专利名称：一种膨胀螺栓自动组装机的制作方法
技术领域：
本发明涉及五金机械领域，尤其涉及一种膨胀螺栓自动组装设备。
背景技术：
膨胀螺栓是 一种常用的紧固件，具有安装方便、连接强度高等特点，在建筑构件连接、设备安装等方面有着广泛的应用。膨胀螺栓的种类繁多，从膨胀管的材料来划分可分为金属膨胀螺栓和塑料膨胀螺栓(螺钉)两大类；后者由于仅有塑料膨胀管和自攻螺丝组成，实现自动组装相对简单，目前已有该类型的自动组装机，且生产效率非常高；而金属膨胀螺栓结构相对复杂、零件多，例如一种常用的膨胀螺栓由金属套管、螺杆、平垫片、弹簧垫片以及螺母五个零件组成，因而实现自动组装难度较大。人工组装虽然动作简单，但生产效率低、劳动强度大，还经常出现螺母不能拧到位等问题。近年来对于金属膨胀螺栓也出现了自动组装机，例如专利201110217756. 8和201120275650. 9所述的自动组装机，其组装方式是先将螺母、弹垫、平垫和套管依次装入夹具中，再将螺杆由上至下穿入套管等孔中，最后通过旋转装置带动螺杆旋转并与螺母拧紧；由于各工位组装工作必须待转盘及夹具处在静止状态下才能完成，因而主机采用了间歇式运动机构，限制了组装机的生产效率；另外螺杆在穿过套管等零件时很难准确定位，从而加大了螺杆头部与螺母旋合的难度，会影响到产品组装的质量。随着经济的快速发展，膨胀螺栓的需求量在不断增加，对膨胀螺栓组装的生产效率、质量、成本也提出了更高的要求，而现有技术尚不能有效地解决这些问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种可用于金属膨胀螺栓自动组装的机械设备，该机具有组装效率高、工作可靠、成本低廉的特点。为实现上述目的，本发明采用了下列技术方案膨胀螺栓自动组装机包括链板式输送装置、零件供料装置、零件擒纵装置、螺母拧紧装置、螺杆小头侧向定位装置、机架以及控制系统。所述链板式输送装置设置在机架上，由链条传动机构、链板以及装在链板上的膨胀螺栓座组合件组成，每个膨胀螺栓座组合件由一个带有凹槽的螺栓座和两个侧板组成，两侧板的顶面比螺杆座的上平面要高，螺栓座凹槽与其上平面间均有过渡倒角。所述零件供料装置包括螺杆供料装置、套管供料装置、平垫供料装置、弹垫供料装置和螺母供料装置。上述螺杆供料装置由螺杆供料器、螺杆直线送料器、螺杆调头分度转盘和电机组成，由电机驱动螺杆调头分度转盘步进式旋转，螺杆调头分度转盘的特征在于转盘的一端面均匀地分布有若干径向凹槽，凹槽数量为偶数。上述套管供料装置由套管供料器、套管开槽特征识别装置、套管调头装置和套管料道组成。上述平垫、弹垫和螺母供料装置均由相应的供料器和重力自滑式料道组成。所述零件擒纵装置包括螺杆擒纵装置、套管擒纵装置、平垫擒纵装置、弹垫擒纵装置和螺母擒纵装置。上述螺杆擒纵装置由螺杆落料道、螺杆擒纵座、弹簧以及螺杆活动挡板组成，螺杆擒纵座的上部设有一个圆柱孔，与螺杆落料道相通，下部为半圆柱形凹槽，螺杆活动挡板与螺杆擒纵座铰接，其工作面为圆弧面，两个活动挡板在弹簧的作用下与擒纵座共同组成一个可侧开式圆柱形通道；上述套管擒纵装置由套管倾斜式集料道、托勾架、活动式托勾、可转动压头、压头座、弹簧等组成，其中活动式托勾一头与固定在套管倾斜式集料道上的托勾架铰接在一起，并通过弹簧使托勾的另一头作用在套管倾斜式集料道最下部的套管上；可转动压头的特征在于其头部为球形，另一端与压头座铰接，并通过弹簧拉紧；所述平垫擒纵装置、弹垫擒纵装置、螺母擒纵装置均由对应的擒纵座、活动压板、弹簧、弹性挡块等组成，擒纵座上设有料道，料道与水平面呈一定夹角，弹性挡块设置在料道的最下端。
