Автоматизированная система для сборки и затяжки резьбового соединения с контролем усилия

 

Использование: машиностроение, в частности, устройства для сборки резьбовых соединений. Сущность изобретения: автоматизированная система позволяет не только осуществлять автоматическое завинчивание резьбовых деталей с определением промежуточных значений общего момента затяжки и угла поворота, но и конечных. Для этого она снабжена датчиками начального положения, момента и угла поворота, которые связаны между собой, а также блоком доворота резьбозавертывающего инструмента. Датчик начального положения связан с приводом перемещения резьбозавертывающего инструмента, а датчик момента и угла поворота - с приводом его вращения и блоком доворота резьбозавертывающего инструмента. 4 з.п. ф-лы. 7 ил.

Предлагаемая автоматизированная система для сборки и затяжки резьбового соединения с контролем усилия на изобретение относится к области машиностроения, предназначена для сборки и затяжки резьбовых деталей с контролем усилия, возникающего в резьбовой паре. При замене ключа-насадки ее можно использовать в любой отрасли промышленности, где требуется определение точного и стабильного усилия затяжки при сборке резьбовых соединений.

Известно устройство для затяжки резьбовых соединений (см. патент США N 4136559, кл. G 01 L 3/10, 1979 г.), содержащее корпус, в котором установлен двигатель, редуктор, клапан, рабочую головку, схему управления. Указанная система резьбозавертывающего устройства позволяет контролировать градиентную характеристику процесса затяжки в режиме реального времени. Данная система контроля позволяет определить момент и усилие затяжки в области пластической деформации.

Недостатком устройства является то, что в системе используются тензометрические датчики, которые показывают нестабильные результаты измерений величины момента из-за их наклейки. При этом в указанных датчиках возникает текучесть и требуется большой ток для работы, в результате чего появляется температурная текучесть и система производит контроль усилия затяжки, которая будет низкой.

Известно устройство гайковерт (патент США кл.⁴ (73/139) B 25 B 23/14 N 4223555, 1980 г. ), содержащий корпус, размещенные в нем пневмодвигатель с редуктором, шпиндель с рабочей головкой и шестерня с зубьями, которая связана с корпусом, на поверхности шестерен наклеиваются тензометрические датчики, которые связаны с электронной схемой управления. Устройство работает следующим образом. При включении силового привода происходит опускание плиты до тех пор, пока головка инструмента не войдет в контакт с винтом или гайкой, при этом происходит включение электронной системы, связанной с соленоидным клапаном и датчиком, от которого происходит включение первого. Соленоидный клапан подает воздух в пневмодвигатель, приводя его и головку инструмента в движение. Датчики гайковерта определяют крутящий момент, а через него усилие затяжки.

Недостатком устройства является то, что в процессе сборки все же не достигается точность и стабильность затяжки в процессе сборки резьбовых соединений из-за нестабильности измеряемой величины момента, возникающей в процессе работы тензометрических датчиков, имеющих температурную текучесть и требующих большую величину тока для работы.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для затяжки резьбовых соединений (см а.с. СССР N 1215984, кл. B 25 B 23/14, 1984 г.), содержащее корпус с размещенными в нем приводом, кинематически связанного с ним, вал с резьбозавертывающей головкой, ограничитель крутящего момента, включающий электромагнитную муфту и систему управления, имеющего датчики крутящего момента и угла поворота резьбозавертывающей головки и электрически связанную с приводом. Устройство работает следующим образом: при включении привода начинают вращаться перфорированные диски, установленные на двигателе и шпинделе, осуществляется связь с датчиками момента и угла поворота. При достижении заданных величин момента и угла поворота происходит отключение всей системы.

Недостатком устройства является недостаточная точность и стабильность усилия затяжки из-за неточности измерения момента и угла поворота: так как датчики момента и угла поворота разнесены на большие расстояния, между которыми установлены элементы устройства, вносящие своими рабочими действиями погрешность в систему управления по измерению усилия затяжки и угла поворота. Кроме того, данным устройством нельзя определить начальный момент, максимальный момент то есть следить за процессом затяжки резьбового соединения.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности сборки путем повышения точности по определению усилия затяжки и стабильности контроля заданных параметров в резьбовых узлах.

