胎具底座28上，並可在胎具底座28表面旋轉一定角度，豎直狀上軸32位於胎具30的正上方，所述的扭矩控制裝置由電阻應變式扭矩傳感器I、放大器Ⅱ、A/D轉換器Ⅲ、扭矩設定開關Ⅳ、解碼顯示器V、邏輯電路Ⅵ執行機構Ⅶ和變壓整流電路Ⅷ組成，扭矩設定開關Ⅳ先進行設置，工件受到扭力後，扭矩傳感器I將傳感到的扭力信號送入放大器Ⅱ進行放大，再經A/D轉換器轉換後輸出解碼信號到解碼顯示器Ⅳ中進行解碼顯示，解碼顯示器Ⅴ通過扭矩設定開關Ⅳ向邏輯電路Ⅳ輸出高、低電平而使邏輯電路Ⅳ亦輸出電壓V0到執行機構Ⅶ，以使其控制電機12通斷。
2.根據權利要求1所述的扭矩可控式緊件機，其特徵在於所述的扭矩傳感器Ⅰ中4個電阻R1～R4組成橋式整流電路。
3.根據權利要求1所述的扭矩可控式緊件機，其特徵在於所述的放大器Ⅱ由運放器IC1電位器W1、W2及附屬元件構成。
4.根據權利要求1所述的扭矩可控式緊件機，其特徵在於所述的A／D轉換器Ⅲ包括A／D轉換集成電路片IC2及附屬元件。
5.根據權利要求1所述的扭矩可控式緊件機，其特徵在於所述的解碼顯示器Ⅴ由解碼集成電路片IC3、顯示集成電路片IC4、IC5電阻網絡R8～R14和共陰極數碼管LED及附屬元件組成，IC3的10、13、12、11分別接IC4的7、1、2、6腳，IC4的13、12、11、10、9、15、14腳分別通過電阻網絡R8～R14中相應的電阻接共極數碼管LED，LED又與IC5相連，IC3、IC4的12、2腳均與IC5的極性負號控制端連接。
6.根據權利要求1所述的扭矩可控式緊件機，其特徵在於所述的扭矩設定開關Ⅳ包括兩組開關，每組開關均包括10個開關即K0～K9和K0′～K9′。
7.根據權利要求1所述的扭矩可控式緊件機，其特徵在於所述的邏輯電路Ⅵ由與非門YF1～YF3、非門F1、F2或非門HF、二極體D1～D3和附屬元件組成，YF1、YF2輸出端按HF，HF輸出端經D1輸出電壓V0，F1輸出端經YF3接F2，而F2經D3接HF輸出端。
8.根據權利要求1所述的扭矩可控式緊件機，其特徵在於所述的執行機構Ⅶ包括繼電器J1、J2、J3三極體BG1、BG2、二極體D4、D5、按鈕開關K1、K2、K3及附屬元件組成，BG1、BG2及附屬元件組成放大電路接J1線圈，而J2、J3線圈兩端分別接220V交流電源。
9.根據權利要求1所述的扭矩可控式緊件機，其特徵在於所述的變壓整流電路Ⅷ由變壓器T、橋式整流電路D、集成電路片IC6、IC7、二極體D6、D7及附屬元件組成，220V交流電經變壓器T輸出直流電壓到D的兩個輸入端，D的兩個輸出端分別與IC6、IC7的輸入端1、2腳連接，IC6、IC7輸出端即3腳，分別輸出＋5V與－5V電壓。
10.根據權利要求2、3、4、5、6、7、8、9所述的扭矩可控式緊件機，其特徵在於所述的整流變壓電路Ⅷ輸出端接扭矩傳感器Ⅰ的輸入端，運放集成電路片IC1的輸出端接A／D轉換器Ⅲ中IC2的輸入端3腳，IC2的20～23腳分別與解碼顯示器Ⅳ中IC3的10、13、12、11腳和IC4的7、1、2、6腳連接，IC3的3、14、2、15、1、6、7、4、9、5腳分別與扭矩設定開關V中的兩組開關K0～K9、K0′～K9′相連，扭矩設定開關Ⅴ又與邏輯電路Ⅵ的與非門YF1、YF2輸入端連接，其輸出的電壓V0供給執行機構Ⅶ。
專利摘要一種扭矩可控式緊件機。包括扭力測量裝置、輔助傳動機構、傳動機構、夾具裝置和扭矩控制裝置，將工件安裝在夾具裝置上，通過輔助傳動機構和傳動機構使工件旋緊，當工件旋緊作用力達到預定值時，扭力測量裝置將應變信號傳到扭矩控制裝置，使電機關閉。其操作方便，由於設計了電阻應變扭矩傳感器和大規模集成電路片，故測量精度高。
文檔編號B23P19/04GK2133403SQ9223384
公開日1993年5月19日 申請日期1992年9月25日 優先權日1992年9月25日
發明者張曉明, 張震, 鬱敬 申請人:天津市東方氣體工程技術開發公司