压铆装置的制作方法

本申请涉及铆接技术，更具体地，涉及一种压铆装置。

背景技术：

压铆是利用压铆机产生的静压力镦粗铆钉杆形成镦头的一种铆接方法。压铆的铆接件具有表面质量好、变形小、连接强度高等特点，因而其被广泛应用于各种机械加工领域，例如造船、汽车制造等。然而，在一些加工环境下，待加工件的内部空间有限，而传统的压铆装置通常具有较长的轴向长度，因而不适合在这类狭小的工作空间中进行操作。

技术实现要素：

本申请提供了一种具有较短轴向长度的压铆装置，其能够适合在狭小的工作空间中进行操作。

在本申请的一个方面，提供了一种压铆装置，包括：直接驱动电机，所述直接驱动电机具有相互配合的定子和转子，并且所述定子位于所述转子的外周以可操作地驱动所述转子转动；驱动杆，所述驱动杆具有固定地连接到所述转子的驱动部分，以及位于所述直接驱动电机外部的丝杠部分；其中，所述驱动杆具有转动轴线，并且所述驱动杆能够被所述直接驱动电机驱动而绕所述转动轴线转动；螺母，所述螺母被可操作地安装到所述驱动杆的丝杠部分，并且被配置为响应于所述驱动杆绕所述转动轴线的转动而沿所述丝杠部分轴向地移动；以及压铆头组件，所述压铆头组件被固定地连接到所述螺母上，并且被配置为跟随所述螺母沿所述丝杠部分的轴向移动而移动，从而进行压铆处理。

在一些实施例中，所述驱动杆是一体成型的。

在一些实施例中，所述驱动杆还包括位于所述驱动部分与所述丝杠部分之间的连接部分，所述驱动杆的驱动部分与所述连接部分通过联轴器相互固定地连接在一起。

在一些实施例中，所述驱动杆仅从所述转子的一侧延伸出，所述丝杠部分位于所述驱动杆从所述转子延伸出的部分。

在一些实施例中，所述直接驱动电机是永磁同步电机。

在一些实施例中，所述驱动杆还包括位于所述驱动部分与所述丝杠部分之间的连接部分，并且所述压铆装置还包括：套筒，所述套筒被固定地连接到所述直接驱动电机，并且具有用于容纳所述驱动杆的所述连接部分和丝杠部分的中空内腔；以及轴承组件，所述轴承组件位于所述驱动杆与所述套筒之间，用于支撑所述驱动杆绕所述转动轴线旋转。

在一些实施例中，所述压铆头组件包括：内管，所述内管套接到所述驱动杆的丝杠部分的外周，所述内管具有沿其轴向方向相对的第一端与第二端，其中，所述第一端固定地连接到所述螺母上，而所述第二端用于安装压铆头。

在一些实施例中，所述内管具有位于其外壁并沿所述内管周向设置的限位板，所述限位板距离所述内管的第二端预定距离，所述压铆头组件还包括：外管，所述外管被可移动地嵌套于所述套筒与所述内管之间，所述外管与所述内管在所述转动轴线的轴向至少部分地重叠；导套，所述导套被固定于所述外管靠近所述压铆头的一端，并且具有导向孔，所述导向孔被配置容纳所述压铆头并且引导所述压铆头的轴向移动；弹性件，其位于所述外管的导套与所述内管的限位板之间，所述弹性件用于使得所述内管相对于所述外管在弛豫位置和压紧位置之间移动；在所述压紧位置，所述弹性件向所述导套施加预紧力。

在一些实施例中，所述弹性件包括位于所述外管与所述内管之间的沿所述内管的周向间隔地分布的多组弹簧及导柱，并且所述限位板包括对应的间隔分布的多个通孔，其中每个弹簧被套设在对应的导柱外周；每个导柱的一端被固定地连接在所述导套上而其另一端可滑动地穿过所述限位板上对应的通孔，并且每个弹簧的两端分别抵靠在所述限位板与所述导套上。