所述螺母拧紧装置包括螺母预拧紧摩擦板、预拧紧顶板、螺母拧紧轮I、解除卡滞摩擦板、活动顶板、螺母拧紧轮II、小电机、顶板I和顶板II等，其中两块摩擦板和两个拧紧轮的工作表面均呈波纹状特征，螺母预拧紧摩擦板设置在链板运动方向的右侧机架上，解除卡滞摩擦板则设置在链板运动方向的左侧机架上，两个拧紧轮设置在链板运动方向的右侦牝并分别由两个小电机带动旋转。所述螺杆小头侧向定位装置由活动压紧板、弹簧、固定在机架上的侧向定位板等组成，用于对将要进入套管、平垫、弹垫、螺母擒纵装置的螺杆组件进行准确的侧向定位。所述控制系统包括PLC、电机调速器、稳压电源、继电器、控制面板以及分布在各检测、检验部位的光电传感器等组成。本发明膨胀螺栓自动组装机工作时，零件供料装置将各零件整齐排列并送至擒纵装置处等待释放，链板式输送装置连续运转，由膨胀螺栓座组合件首先将螺杆从螺杆擒纵装置中带走，在螺杆小头侧向定位装置的引导下，进入套管擒纵装置，带动位于倾斜式集料道最下位的套管运动，在可转动压头的配合下，使套管套在螺杆上并落入膨胀螺栓座组合件凹槽中；接下来通过平垫、弹垫擒纵装置自动将平垫、弹垫安装到位；再通过螺母擒纵装置，将螺母挂在螺杆小头上，经过螺母预拧紧摩擦板和螺母拧紧轮I的作用将螺母旋合到位；对于个别丝扣卡滞的螺母可通过解除卡滞和二次拧紧确保螺母旋合到位。与现有技术相比，本发明膨胀螺栓自动组装机的优点在于组装机在对零件自动组装时，组装工艺动作均是在行进中完成的，显著提高了组装效率；螺母经过预拧紧和拧紧两个环节有效地提高了组装质量，通过卡滞解除和二次拧紧环节进一步降低了不良品率；采用链板输送机构既降低了整机成本，又使得成品自动下线非常简便。
图I为本发明膨胀螺栓自动组装机整体结构示意图；图2为图IA-A剖面放大图；图3为链板与膨胀螺栓座组合件示意图；图4为螺杆供料装置示意图；图5为螺杆调头分度转盘示意图；图6为套管供料装置示意图；图7为螺杆擒纵装置示意图；图8为套管擒纵装置示意图；图9为螺母擒纵装置示意图10为螺母拧紧装置示意图；图11为螺杆小头侧向定位装置示意图。图中，链板式输送装置I、零件供料装置2、零件擒纵装置3、螺母拧紧装置4、螺杆小头侧向定位装置5、机架6、控制系统7、链条传动机构11、链板12、膨胀螺栓座组合件13、 双节距链条111、链轮112、张紧装置113、主动链轴114、轴承115、链轮116、链条117、链轮118、电机119、螺栓座131、侧板132、螺杆供料装置21、套管供料装置22、平垫供料装置23、弹垫供料装置24、螺母供料装置25、螺杆供料器211、螺杆直线送料器212、螺杆调头分度转盘213、步进电机214、套管供料器221、套管开槽特征识别装置222、套管调头装置223、套管料道224、螺杆擒纵装置31、套管擒纵装置32、平垫擒纵装置33、弹垫擒纵装置34、螺母擒纵装置35、螺杆落料道311、螺杆擒纵座312、弹簧313、螺杆活动挡板314、活动挡板座315、套管倾斜式集料道321、托勾架322、活动式托勾323、可转动压头324、压头座325、弹簧326、螺母擒纵座351、弹簧352、活动压板353、弹性挡块354、螺母预拧紧摩擦板41、预拧紧顶板42、螺母拧紧轮I 43、解除卡滞摩擦板44、活动顶板45、螺母拧紧轮1146、小电机47、顶板I48、顶板1149、活动压紧板51、弹簧52、侧向定位板53。
