一种机车齿轮毂螺栓自动拧紧机的制作方法

本发明属于螺栓自动拧紧机领域，尤其是一种机车齿轮毂螺栓自动拧紧机。

背景技术：

随着我国高速铁路事业的飞速发展，高铁这张中国“新名片”正走向国际市场。而在国内，中国铁路的“四纵四横”的高速铁路网以及跨区城间“同城化”时代等目标的开工建设，使得我国高速铁路车辆的需求日益增加。齿轮毂作为铁路车辆的驱动单元的重要部件，其组装是机车组装的关键质量控制点，其装配质量好坏直接关乎车辆的运行安全，因此，齿轮毂的装配成为铁路车辆生产的关键环节之一。

目前，机车齿轮毂螺栓拧紧作业时，现有的作业方式主要有两种：一种方式是齿轮毂在离线式单工位进行组装，采用气动工具完成拧紧后用定扭扳子进行扭矩校验，此种作业方式装配效率低且无法实现组装过程拧紧数据的自动记录与上传，因此不利于齿轮毂装配质量的控制；另一种方式是采用电动拧紧轴完成拧紧作业，由于齿轮毂是离线式单工位拧紧作业，拧紧机与螺栓的对位由人工实现，效率虽有所提升，但仍无法满足齿轮毂螺栓组装流水线式生产作业。

针对以上难题，现有技术中急需一种能实现拧紧机与齿轮毂螺栓自动对位，并自动完成拧紧作业，满足齿轮毂组装流水线式生产作业，对于拧紧结果能够自动记录并上传，确保齿轮毂装配质量可控。

技术实现要素：

本发明为了克服现有齿轮毂螺栓拧紧设备存在的不足，提供一种能实现齿轮毂螺栓拧紧机与齿轮毂螺栓自动对位，并自动完成拧紧作业的新型齿轮毂螺栓自动拧紧机。用于实现装配错误的预防，避免螺栓漏拧、扭矩不合格、螺纹损坏等装配问题，保证螺栓拧紧质量，降低劳动强度、改善劳动条件。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种机车齿轮毂螺栓自动拧紧机，包括底座组件、立柱组件、主机箱体组件、拧紧轴组件、定心机器人及视觉系统、控制系统；

所述的立柱组件安装在所述的底座组件上，且能沿着所述的底座组件在x方向上滑动；

所述的主机箱体组件安装在立柱组件上，且能沿着所述的立柱组件在z方向上滑动；

所述的拧紧轴组件固定在主机箱体组件上，且能沿着所述的立柱组件在y方向上滑动；

所述的定心机器人及视觉系统固定在所述的底座组件上，用于获取拧紧轴组件的两拧紧轴中心相对于车轴中心的位置坐标，且将获取的信息传送给所述的控制系统；所述的控制系统控制立柱组件、主机箱体组件、拧紧轴组件进行相应的运动。

进一步的，所述的底座组件包括丝杠滑块驱动装置i，所述的立柱组件通过所述的丝杠滑块驱动装置i驱动其在x方向上运动。

进一步的，所述的立柱组件包括丝杠滑块驱动装置ii，所述的主机箱体组件通过所述的丝杠滑块驱动装置ii驱动其在z方向上运动。

进一步的，所述的主机箱体组件包括丝杠滑块驱动装置iii，所述的拧紧轴组件通过所述的丝杠滑块驱动装置iii驱动其在y方向上运动。

进一步的，所述的拧紧轴组件设置有两个，两个拧紧轴组件对称的设置在一个连接框架上，其两者之间的距离可调；所述的连接框架固定在主机箱体组件的丝杠滑块驱动装置iii上。

进一步的，每个所述的拧紧轴组件包括拧紧枪，所述的拧紧枪的动力输出端连接有行程伸缩头，所述的行程伸缩头通过扳轴伸缩装置驱动其沿着z轴方向移动；且两个所述的拧紧枪分别各自通过变距机构驱动其在y轴向方向进行小距离的运动，实现两个拧紧轴组件之间的距离调整。

进一步的，所述的扳轴伸缩装置，包括设置在行程伸缩头一侧的升降气缸、板套、托板；所述的升降气缸的动力输出端通过托板与行程伸缩头相连，所述的托板与一个板套相连，所述的板套套装在行程伸缩头上。

