一种用于分离螺母组件装配拧紧的自动化设备的制作方法

1.本发明属于航天分离螺母装配拧紧领域，尤其是涉及一种用于分离螺母组件装配拧紧的自动化设备。


背景技术：

2.分离螺母主要应用于航天领域，由分离螺母本体和基体组成，参照说明书附图9，其中a指分离螺母本体，b指基体，基体通过螺纹与分离螺母本体连接，形成分离螺母，在分离螺母的装配拧紧过程中，主要采用人工进行，人工首先将分离螺母本体预拧到相应的基体上，然后使用专用的力矩扳手或电动扳手进行拧紧，通常螺母拧紧数量多、力矩要求大，装配拧紧过程费时费力、效率低下。某些自动拧紧的设备在螺母装配拧紧时容易损伤螺纹，影响产品质量。因此急需采用自动化的浮动装配拧紧技术，提高装配拧紧效率，避免在装配拧紧时损伤螺纹。
3.根据检索，现有技术中有公开螺母拧紧装置及具有其的螺母拧紧系统，现有技术中是通过转盘接头的连续上料，通过振动盘实现螺母的自动上料，使用机器人末端的伺服电机拧紧，其不足之处在于：1.使用振动盘对螺母进行上料时，只适用规则螺母，不能适用分离螺母上料，并且采用振动盘上料时，因为螺母与螺母之间、螺母与振动盘会产生磕碰和摩擦，不适用带涂层的分离螺母；2.机器人末端没有浮动机构、对螺母进行拧紧时，会损伤螺母的螺纹；3.在适应不同型号的螺母装配拧紧时，没有设计快换装置，在进行换型时，耗时长、不易更换。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明旨在提出一种用于分离螺母组件装配拧紧的自动化设备，以针对现有技术的不足，在分离螺母本体的装配拧紧过程中，能够实现对分离螺母本体、基体的自动上下料和浮动装配拧紧，与现有技术相比，在装配精度、效率和力矩控制精度上有很大的提高。
5.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种用于分离螺母组件装配拧紧的自动化设备，包括平台及其上方的上料托盘装置、拧紧装置、上下料机器人、上护罩和固定工装，所述上料托盘装置、拧紧装置、上下料机器人、固定工装均位于上护罩内，所述上料托盘装置一侧分别设有拧紧装置、上下料机器人、固定工装，且固定工装位于拧紧装置正下方，所述拧紧装置、上下料机器人均信号连接至控制器；所述拧紧装置包括机架、横移机构、纵移机构和浮动夹持拧紧机构，所述机架为u形结构，所述机架一侧安装横移机构，横移机构一侧安装纵移机构，纵移机构一侧安装浮动夹持拧紧机构，所述浮动夹持拧紧机构处于固定工装正上方，所述横移机构用于给上下料
机器人避位，所述纵移机构用于调整浮动夹持拧紧机构的高低位置，所述浮动夹持拧紧机构用于实现分离螺母本体和基体的装配拧紧，所述横移机构、纵移机构和浮动夹持拧紧机构均信号连接至控制器；所述浮动夹持拧紧机构包括伺服电机、双浮动滑台、支撑架、夹持气缸、快换扳手、拧紧夹爪、仿形件和旋转轴，所述双浮动滑台包括x向滑台和y向滑台，所述伺服电机通过同步带带动旋转轴旋转，旋转轴下端连接x向滑台，所述x向滑台底部连接至y向滑台，所述y向滑台底部连接至支撑架上端，所述支撑架内部与夹持气缸连接，拧紧夹爪安装至夹持气缸下方，支撑架下方安装快换扳手，快换扳手下方安装仿形件，所述伺服电机的驱动器、夹持气缸均信号连接至控制器。
6.进一步的，所述x向滑台包括x向滑块、x向微动弹簧、x向微调螺钉和x向滑台本体，所述x向滑块上方连接至旋转轴下端，所述x向滑块下方滑动安装在x向滑台本体的导轨上，所述x向微动弹簧和x向微调螺钉对称安装在x向滑台本体上，所述x向滑台本体底部连接至y向滑台。
7.进一步的，所述y向滑台包括y向滑块、y向微动弹簧、y向微调螺钉和y向滑台本体，所述y向滑块上方连接至x向滑台本体，所述y向滑块底部滑动安装在y向滑台本体的导轨上，所述y向滑台本体底部与支撑架相连，所述y向微动弹簧和y向微调螺钉对称安装在y向滑台本体上。
8.进一步的，所述上料托盘装置包括分离螺母本体托盘和基体托盘，所述分离螺母本体托盘和基体托盘二者结构相同，且平行设置于平台顶部，所述分离螺母本体托盘包括外层托架和内层衬板，所述外层托架底部固定至平台顶部，所述外层托架内部固定安装内层衬板，所述内层衬板上开设有若干仿形孔。