在一些实施例中，所述压铆头组件还包括：外管，所述外管被可移动地嵌套于所述套筒与所述内管之间，所述外管与所述内管在所述转动轴线的轴向至少部分地重叠；导套，所述导套被固定于所述外管靠近所述压铆头的一端，并且具有导向孔，所述导向孔被配置容纳所述压铆头并且引导所述压铆头的轴向移动；弹性件，其位于所述外管与所述内管之间，所述弹性件用于使得所述内管相对于所述外管在弛豫位置和压紧位置之间移动；在所述压紧位置，所述弹性件向所述导套施加预紧力。

在一些实施例中，所述外管的内壁和所述内管的外壁分别具有凸起部，所述弹性件的两端分别安装在所述凸起部上。

在一些实施例中，所述弹性件是碟簧。

以上为本申请的概述，可能有简化、概括和省略细节的情况，因此本领域的技术人员应该认识到，该部分仅是示例说明性的，而不旨在以任何方式限定本申请范围。本概述部分既非旨在确定所要求保护主题的关键特征或必要特征，也非旨在用作为确定所要求保护主题的范围的辅助手段。

附图说明

通过下面说明书和所附的权利要求书并与附图结合，将会更加充分地清楚理解本申请内容的上述和其他特征。可以理解，这些附图仅描绘了本申请内容的若干实施方式，因此不应认为是对本申请内容范围的限定。通过采用附图，本申请内容将会得到更加明确和详细地说明。

图1至图4示出了根据本申请一个实施例的压铆装置100的示意图；其中，图1是该压铆装置100的外观示意图；图2是该压铆装置100处于初始状态的轴向剖面示意图；图3是该压铆装置100处于压铆状态的轴向剖面示意图；图4是该压铆装置100的爆炸图；

图5至图6示出了根据本申请另一个实施例的压铆装置200的示意图；其中，图5是该压铆装置200的轴向剖面示意图；图6是该压铆装置200的爆炸图；

图7至图9示出了根据本申请又一个实施例的压铆装置300的示意图；其中，图7和图8是该压铆装置300分别处于初始状态和压铆状态的轴向剖面示意图；图9是该压铆装置300的爆炸图。

具体实施方式

在下面的详细描述中，参考了构成其一部分的附图。在附图中，类似的符号通常表示类似的组成部分，除非上下文另有说明。详细描述、附图和权利要求书中描述的说明性实施方式并非旨在限定。在不偏离本申请的主题的精神或范围的情况下，可以采用其他实施方式，并且可以做出其他变化。可以理解，可以对本申请中一般性描述的、在附图中图解说明的本申请内容的各个方面进行多种不同构成的配置、替换、组合，设计，而所有这些都明确地构成本申请内容的一部分。

图1至图4示出了根据本申请一个实施例的压铆装置100的示意图。其中，图1是该压铆装置100的外观示意图；图2是该压铆装置100处于初始状态的示意图；图3是该压铆装置100处于压铆状态的示意图；图4是该压铆装置100的爆炸图。在一些实施中，该压铆装置100被设计为自动化或半自动化设备，由外部电源或内置电源提供动力，并且用于对待加工件进行压铆处理。

具体地，如图2所示，该压铆装置100包括直接驱动电机102，其提供用于驱动压铆装置100的压铆头工作的驱动力。该直接驱动电机102包括电机壳体104，以及固定在电机壳体104内的定子106和转子108。在一些实施例中，定子106位于转子108的外周，例如定子106被构造为多个等间隔地设置的永磁体或电磁线圈绕组。类似地，转子108也可以被构造为一个或多个永磁体或电磁线圈绕组。定子106与转子108相互配合，使得转子108被驱动而绕其中心轴线转动。