进一步的，所述的两个拧紧轴组件在控制系统的控制下同步运动；当任一拧紧轴完成某一步拧紧步骤时，将等待其他轴完成这一步骤，然后一起开始下一步，使拧紧轴保持同步。

进一步的，所述的机车齿轮毂螺栓自动拧紧机还包括主机移动机构，其用于将车轴及齿轮毂输送至螺栓拧紧工位。

进一步的，所述的机器人及视觉系统组件，实现车轴的定心时，由机器人视觉相机拍摄工件照片自动计算出齿轮毂轴心位置和第一组螺栓位置,将第一组螺栓的偏移量发送给agv,agv上的旋转机构带动齿轮毂调整完成后,主机自动调整到第一组螺栓的拧紧位置，之后拧紧轴组件完成拧紧轴和螺栓对位拧紧。

进一步的，所述的控制系统设有时间监测功能，即在拧紧轴组件的任一步拧紧程序中可设定时间，当在此步拧紧时间超出设定值时停止拧紧并发出超时报警，可靠性高。

进一步的，所述的控制系统可根据不同机车的齿轮毂螺栓拧紧扭矩的需要可分别设定扭矩值，且不同力矩可随时切换；并具有可编程的扭矩和角度控制系统，能够实现扭矩控制、角度控制、扭矩控制+角度检测、角度控制+扭矩检测的控制模式及零转速扭矩保持功能。

本发明的有益效果是：

本发明所设计的齿轮毂螺栓自动拧紧机，可适应多种型号的齿轮毂螺栓拧紧作业，工作场合使用。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明的结构等轴测视图。

图2是本发明的结构主视图。

图3是本发明的结构左视图。

图4是本发明的结构俯视图。

图5是图1中底座组件1的结构等轴测视图。

图6是图1中立柱组件2的结构等轴测视图。

图7是图1中主机箱体组件3的结构等轴测视图。

图8是图1中拧紧轴组件4的结构等轴测视图。

图9是图1中机器人及视觉系统5的结构等轴测视图。

图10是设备的控制流程图。

图中，1-底座组件，2-立柱组件，3-主机箱体组件，4-拧紧轴组件，5-机器人及视觉系统，6-控制系统，7-护网组件，

101-焊接底座，102-导向滑轨及滑块，103-前后位置移动组件，104-限位组件，105-风琴式护罩，106-底座盖板，107-零位开关，108、109-极限位置开关，1031-伺服电机，1032-减速机，1033-减速机固定座，1034-联轴器，1035-滚珠丝杠，1036、1037-丝杠固定座；

201-焊接立柱，202-导向滑轨及滑块，203-上下升降组件，204-限位组件，205-风琴式防护罩，206-弹簧平衡器，207-滑轮组件，208-零位开关，209、210-极限位置开关，2031-伺服电机，2032-减速机，2033-减速机固定座，2034-联轴器，2035-滚珠丝杠，2036、2037-丝杠固定座；

301-主机连接件，302-导向滑轨及滑块，303-左右横移组件，304-限位组件，305-吊环连接件，306-丝杠固定座，3031-伺服电机，3032-减速机，3033-减速机固定座，3034-联轴器，3035-滚珠丝杠，3036-丝杠固定座；

401-拧紧枪，402-行程伸缩头、403-扳套、404-拧紧枪安装板、405-气缸安装座、406-扳轴升降气缸、407-扳套托板、408-变距手轮、409-变距丝杠丝母副、410-丝母连接座、411-丝杠固定座；

501-6轴轻载型机器人、502-视觉相机、503-环形光源、504-光源护罩。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

术语解释部分:本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

正如背景技术所介绍的，目前，机车齿轮毂螺栓拧紧作业时，现有的作业方式主要有两种：一种方式是齿轮毂在离线式单工位进行组装，采用气动工具完成拧紧后用定扭扳子进行扭矩校验，此种作业方式装配效率低且无法实现组装过程拧紧数据的自动记录与上传，因此不利于齿轮毂装配质量的控制；另一种方式是采用电动拧紧轴完成拧紧作业，由于齿轮毂是离线式单工位拧紧作业，拧紧机与螺栓的对位由人工实现，效率虽有所提升，但仍无法满足齿轮毂螺栓组装流水线式生产作业。

针对以上难题，现有技术中急需一种能实现拧紧机与齿轮毂螺栓自动对位，并自动完成拧紧作业，满足齿轮毂组装流水线式生产作业，对于拧紧结果能够自动记录并上传，确保齿轮毂装配质量可控。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1-图4所示，为本发明的整体结构图，包括底座组件1、立柱组件2、主机箱体组件3、拧紧轴组件4、机器人及视觉系统5、控制系统6、护网组件7和主机移动机构(对应图1中的agv)；