9.进一步的，所述横移机构包括横移直线导轨、横移气缸、横移托板，所述横移直线导轨、横移气缸均安装至机架上方，所述横移托板一侧连接至横移气缸的伸缩杆，底部滑动连接至横移直线导轨；所述横移托板顶部安装纵移机构，所述横移气缸信号连接至控制器。
10.进一步的，所述纵移机构包括纵移气缸、纵移直线导轨、纵移托板，所述纵移直线导轨底部安装至横移托板，纵移直线导轨顶部滑动安装纵移托板，所述纵移托板顶部安装浮动夹持拧紧机构，所述纵移托板一侧连接至纵移气缸的伸缩杆，纵移气缸信号连接至控制器。
11.进一步的，所述上下料机器人包括六轴机械臂、快换盘和夹持工装，所述六轴机械臂底部的固定座固定安装至平台顶部，所述六轴机械臂一端安装快换盘，快换盘底部安装夹持工装，所述夹持工装包括连接块、分离螺母本体组件和基体组件，所述连接块顶部安装至快换盘，底部分别安装分离螺母本体组件和基体组件，所述分离螺母本体组件用于夹持分离螺母本体，所述基体组件用于夹持基体，所述六轴机械臂、分离螺母本体组件和基体组件均信号连接至控制器。
12.进一步的，所述分离螺母本体组件包括分离螺母本体三爪气缸和分离螺母本体夹爪，所述分离螺母本体三爪气缸顶部安装至连接块一侧，分离螺母本体三爪气缸底部的伸缩杆安装至分离螺母本体夹爪，所述分离螺母本体三爪气缸信号连接至控制器。
13.进一步的，所述基体组件包括基体三爪气缸和基体夹爪，所述基体三爪气缸顶部安装至连接块另一侧，基体三爪气缸底部的伸缩杆安装至基体夹爪，所述基体三爪气缸信
号连接至控制器。
14.进一步的，所述固定工装包括快换支座和快换固定块，所述快换固定块底部螺栓连接至平台顶部，快换固定块顶部固定连接至快换支座，所述快换支座用于定位分离螺母本体，且快换支座顶部位于仿形件正下方。
15.相对于现有技术，本发明所述的一种用于分离螺母组件装配拧紧的自动化设备具有以下优势：本发明所述的一种用于分离螺母组件装配拧紧的自动化设备，其分离螺母本体和基体由上下料机器人实现上下料，有效提高了装配效率和装配精度；采用浮动夹持机构夹紧基体，双浮动滑台使得基体具有两个自由度，同时在预拧紧时，纵移气缸为浮动控制，使得基体具有上下浮动自由度，分离螺母本体与基体的预拧紧为柔性装配，有效避免了预装配时损伤螺纹，提高装配拧紧质量。
附图说明
16.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1为本发明实施例所述的整体结构示意图；图2为本发明实施例所述的去掉上护罩结构示意图；图3为本发明实施例所述的上料托盘装置示意图；图4为本发明实施例所述的拧紧装置示意图；图5为本发明实施例所述的上下料机器人示意图；图6为本发明实施例所述的固定工装示意图；图7为图4中a的放大图；图8为图4中b的放大图；图9为本发明实施例所述的分离螺母组件示意图；图10为图8的x向剖视图；图11为图8的y向剖视图。
17.附图标记说明：100、平台；200、上料托盘装置；210、分离螺母本体托盘；211、外层托架；212、内层衬板；220、基体托盘；300、拧紧装置；301、机架；310、横移机构；311、横移直线导轨；312、横移气缸；313、横移托板；320、纵移机构；321、纵移气缸；322、纵移直线导轨；323、纵移托板；330、浮动夹持拧紧机构；331、伺服电机；332、双浮动滑台；3321、x向滑台；33211、x向滑块；33212、x向微动弹簧；33213、x向微调螺钉；33214、x向滑台本体；3322、y向滑台；33221、y向滑块；33222、y向微动弹簧；33223、y向微调螺钉；33224、y向滑台本体；333、支撑架；334、夹持气缸；335、快换扳手；336、拧紧夹爪；337、仿形件；400、上下料机器人；410、六轴机械臂；420、快换盘；430、夹持工装；431、连接块；432、基体三爪气缸；433、基体夹爪；434、分离螺母本体三爪气缸；435、分离螺母本体夹爪；500、上护罩；600、固定工装；601、快换支座；602、快换固定块。
具体实施方式