在一些实施例中，直接驱动电机102是永磁同步电机。例如，转子108被构造为一永磁体，而定子106则被构造为电磁线圈绕组。在工作时，电磁线圈绕组定子106接入电流，例如三相对称电流，从而在电机壳体104内部产生旋转磁场。相应地，永磁体转子108在该旋转磁场中受到电磁力作用而绕其中心轴转动。采用永磁体来构造转子108的一个优点是可以将转子108构造为相对扁平的圆盘式形状，这有利于减小转子108以及直接驱动电机102整体的轴向尺寸。不同于常规电机的径向磁场，盘式电机产生的磁场是轴向磁场。轴向磁场电机具有较大的功率重量比和直径长度比，因而能够有效地减小压铆装置的总体重量和轴向长度。在一些实施例中，转子108的直径-轴向长度比可以为1:1至10:1，优选为2:1至4:1。在一些实施例中，转子108的直径为100至500毫米，优选为250至350毫米，例如300毫米。在一些实施例中，转子108的轴向长度为50至250毫米，优选为80至150毫米，例如100毫米。在一些实施例中，转子108的轴向长度与压铆装置100的轴向长度之比可以为1:5至1:20，优选为1:8至1:15。

压铆装置100还包括驱动杆110，其具有第一端112以及与该第一端112相对的第二端114。根据所在位置的不同，驱动杆110至少包括靠近第一端112的驱动部分116、靠近第二端114的丝杠部分118以及位于驱动部分116和丝杠部分118之间的连接部分120。

具体地，驱动部分116被固定地连接到转子108上，从而使得驱动杆114能够被直接驱动电机102直接驱动，并跟随转子108转动而同步地绕其自身的转动轴线转动。这种直接驱动设置可以避免例如齿轮组、减速机、皮带等传动机构的使用，力和能量的传递路径较短，因而可以有效地提高传动效率。此外，较短的传递路径也可以减小压铆装置的轴向长度。在如图2所示的实施例中，转子108具有位于其中心区域的中心孔，而驱动部分116即被通过紧固机构固定在该中心孔中。紧固机构例如为设置在中心孔一侧的紧固螺母或螺帽122，其具有与驱动杆110的第一端112相匹配的螺纹。在这种连接方式下，转子108的中心轴与驱动杆110的转动轴线共线。

除了大体位于直接驱动电机102内的驱动部分116之外，驱动杆110的连接部分120和丝杠部分118均位于直接驱动电机102外部。压铆装置100可以包括套筒124，其被固定地连接到直接驱动电机102。套筒124具有中空内腔，驱动杆110的连接部分120和丝杠部分118均被设置于该中空内腔中。在一些实施例中，套筒124具有圆柱形的形状，其直径小于直接驱动电机102的直径。在另一些实施例中，套筒124也可以在其靠近直接驱动电机102的一端具有扩大部分，该扩大部分的直径大体与直接驱动电机102的电机壳体104的直径相匹配，以使得套筒124可以更稳定地固定在电机壳体104上。

套筒124一方面用来保护并封闭驱动杆110，另一方面在套筒124的内壁上还可以设置轴承组件126。轴承组件126位于驱动杆110与套筒124之间，用于支撑驱动杆110绕转动轴线的旋转。轴承组件126可以降低驱动杆110旋转时的摩擦系数，并且可以保证驱动杆110的转动精度和稳定性。

在图2所述的实施例中，驱动杆110是一体成型的。一体化结构有助于降低整体结构的复杂度，从而缩短压铆装置100的轴向长度。在一些其他的实施例中，驱动杆110也可以不是一体化结构，而是由两段分开的杆连接在一起。例如，驱动杆110的驱动部分116可以是直接驱动电机102的输出轴，从而与直接驱动电机102一起提供。这样，根据压铆装置的具体规格的不同，可以配备不同功率的直接驱动电机102。在一些实施例中，驱动部分可以与连接部分通过联轴器相互固定地连接在一起，并且这两部分共轴，也即均以转动轴线为其轴线。