立柱组件2安装在所述的底座组件1上，且能沿着所述的底座组件1在x方向上滑动；

主机箱体组件3安装在立柱组件2上，且能沿着所述的立柱组件2在z方向上滑动；

拧紧轴组件4固定在主机箱体组件3上，且能沿着所述的立柱组件2在y方向上滑动；

定心机器人及视觉系统5固定在所述的底座组件1上，用于获取拧紧轴组件的两拧紧轴中心相对于车轴中心的位置坐标，且将获取的信息传送给所述的控制系统6；具体的，机器人及视觉系统组件，实现车轴的定心时，由机器人视觉相机拍摄工件照片自动计算出齿轮毂轴心位置和第一组螺栓位置,将第一组螺栓的偏移量发送给agv,agv上的旋转机构带动齿轮毂调整完成后,主机自动调整到第一组螺栓的拧紧位置，之后气缸升降完成拧紧轴和螺栓对位拧紧。

所述的控制系统6控制立柱组件、主机箱体组件、拧紧轴组件进行相应的运动；

主机移动机构，其用于将车轴及齿轮毂输送至螺栓拧紧工位；由于承载agv将车轴及齿轮毂输送至螺栓拧紧工位时，agv自身并不能精确定位，沿x、y方向均存在10mm左右的位置偏差，因此，需要在视觉定心机器人获取了主机部分两拧紧轴中心相对于车轴中心的位置坐标之后，分别由两套伺服电机及滚珠丝杠驱动主机部分沿x、y方向移动相应的坐标值，至两拧紧机轴中心与车轴中心重合，再由主机升降气缸驱动主机升降至拧紧高度。

护网组件7设置在底座组件1的外圈，对整个装置起到一个保护的作用。

齿圈拧紧工位工作流程：承载agv将齿轮毂运送至拧紧工位，定心机器人及视觉系统5确定齿轮毂轴心与拧紧机的相对位置，拧紧机沿x、y移动至轴心；通过机器人及视觉系统5识别第一组螺栓完成准确对位。拧紧机主机箱体组件3下降进行拧紧，完成后承载agv上的分度机构旋转齿轮毂，依次进行所有螺栓的拧紧。

如图5所示，底座组件1由焊接底座101、导向滑轨及滑块102、前后位置移动组件103、限位组件104、风琴式防护罩105、底座盖板106、零位开关107、极限位置开关108、109组成；

底座组件1底部由安装在地脚上的调整螺栓110调整底座高度及滑轨安装面等的水平度；导向滑轨及滑块102保证拧紧机的立柱组件2及主机箱体组件沿y方向前后移动；

前后位置移动组件103由伺服电机1031、减速机1032、减速机固定座1033、联轴器1034、滚珠丝杠1035、丝杠固定座1036及1037组成；伺服电机1031连接减速机1032，减速机1032通过减速机固定座1033固定，减速机1032通过联轴器1034驱动滚珠丝杠1035旋转，滚珠丝杠1035的两端通过丝杠固定座1036及1037固定。

限位组件104在机械上保证立柱组件沿x防线的前后移动范围限制在最大允许行程之内；极限位置开关108、109则在软件层面上限制此范围。

风琴式防护罩105用于对整个装置进行防护。

如图6所示，立柱组件2由焊接立柱201、导向滑轨及滑块202、上下升降组件203、限位组件204、风琴式防护罩205、弹簧平衡器206、滑轮组件207、零位开关208、极限位置开关209、210组成；

立柱组件2底部通过螺栓安装在底座组件的导向滑块102上；上下升降组件203由伺服电机2031、减速机2032、减速机固定座2033、联轴器2034、滚珠丝杠2035、丝杠固定座2036及2037组成；伺服电机2031连接减速机2032，减速机固定座2033用于固定减速机2032，减速机2032通过联轴器2034驱动滚珠丝杠2035旋转，滚珠丝杠2035上的丝杠螺母驱动主机连接件301在y方向上移动，丝杠固定座2036及2037用于固定滚珠丝杠2035的两端；