18.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
19.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，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”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
20.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
21.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
22.如图1至图11所示，一种用于分离螺母组件装配拧紧的自动化设备，包括平台100及其上方的上料托盘装置200、拧紧装置300、上下料机器人400、上护罩500和固定工装600，所述上料托盘装置200、拧紧装置300、上下料机器人400、固定工装600均位于上护罩500内，所述上料托盘装置200一侧分别设有拧紧装置300、上下料机器人400、固定工装600，且固定工装600位于拧紧装置300正下方，所述拧紧装置300、上下料机器人400均信号连接至控制器。所述控制器为现有技术，控制器可以为现有的工控机或者plc。其分离螺母本体和基体由上下料机器人400实现上下料，有效提高了装配效率和装配精度；采用浮动夹持拧紧机构330夹紧基体，双浮动滑台332使得基体具有两个自由度，同时在预拧紧时，纵移气缸321为浮动控制，使得基体具有上下浮动自由度，分离螺母本体与基体的预拧紧为柔性装配，有效避免了预装配时损伤螺纹，提高装配拧紧质量。
23.在本实施例里，本自动化设备主要包括平台100、上下料机器人400、上料托盘装置200、拧紧装置300、固定工装600、上护罩500；分离螺母本体和基体放置于所述的上料托盘装置200中，通过上下料机器人400实现托盘抓取上料和装配拧紧后下料；上下料机器人400用于从托盘中抓取分离螺母本体和基体、从拧紧装置300中抓取分离螺母组件放置于上料托盘装置200中；上料托盘装置200用于放置分离螺母本体和基体；拧紧装置300用于基体的预装配和拧紧；固定工装600用于固定分离螺母本体。
24.所述上料托盘装置200包括分离螺母本体托盘210和基体托盘220，所述分离螺母本体托盘210和基体托盘220二者结构相同，且平行设置于平台100顶部，所述分离螺母本体托盘210包括外层托架211和内层衬板212，所述外层托架211底部固定至平台100顶部，所述外层托架211内部固定安装内层衬板212，所述内层衬板212上开设有若干仿形孔。所述分离螺母本体托盘210用于放置分离螺母本体，所述基体托盘220用于放置基体，在本实施例里，所述的上料托盘装置200主要有分离螺母本体托盘210和基体托盘220组成，分离螺母本体
托盘210主要由外层托架211和内层衬板212组成，内层衬板212上设计有分离螺母本体的仿形孔；基体托盘220的内层衬板212上设计有基体的仿形孔。
25.所述拧紧装置300包括机架301、横移机构310、纵移机构320和浮动夹持拧紧机构330，所述机架301为u形结构，所述机架301一侧安装横移机构310，横移机构310一侧安装纵移机构320，纵移机构320一侧安装浮动夹持拧紧机构330，所述浮动夹持拧紧机构330处于固定工装600正上方，所述横移机构310用于给上下料机器人400避位，所述纵移机构320用于调整浮动夹持拧紧机构330的高低位置，所述浮动夹持拧紧机构330用于实现分离螺母本体和基体的装配拧紧，所述横移机构310、纵移机构320和浮动夹持拧紧机构330均信号连接至控制器。在本实施例里，所述的拧紧装置300主要有机架301、横移机构310、纵移机构320和浮动夹持拧紧机构330组成。横移机构310安装在机架301上，主要横移直线导轨311、横移气缸312和横移托板313组成，纵移机构320安装在横移机构310上，主要包括纵移气缸321、纵移直线导轨322、纵移托板323组成；浮动夹持拧紧机构330安装在横移机构310上，主要由伺服电机331、双浮动滑台332、支撑架333、夹持气缸334、拧紧夹爪336、仿形件337和快换扳手335等组成。