具体实施例方式以下通过一个较佳实施例并结合附图对本发明进一步详细说明如图I所示，本实施例膨胀螺栓自动组装机由链板式输送装置I、零件供料装置2、零件擒纵装置3、螺母拧紧装置4、螺杆小头侧向定位装置5、机架6以及控制系统7组成。链板式输送装置I设置在机架6上，由链条传动机构11、链板12以及膨胀螺栓座组合件13组成(如图2所示)，链条传动机构11主要由双节距链条111，链轮112、张紧装置113 (见图I)、主动链轴114、轴承115、链轮116、链条117、链轮118及电机119等组成；电机固定在机架上，由电机119驱动链轮118，通过链条117、链轮116带动主动链轴114和链轮112旋转，进而驱动双节距链111运动；链板12固定在双节距链条111上；每个膨胀螺栓座组合件13由一个带有凹槽的螺栓座131和两个侧板132组成(如图3所示)，本实施例中侧板132的顶面比螺栓座131的上平面要高出3mm，螺栓座131的凹槽宽度比套管直径略大，凹槽与上平面间均有过渡倒角，右侧倒角较大，有利于螺杆快速落料，左侧倒角用来引导套管的组装。零件供料装置2包括螺杆供料装置21、套管供料装置22、平垫供料装置23、弹垫供料装置24和螺母供料装置25 (如图I所示)。本实施例中螺杆供料装置21由螺杆供料器211、螺杆直线送料器212、螺杆调头分度转盘213和步进电机214组成，通过步进电机214驱动螺杆调头分度转盘步进式旋转；本实施例中螺杆调头分度转盘213 (如图5所示)端面均匀地布置有8个径向凹槽，位于上部的凹槽与螺杆直线送料器212的出口对接，凹槽的宽度比螺杆直径略大，转盘每次动作转动45°。上述套管供料装置22 (如图6所示)由套管供料器221、套管开槽特征识别装置222、套管调头装置223和套管料道224组成。上述平垫、弹垫和螺母供料装置均由相应的供料器和重力自滑式料道组成。零件擒纵装置3包括螺杆擒纵装置31 (如图7所示)、套管擒纵装置32 (如图8所示)、平垫擒纵装置33、弹垫擒纵装置34和螺母擒纵装置35(如图9所示)。其中螺杆擒纵装置由螺杆落料道311、螺杆擒纵座312、弹簧313、螺杆活动挡板314和活动挡板座315组成；螺杆落料道311位于螺杆调头分度转盘213下部凹槽的正下方，螺杆擒纵座312的上部设有一个圆柱孔，与螺杆落料道相通311，下部为半圆柱形凹槽，活动挡板座315固定在螺杆擒纵座312上；螺杆活动挡板314与活动挡板座315铰接，其工作面为圆弧面，两个活动挡板314在弹簧313的作用下与螺杆擒纵座312共同组成一个可侧开式圆柱形通道。套管擒纵装置32 (如图8所示)由套管倾斜式集料道321、托勾架322、活动式托勾323、可转动压头324、压头座325、弹簧326等组成，本实施例中活动托勾323设有三个，依次与托勾架322铰接在一起，并通过弹簧326使托勾的另一头作用在套管倾斜式集料道321最下部的待装套管上；可转动压头324的球形头部设置在距离待装套管右上端面2 3mm处。