为了减小压铆装置100的轴向长度，驱动杆110仅从转子108的一侧延伸出，例如驱动杆110的连接部分120与丝杠部分118从图2所示的转子108的右侧延伸出。可以理解，在一些实施中，驱动杆110也可以从转子108的两侧延伸出。在这种情况下，优选地，丝杠部分118从第一侧延伸出，而与轴承组件对应的另一部分从第二侧延伸出来并与轴承组件相配合。这种结构可以避免驱动杆110轴向长度的浪费。

参考图1，压铆装置100的套筒124位于直接驱动电机102的一侧，其中容纳有驱动杆(未示出)的一部分，以及压铆头组件130。可以看出，这种设计结构紧凑，有利地缩短压铆装置100的轴向长度。

仍参考图2所示，压铆装置100还包括螺母128，其被可操作地安装到驱动杆110的丝杠部分118。当驱动杆110绕转动轴线转动时，螺母128可以相应地沿丝杠部分118轴向地移动，从而将直接驱动电机102的转动运动转换为轴向的线性运动。可以理解，受限于丝杠部分118的长度，螺母128的轴向运动的行程是有限的。在图2中，螺母128大体位于其初始位置，未进行压铆处理；而在图3中，螺母128向驱动杆110的第二端114移动，并且大体达到其行程的终点位置(取决于丝杠部分118的长度)，这时压铆装置100可以通过压铆头组件130对待加工件进行压铆处理。

压铆头组件130被固定地连接在螺母128上，从而其可以跟随螺母128沿丝杠部分118的轴向移动而移动，进而实现对待加工件的压铆处理。具体地，压铆头组件130包括内管132，其被固定在螺母128上。在图2所示的实施例中，内管132套接到丝杠部分118的外周，并且包括沿其轴向方向相对的第一端134和第二端136。其中，第一端134被固定地连接到螺母128上，而第一端136则用于安装压铆头138。内管132的第一端134具有相对较大的直径，并且基本占据套筒124与螺母128之间的空间；而内管132的第二端136不直接连接螺母128，因而其可以具有相对较小的直径，例如第二端136可以靠近丝杠部分118以及驱动杆110的第二端114的外壁。在一些实施例中，内管136可以具有渐缩部分140来连接其第一端134和第二端136。这样，在内管132的第二端136处，内管132的外壁与套筒124之间留有一定长度的间隙142。

在一些实施例中，压铆头组件130用于在压铆处理前压紧待加工件的预紧组件。该预紧组件可以在压铆头组件130开始移动时直到压铆处理的时刻持续地向待加工件施加预紧力，从而避免因待加工件移动而导致的压铆位置错误。具体地，该预紧组件包括外管144，其被可移动地套接于套筒124与内管132之间，也即位于间隙142中。外管144与内管132可以在转动轴线的轴向至少部分地重叠。

预紧组件还包括导套146，其被固定在外管144靠近压铆头138的一端，并且具有用于容纳压铆头138并且引导压铆头138轴向移动的导向孔。内管132还具有位于其外壁并沿内管132周向设置的限位板148，其中限位板148距离内管132的第二端136预定距离。在一些实施例中，限位板148可以被设置为环形的形状。预紧组件还包括位于限位板148与导套146之间的弹性件150，具体地，该弹性件150的两端分别抵靠在限位板148与导套146上。由于弹性件150的弹性，内管132可以相对于外管144轴向地在弛豫位置和压紧位置之间移动。在压紧位置时，由于内管132以及限位板148的移动，弹性件150经由导套146向待加工件施加预紧力。在弛豫位置，弹性件150处于弛豫状态，因而预紧组件不向待加工件施加预紧力。

可以看出，对于图2所示的实施例，其所采用的预紧组件与安装压铆头130的内管132至少部分地在轴向重叠，也即这两者是并联地连接。相比于传统压铆装置所采用的串联式预紧组件，这种并联连接有助于进一步缩短压铆装置100的轴向长度，并且稳定性也更好。