26.所述上下料机器人400包括六轴机械臂410、快换盘420和夹持工装430，所述六轴机械臂410底部的固定座固定安装至平台100顶部，所述六轴机械臂410一端安装快换盘420，快换盘420底部安装夹持工装430，所述夹持工装430包括连接块431、分离螺母本体组件和基体组件，所述连接块431顶部安装至快换盘420，底部分别安装分离螺母本体组件和基体组件，所述分离螺母本体组件用于夹持分离螺母本体，所述基体组件用于夹持基体，所述六轴机械臂410、分离螺母本体组件和基体组件均信号连接至控制器。在本实施例里，所述上下料机器人400主要包括六轴机械臂410、快换盘420和夹持工装430，夹持工装430通过快换盘420安装在六轴机械臂410末端，夹持工装430包括连接块431、分离螺母本体组件和基体组件。分离螺母本体组件主要由分离螺母本体三爪气缸434和分离螺母本体夹爪435组成，基体组件主要由基体三爪气缸432和基体夹爪433组成。
27.所述固定工装600包括快换支座601和快换固定块602，所述快换固定块602底部螺栓连接至平台100顶部，快换固定块602顶部固定连接至快换支座601，所述快换支座601用于定位分离螺母本体，且快换支座601顶部位于浮动夹持拧紧机构330正下方。
28.实施例1本发明用于分离螺母组件装配拧紧的自动化设备（以下简称设备，参见图1,图2），主要包括平台100、上料托盘装置200、拧紧装置300、上下料机器人400、上护罩500和固定工装600；平台100为设备的工作平台，用于安装上料托盘装置200、拧紧装置300、上下料机器人400和上护罩500；上料托盘装置200主要作用是用于放置分离螺母本体和基体，同时上料托盘装置200作为定位工装，实现分离螺母本体和基体在平台100的定位；拧紧装置300主要作用是实现分离螺母本体和基体的预拧紧和力矩拧紧；上下料机器人400主要作用是从上料托盘装置200中抓取基体和分离螺母本体，放置到拧紧装置300和固定工装600中，分离螺母本体和基体拧紧后形成分离螺母组件，上下料机器人400在分离螺母组件拧紧后将分离螺母组件抓取并放置到上料托盘装置200中；上护罩500主要作用是将上料托盘装置200、拧紧装置300、上下料机器人400和固定工装600封闭在内部空间中，确保是全封闭结构，保证人员安全；固定工装600主要作用是用于固定分离螺母本体。
29.所述的上料托盘装置200（参照图3）主要包括分离螺母本体托盘210和基体托盘220。分离螺母本体托盘210主要由外层托架211和内层衬板212，内层衬板212上设计有分离螺母本体的仿形孔。基体托盘220结构与分离螺母本体托盘210结构相同。
30.所述的拧紧装置300（参照图4、图7、图8、图10、图11）主要包括机架301，横移机构310安装在机架301上，主要由横移直线导轨311、横移气缸312、横移托板313组成，横移托板313通过横移直线导轨311固定在机架301上，横移气缸312带动横移托板313左右运动；浮动夹持拧紧机构330安装在纵移托板323上，主要由伺服电机331、双浮动滑台332、支撑架333、夹持气缸334、快换扳手335、拧紧夹爪336、仿形件337和旋转轴338组成。伺服电机331通过同步带带动旋转轴338旋转，旋转轴338下端固定连接双浮动滑台332的x向滑块33211，双浮动滑台332由x向滑台3321和y向滑台3322组成，x向滑台3321由x向滑块33211、x向微动弹簧33212、x向微调螺钉33213和x向滑台本体33214组成。x向微动弹簧33212和x向微调螺钉33213对称安装在x向滑台本体33214上，通过调节x向微调螺钉33213实现x向滑块33211在导轨上的浮动范围，x向滑块33211安装在x向滑台本体33214的导轨上，可在导轨移动；y向滑台3322由y向滑块33221、y向微动弹簧33222、y向微调螺钉33223和y向滑台本体33224组成。