Поставленная цель достигается тем, что автоматизированная система для сборки и затяжки резьбового соединения с контролем усилия снабжена механизмом перемещения, механизмами подачи и зажима, датчиком начального положения резьбозавертывающего инструмента, при этом механизм перемещения выполнен в виде цилиндрического корпуса с резьбовым осевым отверстием, закрепленного торцем на основании, ходовым винтом, сопряженного с резьбовым отверстием, гильзой, установленной с возможностью осевого перемещения на цилиндрическом корпусе и связанной с подшипником качения и ходовым винтом, закрепленного на гильзе привода с электромагнитной муфтой, связанной с ходовым винтом, а механизмы подачи и зажима выполнены в виде пневмоцилиндров, жестко связанных с корпусом, при этом механизм зажима снабжен прихватами для фиксации и закрепления резьбового узла, датчик начального положения установлен с возможностью взаимодействия с резьбозавертывающим инструментом.

Повышение точности сборки резьбовых узлов с определением усилия затяжки и стабильности контроля заданных параметров обеспечивается за счет применения системы, которая ориентирует детали, поступающие на сборку, производя их зажим. Использование датчика начального положения резьбозавертывающего инструмента позволяет вести более точное определение заданных параметров - момента затяжки и угла поворота.

Таким образом, заявленная "Автоматизированная система для сборки и затяжки резьбового соединения с контролем усилия" соответствует критерию изобретения "новизна". Сравнение заявленного решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области и техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявленное решение от прототипа и обеспечивающие положительный эффект указанный в цели изобретения, что позволило сделать вывод о его соответствии критерию "существенные отличия".

Автоматизированная система для сборки и затяжки резьбового соединения с контролем усилия представлена на фиг.1, состоящей из основных узлов.

Фиг.2 резьбозавертывающий инструмент, Фиг.3 механизм перемещения, фиг.4 кинематическая схема устройства, фиг.5 электронная система управления, фиг.6 схема управления механизмом подачи и зажима, фиг. 7 схема управления работой двигателей механизма перемещения и резьбозавертывающего инструмента.

Автоматизированная система для сборки и затяжки резьбового соединения с контролем усилия состоит из основных механизмов, представленных на фиг.1: поворотного стола 1, механизма перемещения 2, резьбозавертывающего инструмента 3, резьбового узла 4. Поворотный стол 1 используется для подачи деталей на сборку и содержит корпус 5, ось 6, на котором размещен диск 7 поворотного стола, предназначенного для установки собираемых деталей. Внутри корпуса 5 на оси 6 установлено храповое колесо 8, диск фиксатора 9, механизм подачи 10 и зажима 11, фиксатор 12, схема управления 13 механизмами подачи 10 и зажима 11 представлена на фиг.6. Механизм подачи 10 осуществляет перемещение храпового колеса 8 вместе с диском поворотного стола 7 на одну позицию. Механизм зажима 11 производит ориентацию и зажима детали поступающей на сборку. Механизм перемещения 2 (фиг.3) устанавливается на корпусе 5 поворотного стола 1 и снабжен электродвигателем 14, редуктором 15, электромагнитной муфтой 16, ходовым винтом 17, гайкой 18, гильзой 19, кронштейном 20, датчиком начального положения 21 и схемой управления работой двигателем (фиг.7), которая связана с системой управления механизмами подачи и зажима фиг.6. Резьбозавертывающий инструмент фиг.2 устанавливается на кронштейн 20 и содержит электродвигатель 23, редуктор 24, электромагнитную муфту 25, фазочувствительный преобразователь 26, выполненный в виде рессорного шпинделя с перфорированными дисками, фотоэлектрические датчики 27 и 28, основанные на принципе срыва колебаний блокинг-генератора, головку ключа 29 и электронную систему управления, которая следит за состоянием резьбовой пары и ведет активный контроль по определению заданных параметров момента затяжки и угла поворота и связана со схемой управления механизмами подачи и зажима 13, представленной на фиг. 6, и схемой управления работой двигателей механизмов перемещения и резьбозавертывающего инструмента фиг.7.