在一些实施例中，导套146上还可以可拆卸地连接有端盖(图中未示出)，其用于将导套146套设在其中，并且在压铆处理时直接抵靠在待加工件上。

在一些实施例中，弹性件150可以包括一组沿内管132的周向间隔地分布的弹簧，每个弹簧的两端分别抵靠在限位板148与导套146上。这些弹簧可以提供轴向的预紧力。在一些优选的实施例中，弹性件150还可以包括与弹簧对应的导柱152，其中每个弹簧被套设在对应的导柱152上。具体地，限位板148包括与弹簧对应的间隔分布的多个通孔154；每个导柱152的一端被固定地连接在导套146上，而另一端可滑动地穿过限位板148上对应多个通孔154。这样，当弹簧被压缩时，弹簧的轴向长度缩短，导柱152可以穿过通孔154而向内管132的第一端134移动，但导柱152不会接触内管132的渐缩部分140。在一些实施例中，导柱152的外侧可以套设有聚氨酯外套，以增加其耐磨性。

需要说明的是，在图2和图3所示的实施例中，导套146的前部未安装端盖。在实际应用中，导套146的前部会安装端盖，并且在弹性件150处于弛豫状态时，端盖应沿轴向超出压铆头138，从而可以提前压紧待加工构件以提供预紧作用。

仍参考图2，在一些实施例中，套筒124上开设有沿其轴向延伸的导向槽，螺母128上固定地连接有限位件，该限位件滑动配合地插设在导向槽中，这样能够保证螺母128在丝杠部分118上运动时不会绕自身轴线旋转，从而确保压铆头组件130随螺母128的运动而作沿轴向往复运动。优选地，可以在套筒124和螺母128的周向间隔地设置多个相互配合的限位件与导向槽。

在一些实施中，压铆装置100还包括位移传感器，其包括传感器本体158与磁环160。传感器本体158位于套筒124外部，并且被构造为长杆状结构。磁环160固接于螺母128而随螺母128移动而移动。这样，可以通过位移传感器可以确定螺母128在套筒124中的位置，从而获知压铆头138的位置。在一些实施例中，压铆装置100还包括压力传感器(图中未示出)，其用于监测驱动杆110沿轴向的受力状态，从而获知压铆头138输出的轴向压力。根据位移传感器与压力传感器对压铆头138的位移与输出力的检测，能够获知压铆装置的工作状态，对压铆加工质量进行监测。

以下具体阐述下本实施例的工作过程：

参见图2和图3所示，当需要对待加工件进行压铆加工时，将压铆装置100的压铆头138对准待加工件上的待加工位置。直接驱动电机102工作，其动子108旋转带动驱动杆110同步旋转，使得螺母128沿丝杠部分118的长度方向朝向待加工工件向前运动，带动内管132与压铆头138随之同步地向前直线运动。在此期间，在弹性件150的作用下，外管144被不断地向前推动而逐渐相对套筒124向前滑出，直至外管144前端的端盖(图中未示出)抵靠在待加工件上。之后，驱动杆110继续转动并驱使螺母128继续向前运动，弹性件150被不断压缩变形，使得端盖与外管144持续地向待加工件施加压紧力，使得待加工件被压紧固定。最后，螺母128继续向前运动，使得压铆头138继续向前运动接触待加工件而实现压铆处理。

当压铆完成后，直接驱动电机102反向旋转而驱使螺母128沿丝杠部分118远离待加工件向后运动，内管134与工作头138向后回退运动，弹性件150逐渐向其弛豫位置回复，从而使得外管144与端盖松开对待加工件的压紧作用。之后，螺母128继续回退，并通过弹性件150带动外管144向套筒124中缩回复位至图2所示的初始状态。

在一些实施例中，取决于直接驱动电机102功率的不同，以及其他结构参数设计，压铆装置可以提供例如1吨至20吨，或者优选5吨至15吨的压铆力。在一些实施例中，取决于弹性件的弹性等参数，压铆装置可以提供200至1000千克的预紧力，优选为400至1000千克的预紧力。可以看出，相比于现有的压铆装置，本申请的压铆装置在减小轴向长度的同时，能够提供与现有技术相当甚至更大的力。