y向微动弹簧33222和y向微调螺钉33223对称安装在y向滑台本体33224上，通过调节y向微调螺钉33223实现y向滑块33221在导轨上的浮动范围，y向滑块33221安装在y向滑台本体33224的导轨上，可在导轨移动，y向滑台本体33224与支撑架333相连；x向滑台3321的x向滑台本体33214安装在y向滑台3322的y向滑块33221上。支撑架333上端与双浮动滑台332的y向滑台本体33224连接，支撑架333内部与夹持气缸334连接，拧紧夹爪336安装在夹持气缸334上，快换扳手335安装在支撑架333上，通过转动实现仿形件337在支撑架333上快速安装和拆卸。
31.所述的上下料机器人400（参照图5）主要包括六轴机械臂410、快换盘420和夹持工装430组成，夹持工装430通过快换盘420安装在六轴机械臂410末端。夹持工装430主要由连接块431、基体三爪气缸432、基体夹爪433、分离螺母本体三爪气缸434和分离螺母本体夹爪435组成，基体夹爪433与基体三爪气缸432连接，基体三爪气缸432连接到连接块431上；分离螺母本体夹爪435与分离螺母本体三爪气缸434连接，分离螺母本体三爪气缸434连接到连接块431上，连接块431与快换盘420连接，通过快换盘420实现夹持工装430的快速安装和拆卸。
32.所述的固定工装600（参照图6）主要包括快换支座601和快换固定块602组成，固定工装600安装在平台100，通过快换固定块602实现快换支座601的快速拆卸。
33.本发明自动化设备的工作过程及原理：1）分离螺母本体和基体上料分离螺母本体和基体首先放置于相应的上料托盘装置200中，上料托盘装置200的衬板有分离螺母本体和基体的仿形孔，分离螺母本体和基体根据外形放入相应的仿形孔中，实现了分离螺母本体和基体在上料托盘装置200中的定位，上料托盘装置200放入平台100的指定位置，从而实现分离螺母本体和基体在平台100的定位。
34.2）上下料机器人抓取上料托盘装置200放置到设备中的平台100中，上下料机器人400将分离螺母本体夹爪435旋转至分离螺母本体托盘210中分离螺母本体的指定位置，打开分离螺母本体三爪
气缸434实现对分离螺母本体的抓取，转送至固定工装600中，同理实现对基体的抓取和转送。当更换分离螺母组件型号时，只需拆卸快换盘420就能实现夹持工装430的快速更换。当分离螺母本体和基体装配拧紧后，形成分离螺母组件，上下料机器人400抓取分离螺母组件放置到上料托盘装置200中。
35.3）分离螺母本体和基体装配拧紧上下料机器人400抓取分离螺母本体放置到固定工装600时，拧紧装置300的横移机构310移至一侧，避让上下料机器人400，上下料机器人400即可将分离螺母本体抓取至固定工装600的快换支座601中，在分离螺母本体放置完成后，上下料机器人400抓取基体移动到浮动夹持拧紧机构330中的仿形件337下方，夹持气缸334打开，上下料机器人400将基体上移至放置于浮动夹持拧紧机构330中的仿形件337中后，夹持气缸334关闭，实现浮动夹持拧紧机构330对基体的夹持，然后上下料机器人400回到设置原点。横移机构310移至拧紧位置，纵移气缸321推动纵移机构320下移，实现分离螺母本体和基体的接触，分离螺母本体和基体在接触后由于加工误差、装配误差，同轴度有可能达不到装配要求，接触后在伺服电机331旋转中，基体由于同轴度误差收到偏心力，双浮动滑台332在内部的x向微动弹簧33212和y向微动弹簧33222的作用下，可自由调整与基体的同轴度，从而实现预装配，在分离螺母本体和基体旋入后，纵移气缸321变为浮动状态，保证螺纹在选入过程中不会损伤螺纹，同时伺服电机331内部的扭矩传感器实时监测拧紧力矩，当力矩高于设定力矩时，伺服电机331反转，带动浮动夹持拧紧机构330反转，实现基体旋出分离螺母本体，当监测的力矩正常后，再次旋入分离螺母本体。
36.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。