一种电流反馈式数控电动螺丝刀的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种电流反馈式数控电动螺丝刀，包括控制箱和螺丝刀，控制箱和螺丝刀通过控制电缆相连，控制箱箱体内设有控制器和开关电源，螺丝刀筒体内设有电机、电机减速箱和驱动轴，筒体两端分别设有连接器和批咀。一种电流反馈式数控电动螺丝刀的控制方法，在于启动后控制器分别对转角和扭矩进行检测，并优先根据扭矩选择进行螺丝咬合、快速拧紧、螺丝锁紧或待机步骤，同时控制器具有故障检测功能，在滑牙或浮锁两种故障状态发生时选择进入待机步骤、保持待机步骤或启动螺丝刀锁定功能。本实用新型具有自动控制、数据管理和监控防错等多种功能，且高效、安全、方便，是一种能满足不同加工需要的优质数控电动螺丝刀。
【专利说明】—种电流反馈式数控电动螺丝刀
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及一种螺丝刀，尤其是一种电流反馈式数控电动螺丝刀。
【背景技术】
[0002]螺丝刀是用于拧螺丝的工具，在人们的生产和生活中得到了普遍应用。中国是制造业大国，随着汽车、航天、机械等行业的发展，提高螺丝刀的自动化控制水平成为了发展趋势。在螺丝刀实现自动化控制的同时，对螺丝刀的力矩控制精度及智能要求也在不断提高，且产品力矩的控制精度越高，就可以更好地应用于对各种精密零部件的装配当中。
[0003]目前市面上的螺丝刀主要分为三种，第一种是机械式离合器结构，结构复杂，精度较低，维护成本高，第二种是带扭矩传感器的结构，精度很高但价格昂贵，第三种采用的是电流式结构，精度高，结构简单，无耗材，环保，从而得到广泛应用。现有电动螺丝刀中，申请公布号为CN102794732A的发明提供了一种螺丝刀，其具有包括电动机的驱动装置，所述电动机藕接至驱动轴以便以预定上紧扭矩驱动用于完成螺丝驱动操作的工具，所述螺丝刀具有用于检测电机电流的电流传感器，具有用于控制驱动装置的控制装置，控制装置被设计成当达到制动标准时制动驱动装置，以及基于预定上紧扭矩计算电机电流的阈值以便确定切换标准并变动至待机状态，这种电动螺丝刀精度较高，但不具备监控防错功能，功能单一，不能充分满足多样化的加工需要，同时在拧螺丝过程中的速度控制等方面还需改进以更好地提高工作效率。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的不足，本实用新型提供一种电流反馈式数控电动螺丝刀，能实现自动控制、数据管理和监控防错等功能，精度高，使用方便，安全可靠，能适应不同加工需要且提高工作效率。
[0005]本实用新型的技术方案为:一种电流反馈式数控电动螺丝刀，包括控制箱和螺丝刀，所述控制箱和螺丝刀通过可拆卸的控制电缆相连，其特征在于:所述控制箱包括箱体，所述箱体上设有电源开关、外接电源接口、电缆接口和显示屏，箱体内设有控制器和开关电源，控制器包括微处理器、存储器、电机驱动模块和显示模块，所述微处理器分别与存储器、电机驱动模块和显示模块电路连接，电机驱动模块与电缆接口电路连接，显示模块与显示屏电路连接，开关电源分别与电源开关和外接电源接口电路连接，所述螺丝刀包括筒体，筒体内设有相连的电机、电机减速箱和驱动轴，筒体两端分别设有连接器和批咀，批咀与驱动轴相连。
[0006]所述开关电源内设有滤波模块。
[0007]所述电机内具有至少一个检测转子位置的位置传感器。
[0008]优选地，所述位置传感器为霍尔传感器。
[0009]所述电机为无碳刷电机。
[0010]所述箱体上设有与控制器电路连接的信号输出接口、PC通信接口和USB数据接□。
[0011]所述筒体外侧设有通过轴向导轨和弹簧来调节每个螺丝的轴向压力机构。
[0012]所述控制器与信号灯线路连接，信号灯位于箱体外，用于在滑牙或浮锁等故障状态发出相应的预警信号。
[0013]一种电流反馈式数控电动螺丝刀的控制方法，用于通过控制器驱动批咀完成螺丝驱动操作，其特征在于:根据加工需要设定扭矩和转角的目标值、上限值和下限值，启动后控制器分别对转角和扭矩进行检测，并优先根据扭矩选择进行如下步骤:
[0014]-螺丝咬合步骤，手动控制或通过设置有启动时间的控制器使批咀下压对准螺丝钉头，启动后控制器通过电机电流信号检测出扭矩，位置传感器检测电机旋转位置并向控制器给出转角电流信号，通过控制器将电流馈送至电机使其达到并保持低速状态(如保持100-300)，直至控制器检测到预定转角一；
[0015]-快速拧紧步骤，控制器进行电流馈送并使电机由低速转向高速，直至控制器检测到预定转角二，再使电机保持高速转动，直至控制器检测到预定转角三，然后控制器进行电流馈送并使电机由高速转向低速，直至控制器检测到预定转角四；
[0016]-螺丝锁紧步骤，控制器进行电流馈送并使电机保持低速状态，直至控制器检测到目标扭矩以及目标转角，此时将发出拧紧信号；
[0017]-待机步骤，手动控制或通过控制器使批咀脱离螺丝钉头，控制器将仍保持特定程度的电流馈送或停止电流馈送；
[0018]所述预定转角一、二、三、四的数值均与目标转角的数值成一定比例；
[0019]所述控制器具有数据记录和查询等功能，用于记录和查询时间、转角、扭矩和速度等各项参数；
[0020]当机器故障、螺丝孔不良、螺丝不良及工件特定材质等因素会增加故障率:对木质工件、塑料工件、金属薄板进行加工，或者螺纹孔松时，易导致螺丝滑动或空转而形成滑牙状态，当螺纹孔紧或螺丝不良时，则易导致未锁到底或拧紧后外观不良而形成浮锁状态；
[0021]所述控制器具有故障检测功能，用于检测滑牙或浮锁两种故障状态，滑牙状态是指到达目标转角时，控制器仍未检测到目标扭矩从而无拧紧信号(如由螺丝牙距不良导致)，浮锁状态是指到达目标扭矩并产生拧紧信号时，控制器仍未检测到目标转角(如由工件螺丝孔紧导致阻力加大)，控制器可进一步具有浮锁传感功能；
[0022]在进行螺丝锁紧步骤或待机步骤均可能检测到滑牙状态，而上述四个步骤均可能检测到浮锁状态，选择进入待机步骤、保持待机步骤或启动螺丝刀锁定功能，并可输出相应的预警信号，解除螺丝刀锁定状态则需用户在显示屏上输入密码。
[0023]本实用新型的有益效果为:
[0024]1、具有良好的人机操作界面，实现了高度的自动化控制，能很好地应用于汽车零部件、航天组件或精密机械的装配领域，通过显示屏可预先设定扭矩、时间、速度、转角、旋转方向等参数，支持6种以上装配需求的任务模式，实现了拧紧过程中的速度控制，较现有技术显著提高了工作效率。
[0025]2、具备可编程功能，能根据不同的加工需要设定相应的程序，程序存储功能由存储器实现，同时具备数据记录、查询和导出功能，可即时显示扭矩、转角等相关数据，通过对拧紧过程数据的分析，能进一步优化各项参数以取得最好的加工效果。[0026]3、具有监控防错功能，能准确的检测并记录滑牙或浮锁两种故障状态，并具有螺丝刀锁定功能，更为安全可靠，还可外接信号灯，并实现声音、色彩、文字等多种预警模式。
[0027]4、配置有无碳刷电机和霍尔传感器，精度高，免维护，使用方便，设置有轴向压力机构等柔性化设计，提升安全性，还具备外部启动、拧紧循环完成、螺丝刀故障等信号输入输出功能以及显示屏上的密码锁定等功能，功能多样，充分适应不同加工需要。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1为本实用新型所述的控制箱的结构示意图；
[0029]图2为本实用新型所述的螺丝刀的结构示意图；
[0030]图3表示了本实用新型中不同步骤中的扭矩、速度和转角之间的关系；
[0031]图4表示了滑牙状态下扭矩和转角之间的关系；
[0032]图5表示了浮锁状态下扭矩和转角之间的关系。
[0033]图中，1-箱体，2-开关电源，3-控制器，4-显示屏，5-筒体，6-电机，7-电机减速箱，8-驱动轴，9-批咀，10-连接器。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步说明:
[0035]一种电流反馈式数控电动螺丝刀，包括控制箱和螺丝刀，控制箱和螺丝刀通过可拆卸的控制电缆相连，如图1所示，控制箱包括箱体1，箱体I上设有电源开关、外接电源接口、电缆接口和显示屏4，箱体I内设有控制器3和开关电源2，开关电源2内置滤波模块；
[0036]控制器3包括微处理器、存储器、电机驱动模块和显示模块，微处理器分别与存储器、电机驱动模块和显示模块电路连接，电机驱动模块与电缆接口电路连接，显示模块与显示屏4电路连接，开关电源2分别与电源开关和外接电源接口电路连接；