图5至图6示出了根据本申请另一个实施例的压铆装置200的示意图；其中，图5是该压铆装置200的轴向剖面示意图；图6是该压铆装置200的爆炸图。

如图5和图6所示，不同于图1至图4所示的压铆装置100，该压铆装置200的驱动杆210的驱动部分216与丝杠部分218是分别的两个部件，其在驱动杆210的连接部分220通过联轴器221相互连接在一起。相应地，压铆装置200的套筒也被构造为两个部分224a和224b，其中第一部分224a连接在直接驱动电机202的电机机壳204上，而第二部分224b则用于容纳驱动杆210的丝杠部分218、连接部分216、轴承组件226以及压铆头组件230。关于压铆装置200的其他构件以及其工作方式，可以参考图1至图4所示的压铆装置100的对应描述，在此不再赘述。

图7至图9示出了根据本申请又一个实施例的压铆装置300的示意图；其中，图7和图8是该压铆装置300分别处于初始状态和压铆状态的轴向剖面示意图；图9是该压铆装置300的爆炸图。

如图7至图9所示，不同于图1至图4所示的压铆装置100中采用周向间隔分布的多个弹簧作为弹性件，该压铆装置300采用单个弹簧来作为弹性件。具体地，压铆装置300的套筒324中设置有丝杠318，其被直接驱动电机302驱动绕其旋转轴旋转。丝杠318上套设有螺母328，当丝杠318旋转时，螺母328会沿旋转轴线移动。这样，固定连接在螺母328上的内管332能够一同轴向移动。

弹簧350套设在内管332与外管344之间，用于在内管332和外管344之间弹性地传递力。在图7至8所示的例子中，弹簧350大体呈中空管状结构，并且内管332、弹簧350以及外管344的外径递增。其中，内管332的外壁上具有凸出部333，例如环形凸出部，而外管344的内壁具有凸出部345，弹簧350的两端即分别安装在这两个凸出部333和345上。这样，当螺母328被驱动朝向待加工件(图中未示出)移动时，例如从图7所示的初始状态开始移动时，内管332、弹簧350以及外管344可以一同轴向移动，直至达到图8所示的压铆状态。如图8所示，内管332和外管344从套筒324伸出一段距离，此时外管344端部的导套346接触待加工件，并且随着内管332进一步的轴向移动而逐渐压紧待加工件。此时，外管344停止朝向待加工件移动，而内管332则继续被驱动朝向待加工件轴向移动，并且压缩弹簧350，直至压铆头338穿过其前端的导向孔接触待加工件并对其进行压铆处理。可以理解，当停止压铆处理时，内管332远离待加工件移动，弹簧350逐渐恢复到其弛豫状态，并且之后外管344也远离待加工件移动。

在一些实施例中，弹簧350可以采用螺旋弹簧。在另一些实施例中，弹簧350也可以是碟簧。特别地，对于碟簧，可以通过减少或增加其中碟片的数量和/或厚度来调整其最大压缩距离以及对应的弹性力，因此特别适合压铆头组件使用。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了压铆装置的若干模块或子模块，但是这种划分仅仅是示例性的而非强制性的。实际上，根据本申请的实施例，上文描述的两个或更多模块的特征和功能可以在一个模块中具体化。反之，上文描述的一个模块的特征和功能可以进一步划分为由多个模块来具体化。

那些本技术领域的一般技术人员可以通过研究说明书、公开的内容及附图和所附的权利要求书，理解和实施对披露的实施方式的其他改变。在权利要求中，措词“包括”不排除其他的元素和步骤，并且措辞“一”、“一个”不排除复数。在本申请的实际应用中，一个零件可能执行权利要求中所引用的多个技术特征的功能。权利要求中的任何附图标记不应理解为对范围的限制。