螺母擒纵装置35 (如图9所示)由螺母擒纵座351、弹簧352、活动压板353、弹性挡块354等组成，螺母擒纵座351上设有料道，料道与水平面呈45°夹角，弹性挡块354设置在料道的 最下端。本实施例中螺母拧紧装置4(如图10所示)包括螺母预拧紧摩擦板41、预拧紧顶板42、螺母拧紧轮I 43、解除卡滞摩擦板44、活动顶板45、螺母拧紧轮II 46、小电机47(见图I)、顶板I 48和顶板II 49等，两块摩擦板和两个拧紧轮的工作表面均呈波纹状特征，表面采用耐磨且弹性好的材料；两个拧紧轮设置在链板运动方向的右侧，并分别由两个小电机47驱动作逆时针方向旋转；螺母预拧紧摩擦板41设置在链板运动方向的右侧机架上，以便于螺母沿拧紧的方向旋转，预拧紧顶板42则安装在对面相应位置，通过对套管限位，确保螺母与摩擦板紧密接触；解除卡滞摩擦板44设置在链板运动方向的左侧机架上，其波纹状表面的下边缘高于已旋合到位的螺母工件的上端面，以便已旋合到位的螺母不再与解除卡滞摩擦板44发生摩擦；活动顶板45则安装在解除卡滞摩擦板44对面相应位置，通过其弹簧对经过的套管施压；对于上工位出现的螺纹卡滞的螺母，则会在活动顶板45的压迫下与解除卡滞摩擦板44摩擦，从而解除卡滞。螺杆小头侧向定位装置5(如图11所示)由活动压紧板51、弹簧52、侧向定位板53等组成，本实施例共设置有四套该装置，分别用于对进入套管、平垫、弹垫、螺母擒纵装置前的螺杆组件进行准确的侧向定位。本实施例膨胀螺栓自动组装机工作时，螺杆从供料器211中依次送出，且其带有锥度的大头部位一律朝上；当螺杆进入螺杆调头分度转盘213的凹槽后，按照控制系统的指令随转盘每次转动45°，直至螺杆大头转到正下方时，在重力的作用下落入螺杆落料道311并进入螺杆擒纵座312中；螺杆擒纵座312的下方是膨胀螺栓座组合件13，螺杆落下后其大头首先与螺栓座131上平面接触；由于膨胀螺栓座组合件13在链条传动机构11的驱动下连续运动，因而螺杆大头在螺栓座131上平面上做相对滑动，直至落入螺栓座131凹槽中，与此同时螺杆小头部位则被螺杆活动挡板314阻挡在通道中；随着膨胀螺栓座组合件13带着螺杆继续运动，螺杆小头施加在螺杆活动挡板314上的力不断增大，螺杆活动挡板314逐渐打开，直至螺杆小头完全脱离挡板的束缚后，螺杆活动挡板314在弹簧313作用下迅速复位，而螺杆则随着膨胀螺栓座组合件13继续前行进入下一工位。套管从套管供料器221中依次送出后，便进入套管开槽特征识别装置222中，由传感器对其进行识别，若开槽特征符合送料方向，则沿料道直接进入套管倾斜式集料道321中，否则通过套管调头装置223的作用，使其在下落过程中实现调头，再进入套管倾斜式集料道321中。套管在倾斜式集料道321中平行依次排列，且开槽一头一律朝向斜下方，位于最下方的套管在3个活动式托勾323作用下暂时处于待装状态。从上一工位过来的螺杆在螺栓座131凹槽中的位置和姿态都是不能准确确定的，特别是螺杆小头部位的侧向位置的不确定，将会直接影响套管的组装，因而在进入套管组装工位前，要先进入螺杆小头侧向定位装置5中，通过活动压紧板51的作用使螺杆小头部位紧贴侧向定位板53向前移动，这样既保证了螺杆小头侧向位置的准确，又使得螺杆进入组装时的姿态得以统一；当螺杆小头部位与位于套管倾斜式集料道321最下部的套管管口接触后，将带动套管沿其长度方向移动稍许，并使套管另一端与可转动压头324的球头部位压紧；随后在螺杆和可转动压头的双重作用下，套管将进行平面复合运动；与此同时，作用在套管外圆柱面上的3个活动式托勾323也由下而上依次打开，完全脱离与套管接触后再迅速复位，托起后续套管；当螺杆推动套管运动到某一位置，螺杆与套管的摩擦力小于可转动压头324施加在套管头部的压力时，套管内壁就会与螺杆相对滑动，并逐渐向下运动，直到套管顶部与可转动压头324脱离接触，可转动压头324复位，而套管在重力作用下继续向下运动，并在螺栓座131过渡倒角及凹槽的引导下自动组装到位。