Схема управления 13 механизмами подачи 10 и зажима 11 фиг.6 состоит из полостей 31 и 32, которые имеет механизмы подачи 10, а механизм зажима 11 снабжен полостями 33 и 34. Схема управления 13 механизмами подачи 10 и зажима 11 кроме того включает кран муфтовый натяжной 35, влагоотделитель 36, масленки 37 и 38, воздухораспределители 40,41, электромагниты 42,43, соленоид 44, дросселя с обратными клапанами 45,46,47, ресивер 48, регулятор давления 49, соленоид 50. Схема управления работой двигателями представлена на фиг.7 механизмов перемещения 2 и резьбозавертывающего инструмента 3, которая состоит из кнопки "Пуск" 51, катушек магнитного пускателя 52,53, путевого выключателя 54, контактора 55, тепловых реле 56,57, катушки времени 58, кнопки "Стоп" 59. Электронная система управления фиг.5 следит за состоянием резьбовой пары и ведет активный контроль по определению заданных параметров момента угла затяжки, содержит датчик начального положения 21 и фотоэлектрические датчики 27 и 28. Фотоэлектрические датчики 27 и 28, взаимодействуя с перфорированными дисками рессорного шпинделя 26, вырабатывают сигнал, который поступают в электронную систему управления, состоящую из устройства выделения фазового импульса триггеров 60 и 61, опорного генератора 62, делителя частоты 63, формирователя сброса импульса элементов ячейки ИЛИ 65,66,67, 68, элементов ячейки И 69,70,71,72,73,74,75,76. Элементы 69,70,71,72 управляют резьбозавертывающим инструментом 3, выполненным в виде реле 77, состоящего из ячеек И, транзисторных ключей и герконовых реле.

Устройство пуска резьбозавертывающего инструмента 3 состоит из триггеров 78 и 79, блоков предустановки 80,81,82, которые соответствуют параметрам крутящего момента усилия затяжки, угла поворота (затяжки), доворота (дозатяжки), состоящие из переключателей, дешифраторов 83,84,85, счетчиков 86,87,88, блоков индикации текущих значений измеряемых величин 89, угла поворота 90, доворота (дозатяжки) 91. Устройство индикации предельного значения 92 для момента и угла поворота состоит из триггеров 93 и 94, которые служат для аварийной остановки и контроля за состоянием резьбового соединения и ячеек И 73,74,75, делителя частоты импульса угла 93 и делителя частоты импульса 94. Устройство автоматизации состоит из триггеров 95,96,97, ячеек ИЛИ 67 и 68, ячейки И 76. Датчик начального рабочего положения 21 резьбозавертывающего инструмента 3 относительно резьбового узла 4 связан с ячейкой И 98 и делителем частоты импульса угла 99. Кроме того, ячейка И 98 имеет связь с триггерами 61 и 79, а триггер 61 в свою очередь связан с делителем 100.