[0037]控制器3还分别与箱体I上设有的信号输出接口、PC通信接口和USB数据接口电路连接，以实现数据管理功能，控制器3与箱体I外的信号灯线路连接，用于实现故障状态下的预警功能；
[0038]如图2所示，螺丝刀则包括筒体5，筒体5内设有相连的电机6、电机减速箱7和驱动轴8,电机6为无碳刷电机6,且在电机6内设有3个检测转子位置的霍尔传感器,筒体5两端分别设有连接器10和批咀9，批咀9与驱动轴8相连。
[0039]具体实施时，本实用新型的控制方法，在于通过控制器3驱动批咀9完成螺丝驱动操作，先根据加工需要设定扭矩和转角的目标值、上限值和下限值，启动后控制器3分别对转角和扭矩进行检测，并优先根据扭矩选择进行螺丝咬合、快速拧紧、螺丝锁紧或待机步骤:
[0040]如图3所示，螺丝咬合步骤中，控制器3将电流馈送至电机6使其达到并保持低速状态，直至控制器3检测到预定转角一，快速拧紧步骤中，控制器3进行电流馈送并使电机6由低速转向高速，直至控制器3检测到预定转角二，再使电机6保持高速转动，直至控制器3检测到预定转角三，然后控制器3进行电流馈送并使电机6由高速转向低速，直至控制器3检测到预定转角四，螺丝锁紧步骤中，控制进行电流馈送并使电机6保持低速状态，直至控制器3检测到目标扭矩以及目标转角，此时将发出拧紧信号并进入待机步骤。[0041]具体实施时，当机器故障、螺纹孔不良、螺丝不良及工件特定材质等因素会增加故障率并导致滑牙或浮锁两种故障状态:
[0042]如图4所示，滑牙状态是指控制器在到达目标转角时仍未检测到目标扭矩从而无拧紧信号，相对于标准曲线，不同的扭矩曲线对应于不同的滑牙状态，如由工件厚度不够可形成滑牙状态(I)(未达到扭矩目标值)，或由螺丝牙距不良可形成滑牙状态(2)(未达到扭矩目标值)，或由工件螺丝孔松可形成滑牙状态(3)(未达到扭矩下限值)；
[0043]如图5所示，浮锁状态是指到达目标扭矩并产生拧紧信号时，控制器3仍未检测到目标转角，相对于标准曲线，不同的扭矩曲线对应于不同的浮锁状态，如由工件螺丝孔紧可形成浮锁状态(4)(未达到转角目标值)。
[0044]当控制器3检测到故障时会选择进入待机步骤、保持待机步骤或启动螺丝刀锁定功能，并输出相应的预警信号，解除螺丝刀锁定状态则需用户在显示屏4上输入密码。
[0045]因此，本实用新型具有自动控制、数据管理和监控防错等多种功能，且高效、安全、方便，是一种能满足不同加工需要的优质数控电动螺丝刀。
【权利要求】
1.一种电流反馈式数控电动螺丝刀，包括控制箱和螺丝刀，所述控制箱和螺丝刀通过可拆卸的控制电缆相连，其特征在于:所述控制箱包括箱体，所述箱体上设有电源开关、夕卜接电源接口、电缆接口和显示屏，箱体内设有控制器和开关电源，控制器包括微处理器、存储器、电机驱动模块和显示模块，所述微处理器分别与存储器、电机驱动模块和显示模块电路连接，电机驱动模块与电缆接口电路连接，显示模块与显示屏电路连接，开关电源分别与电源开关和外接电源接口电路连接，所述螺丝刀包括筒体，筒体内设有相连的电机、电机减速箱和驱动轴，筒体两端分别设有连接器和批咀，批咀与驱动轴相连。
2.根据权利要求1所述的电流反馈式数控电动螺丝刀，其特征在于:所述开关电源内设有滤波模块。
3.根据权利要求1所述的电流反馈式数控电动螺丝刀，其特征在于:所述电机内具有至少一个检测转子位置的位置传感器。
4.根据权利要求3所述的电流反馈式数控电动螺丝刀，其特征在于:所述位置传感器为霍尔传感器。
5.根据权利要求1所述的电流反馈式数控电动螺丝刀，其特征在于:所述电机为无碳刷电机。
6.根据权利要求1所述的电流反馈式数控电动螺丝刀，其特征在于:所述箱体上设有与控制器电路连接的信号输出接口、PC通信接口和USB数据接口。
7.根据权利要求1所述的电流反馈式数控电动螺丝刀，其特征在于:所述筒体外侧设有轴向压力机构。
8.根据权利要求1所述的电流反馈式数控电动螺丝刀，其特征在于:所述控制器与信号灯线路连接。
【文档编号】B25B21/02GK203542479SQ201320538909
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年9月2日 优先权日:2013年9月2日
【发明者】肖本初, 肖潇 申请人:东莞市聚川装配自动化技术有限公司