装上了套管的螺杆组件尽管在螺栓座凹槽中能自由摆动的幅度减小了，但仍然不能达到侧向准确定位，因此在进入平垫、弹垫和螺母擒纵装置前，同样都要进行螺杆小头侧向定位。经过侧向准确定位后的螺杆组件被首先带到平垫擒纵装置33中，螺杆小头与位于擒纵座最下位的平垫内圈接触后，推动平垫前进，同时在活动压板的作用下，平垫的姿态由倾斜逐渐变成水平，从而套在螺杆小头上，紧接着平垫依靠重力下落，落至套管的上端面后完成组装；同样弹垫、螺母通过各自的擒纵装置分别完成组装要求。螺母与擒纵装置分离后，只是挂在螺杆小头上，接下来进入螺母预拧紧环节，在预拧紧顶板42的约束下，螺杆组件带动螺母与螺母预拧紧摩擦板41表面摩擦，螺母边前行边转动，从而与螺杆螺纹旋合；随后再经过与快速旋转的螺母拧紧轮I 43的接触摩擦，螺母便旋合到位。如果个别螺母在螺杆头部位置出现了卡滞，接下来通过与解除卡滞摩擦板44摩擦，从而解除卡滞，再由快速旋转的螺母拧紧轮II 46将螺母旋合到位；而没有出现卡滞且已经旋合到位的螺母则会从解除卡滞摩擦板44和螺母拧紧轮II 46的下方通过，不与之发生接触。螺母旋合到位后便完成了膨胀螺栓的全部组装工作，最后膨胀螺栓成品随链板12转过链轮112，头朝下时自动从螺栓座131中滑落。以上是本发明的一个实施例，但本发明并不限于该实施例。本领域技术人员在本发明技术实质内做出的其它变化，都包含在本发明所要求保护的范围之内。
权利要求
1.一种膨胀螺栓自动组装机，包括链板式输送装置(I)、零件供料装置(2)、零件擒纵装置(3)、螺母拧紧装置(4)、螺杆小头侧向定位装置(5)、机架￠)以及控制系统(7)，其特征在于所述链板式输送装置(I)设置在机架(6)上，由链条传动机构(11)、链板(12)以及膨胀螺栓座组合件(13)组成；链条传动机构(11)由双节距链条(111)、链轮(112)、张紧装置(113)、主动链轴(114)、轴承(115)、链轮(116)、链条(117)、链轮(118)及电机(119)组成；膨胀螺栓座组合件(13)由一个带有凹槽的螺栓座(131)和两个侧板(132)组成，螺栓座(131)中的凹槽与其上平面间均设有过渡倒角。
2.根据权利要求I所述的膨胀螺栓自动组装机，其特征在于所述零件供料装置(2)包括螺杆供料装置(21)、套管供料装置(22)、平垫供料装置(23)、弹垫供料装置(24)和螺母供料装置(25);其中螺杆供料装置(21)由螺杆供料器(211)、螺杆直线送料器(212)、螺杆调头分度转盘(213)和步进电机(214)组成，螺杆调头分度转盘(213)的一端均匀地设置有若干个径向凹槽，位于上部的凹槽与螺杆直线送料器(212)的出口对接；上述套管供料装置(22)由套管供料器(221)、套管开槽特征识别装置(222)、套管调头装置(223)和套管料道(224)组成；上述平垫供料装置、弹垫供料装置、螺母供料装置均由相应的供料器和重力自滑式料道组成。