Автоматизированная система для сборки и затяжки резьбовых соединений с контролем усилия работает следующим образом. При нажатии кнопки "Пуск" 51 одновременно происходит включение двух систем: схемы управления механизмов подачи и зажима 13 и схемы управления работой двигателей. При этом первая осуществляет перемещение поворотного диска 7, поворотного стола 1 при помощи механизма подачи 10, перемещается храповое колесо 8, установленное на оси 6 до того момента, пока фиксатор 12 не зафиксирует диск фиксатора 9. Схема управления механизмов подачи и зажима 13 включает электромагнит ЭМ 1 42 и воздух из трубопровода через кран натяжной муфтовой 35, влагоотделитель 36 попадает в одну из ветвей, проходя через масленку 37 и воздухораспределитель 40, дроссель с обратным клапаном 45, который осуществляет регулирование скорости перемещения, попадает в полость 32 (пневмоцилиндра) механизма подачи 10. Перемещаясь, шток механизма подачи 10 перемещает поворотный диск 7 с резьбовым узлом 4 в зону сборки, где фиксируются фиксатором 12. После остановки поворотного диска 7 и его фиксации команда от схемы управления механизмами подачи и зажима 13 через реле времени 41 включает электромагнит ЭМ3 43 и воздух по другой ветви через ресивер 48, регулятор давления 49, масленку 38, воздухораспределитель 41, дроссель с обратным клапаном 47 подается в полость 34 (пневмоцилиндра) механизма зажима 11, осуществляя зажим резьбового узла 4. Одновременно с зажимом резьбового узла 4 команда со схемы управления механизмами подачи и зажима 13 подается на соленоид ЭМ2 44, воздухораспределителя 40 и воздух подается в штоковую полость 31 механизма подачи 10 через дроссель 46, возвращая шток в исходное положение. После зажима резьбового узла 4 по команде от системы управления механизмами подачи и зажима 13 через реле времени 41 включается механизм перемещения 2. При этом электродвигатель 14 включается через замкнутый путевой выключатель 54 и систему контактов катушки магнитного пускателя 52 и контактор 55, приводя в движение через редуктор 15, включенную электромагнитную муфту 16, ходовой винт 17. Вращаясь по гайке 18, ходовой винт 17 перемещает гильзу 19 с установленным на ней кронштейном 20. На кронштейне 20 установлен резьбозавертывающий инструмент 3. Перемещение гильзы 19 осуществляется программным обеспечением, которое установлено в устройстве управления. При достижении датчика конечного положения 21, установленного в корпусе механизма перемещения 2, происходит срабатывание электромагнитной муфты 16 при помощи путевого выключателя ПВ 54, размыкающего цепь катушки 1В 52. При этом происходит выключение электродвигателя 14. Одновременно с этим сигнал от датчика конечного положения 21 производит включение электродвигателя 23 через контактор 1ПВ 55 в цепи катушки магнитного пускателя 2В 53. Вращаясь, электродвигатель 23 через редуктор 24, включенную электромагнитную муфту 25 передает вращение чувствительному преобразователю 26, выполненному в виде рессорного шпинделя с перфорированными дисками и ключу 29. Вращаясь, ключ 29, который находится в поджатом состоянии, захватывает гайку резьбового узла 4, осуществляя ее завинчивание (сборку). Вырабатываемые при этом сигналы с фотоэлектрических датчиков 27 и 28 поступают в электронную систему управления и контроля, в которой один из перфорированных дисков фазочувствительного преобразователя 26 с фотоэлектрическими датчиком 28, который расположен ближе к резьбовой детали, используется для определения угла затяжки резьбового соединения. Другой перфорированный диск с фотоэлектрическим датчиком 27 используется для определения крутящего момента. При этом фотоэлектрические датчики 27 и 28, выполненные на фотодиодах ДФ1, а в качестве света источника используются миниатюрные лампы накаливания (полупроводниковые светодиоды). В процессе работы происходит формирование сигналов от датчика 27 с помощью триггера Шмитта и одновибратора, расположенных в них. После формирования импульса по амплитуде и длительности они поступают в блок выделения фазового импульса, выполненного в виде двух триггеров и двух ячеек И 60. Сформированный фазовый импульс поступает на один из входов ячейки И 61, а на другие два входа этой ячейки 61 поступают импульсы заполнения и команды "Пуск" от триггера 79. Пачка импульсов, пропорциональная моменту с выхода ячейки И 61, поступает через делитель 100 на вход четырехразрядного счетчика 86. Состояние счетчика 86 индицируется на индикаторном табло 89. Одновременно сигналы со счетчика 86 поступают на декадный дешифратор 83 и ячейку ИЛИ 65. Один из выходов ячейки ИЛИ 65 связан с формирователем делителя сброса 64, а другой со счетчиком угла затяжки 87 и триггером 97. Сигнал с дешифратора 83 с предварительной установкой разряда величины момента 80 по одному из каналов поступает через триггер 94, ячейку И 74 и блок индикации предельного значения момента затяжки, а по другому каналу сигнал от дешифратора 83 поступает в ячейку ИЛИ 67. При достижении заданного момента срабатывает триггер 95 и его сигнал поступает на один из входов ячейки И 76. Аналогично работает канал угла затяжки, отличие состоит в том, что импульсы с формирователя датчика 28 поступают на один из входов ячейки 98, на другие два входа поступают сигналы команды "Пуск" от триггера 79 и команда от датчика 21, который указывает положение резьбозавертывающего инструмента относительно резьбового узла 4. Импульсы с выхода ячейки И 98 поступают на вход делителя 99, а от него на четырехразрядный счетчик 87. Состояние счетчика 87 индицируется на индикаторном табло 90. Одновременно сигналы со счетчика 87 поступают на дешифратор 84, а сигнал с дешифратора 84 с предварительной установкой разряда угла затяжки 81 по одному из каналов поступает через триггер 53, ячейку И 73 в блок индикации предельного значения угла затяжки 92, а по другому каналу сигнал с дешифратора 84 поступает через ячейку ИЛИ 68 на вход триггера 96 при достижении заданного угла затяжки. При одновременном срабатывании триггеров 95 и 96 (когда достигнуты заданной момент и угол затяжки) сигналы с выходов этих триггеров 95 и 96 поступают на вход ячейки И 76, одновременно на третий вход этой ячейки И 76 поступают тактовые импульсы доворота (дозатяжки) с делителя частоты 63, который подключен к опорному генератору 62 с одной стороны, а с другой стороны связан с ячейками И 61, с формирователями импульса сброса 64, ячейкой И 76. Формирование количества импульсов доворота происходит следующим образом. Импульсы с выхода ячейки И 76 через ячейку И 70 поступают на вход двухразрядного счетчика 88, состояние которого индицируется индикаторным табло 91 и одновременно счетчик 88 работает на дешифратор 85 с предварительной установкой 82. Предварительная установка 82 позволяет установить определенное количество тактов доворота (дозатяжки). При достижении заданного числа тактов сигнал с дешифратора 85 через ячейку И 72, триггер 97, ячейку И 69 на вход ячейки ИЛИ 66, с которой сигнал поступает через ячейку И 75 в блок индикации предельного значения, указывая окончательную величину момента и угла поворота (затяжки). После достижения заданного числа тактов сигнал с дешифратора 85 через ячейку И 72 устанавливает триггер 97 в нулевое положение и поступление импульсов на вход ячейки ИЛИ 66 прекращается, так как импульсы с ячейки И 76 поступают также на ячейку И 69, то состояние триггера 97 определяет поступление тактовых импульсов доворота на исполнительный элемент 77, выполненного в виде реле, через ячейку ИЛИ 88 и ячейку И 71. При поступлении последнего тактового импульса доворота триггер 94 срабатывает и переводит в исходное состояние триггера 95 и 96, поступление импульсов с выхода ячейки И 76 прекращается и исполнительный элемент 77 прекращает работу резьбозавертывающего инструмента 3, выключая электромагнитную муфту 25, которая размыкает между редуктором 24 и фазочувствительным преобразователем 26. После чего происходит выключение электродвигателя 23 резьбозавертывающего инструмента. При достижении установленных параметров затяжки от схемы управления работой двигателей 22 подается сигнал на блок контакт 1Н, включая двигатель 1Д 14 на подъем резьбозавертывающего инструмента 3 в исходное положение. Подъем резьбозавертывающего инструмента 3 в исходное положение регулируется реле времени 58, после чего цикл сборки повторяется снова.