3.根据权利要求I所述的膨胀螺栓自动组装机，其特征在于所述零件擒纵装置(3)包括螺杆擒纵装置(31)、套管擒纵装置(32)、平垫擒纵装置(33)、弹垫擒纵装置(34)和螺母擒纵装置(35);其中螺杆擒纵装置(31)由螺杆落料道(311)、螺杆擒纵座(312)、弹簧(313)、螺杆活动挡板(314)和活动挡板座(315)组成，螺杆落料道(311)位于螺杆调头分度转盘(213)下部凹槽的正下方，螺杆擒纵座(312)的上部设有一个圆柱孔，与螺杆落料道(311)相通，下部为半圆柱形凹槽，活动挡板座(315)固定在螺杆擒纵座(312)上；螺杆活动挡板(314)与活动挡板座(315)铰接，其工作面为圆弧面，两个活动挡板(314)在弹簧(313)的作用下与螺杆擒纵座(312)共同组成一个可侧开式圆柱形通道。
4.根据权利要求3所述的膨胀螺栓自动组装机，其特征在于所述套管擒纵装置(32)由套管倾斜式集料道(321)、托勾架(322)、活动式托勾(323)、可转动压头(324)、压头座(325)、弹簧(326)组成，活动托勾(323) —头与托勾架(322)铰接在一起，另一头作用在套管倾斜式集料道(321)最下部的待装套管上；可转动压头(324)的特征在于其头部为球形，设置在待装套管的右上端，另一端与压头座(325)铰接；所述平垫擒纵装置、弹垫擒纵装置、螺母擒纵装置均由擒纵座、弹簧、活动压板、弹性挡块等组成，擒纵座上设有料道，料道与水平面呈一定夹角，弹性挡块设置在料道的最下端。
5.根据权利要求I所述的膨胀螺栓自动组装机，其特征在于所述螺母拧紧装置(4)包括螺母预拧紧摩擦板(41)、预拧紧顶板(42)、螺母拧紧轮I (43)、解除卡滞摩擦板(44)、活动顶板(45)、螺母拧紧轮II (46)、小电机(47)、顶板I (48)和顶板II (49);两块摩擦板和两个拧紧轮的工作表面均呈波纹状特征，两个拧紧轮设置在链板运动方向的右侧，分别由两个小电机带动旋转；螺母预拧紧摩擦板(41)设置在链板运动方向的右侧机架上，解除卡滞摩擦板(44)设置在链板运动方向的左侧机架上。
6.根据权利要求I所述的膨胀螺栓自动组装机，其特征在于所述螺杆小头侧向定位装置(5)由活动压紧板(51)、弹簧(52)、侧向定位板(53)组成，设置在各零件擒纵装置的前端。
全文摘要
一种膨胀螺栓自动组装机，属五金机械领域。本组装机由链板式输送装置、零件供料装置、零件擒纵装置、螺母拧紧装置、螺杆小头侧向定位装置、机架和控制系统组成；所述零件供料装置和零件擒纵装置用于各零件的排列、储存待装以及逐一释放；所述链板式输送装置设置在机架上，通过安装在链板上的膨胀螺栓座组合件转运不同工位的半成品、成品；所述螺杆小头侧向定位装置设置在零件擒纵装置的前端，以实现各工位螺杆的侧向定位；所述螺母拧紧装置包括螺母预拧紧摩擦板、螺母拧紧轮I、解除卡滞摩擦板、螺母拧紧轮II和小电机等。该组装机可实现膨胀螺栓各零件的自动组装，具有组装效率高、成本低的特点；螺母经预拧紧和拧紧两个环节确保了组装质量。
文档编号B23P21/00GK102632385SQ20121014374
公开日2012年8月15日 申请日期2012年5月11日 优先权日2012年5月11日
发明者张绍林, 秦东晨, 聂惠娟, 袁峰, 陈江义 申请人:郑州大学