Формула изобретения

1. Автоматизированная система для сборки и затяжки резьбового соединения с контролем усилия, содержащая основание, резьбозавертывающий инструмент с механизмом перемещения, механизм подачи и зажима, а также контрольно-измерительную систему управления, отличающаяся тем, что контрольно-измерительная система снабжена связанными между собой датчиками момента, угла поворота и начального положения, а также блоком доворота резьбозавертывающего инструмента, при этом датчик начального положения связан с приводом перемещения резьбозавертывающего инструмента, а датчик момента и угла поворота с приводом его вращения и блоком доворота резьбозавертывающего инструмента.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что механизм перемещения выполнен в виде цилиндрического корпуса с резьбовым осевым отверстием, закрепленного торцом на основании и связанного с ходовым винтом, сопряженным с гильзой, установленной с возможностью осевого перемещения.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что механизм перемещения установлен в корпусе и связан с подшипником качения и ходовым винтом, закрепленным на гильзе привода с муфтой.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что механизм подачи выполнен в виде поворотного стола и снабжен для подачи пневмоцилиндром, корпус которого закреплен на основании, а шток связан с храповым механизмом и диском поворотного стола.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что механизм зажима выполнен в виде пневмоцилиндра, снабжен прихватами для фиксации и закрепления детали и установлен в основании поворотного стола.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7