导向滑轨及滑块202设置在丝杠的两侧，与丝杠平行，滑块与主机连接件301相连，主要是用于起到一个导向的作用；

在导向滑轨上设有限位组件204，用于对主机连接件301的移动位置进行限位；

弹簧平衡器206与滑轮组件207配套使用，其借助卷簧积蓄的能量，使所悬挂的主机连接件301处于无重状态，大力降低了操作工人的劳动强度，提高了劳动生产效率。

零位开关208、极限位置开关209和极限位置开关210也是用于对主机连接件301的移动位置进行限位。

如图7所示，主机箱体组件3由主机连接件301、导向滑轨及滑块302、左右横移组件303、限位组件304、吊环连接件305、箱体框架306组成；

主机连接件301底部通过螺栓安装在立柱组件2的导向滑块202上；左右横移组件303由伺服电机3031、减速机3032、减速机固定座3033、联轴器3034、滚珠丝杠3035、丝杠固定座3036组成；伺服电机3031连接减速机3032，减速机3032通过减速机固定座3033固定，减速机3032通过联轴器3034驱动一个滚珠丝杠3035旋转，滚珠丝杠3035的丝杠的螺母驱动连接框架306来回移动；且滚珠丝杠3035通过丝杠固定座3036固定；连接框架306的移动方向为z方向。

主机连接件301上还安装有吊环连接件305，用于吊装整个装置。

连接框架306底部通过螺栓安装在主机连接件301上的导向滑块302上。

如图8所示，本发明在连接框架306上对称的设置有两个拧紧轴组件4，每个拧紧轴组件4单独控制，其由拧紧枪401、行程伸缩头402、扳套403、拧紧枪安装板404、气缸安装座405、扳轴升降气缸406、扳套托板407、变距手轮408、变距丝杠丝母副409、丝母连接座410、丝杠固定座411组成；

拧紧枪401的动力输出端连接有行程伸缩头402，所述的行程伸缩头402通过扳轴升降气缸406驱动其沿着z轴方向移动；且所述的拧紧枪401通过丝杠滑块驱动装置iv驱动其在y轴向方向上做短距离运动.

具体的，扳轴升降气缸406的缸体部分通过气缸安装座405固定在连接框架306上，其活塞杆部分通过板套托板407与板套403相连，板套403套装在所述的行程伸缩头402上与行程伸缩头402固定连接；扳轴伸缩装置在拧紧25组齿圈螺栓的过程中，可避免主机升降气缸频繁动作；扳轴及套筒可以在升降汽缸的带动下上下活动，操作简单，方便拧紧机构。每次工作时，升降气缸带动扳轴和汽缸下降，拧紧结束后，主机升降汽缸带动扳轴和汽缸上升，转动拧紧系统到下一对螺栓，方便工人操作，不需要频繁对位。

拧紧枪401穿过安装板404，与安装板固定连接，所述的安装板与丝母连接座410相连，所述的丝母连接座410与变距丝杠丝母副409相连，且变距丝杠丝母副409通过变距手轮408驱动其旋转。

两个拧紧轴组件在控制系统的控制下同步运动；当任一拧紧轴完成某一步拧紧步骤时，将等待其他轴完成这一步骤，然后一起开始下一步，使拧紧轴保持同步。

齿轮毂螺栓自动拧紧机的拧紧轴组件4中的拧紧枪401具有时间监测功能：在任一步拧紧程序中可设定时间，当在此步拧紧时间超出设定值时停止拧紧并发出超时报警，可靠性高。

拧紧轴组件的变距，可满足不同齿圈螺栓节圆的拧紧要求，手动变距机构，由拧紧轴安装板在前支撑座的滑槽内移动，并分别由两个定位销实现准确定位。

如图9所示，定心机器人及视觉系统5由6轴轻载型机器人501、视觉相机502、环形光源503、光源护罩504组成，视觉相机502及环形光源503、光源护罩504安装在机器人501的末端；实现车轴的定心时，由机器人视觉相机拍摄工件照片自动计算出齿轮毂轴心位置和第一组螺栓位置，将第一组螺栓的偏移量发送给agv，agv上的旋转机构带动齿轮毂调整完成后，主机自动调整到第一组螺栓的拧紧位置，之后气缸升降完成拧紧轴和螺栓对位拧紧。

进一步的，本发明的齿轮毂螺栓自动拧紧机具备自诊断功能：急停保护、参数保护功能；具有电机以及驱动部件的过载、过流、过压、过速、过热等保护功能。

进一步的，本发明的所述的齿轮毂螺栓自动拧紧机可根据扭矩需要可分别设定扭矩值，且不同力矩可随时切换。并具有可编程的扭矩和角度控制系统，能够实现扭矩控制、角度控制、扭矩控制+角度检测、角度控制+扭矩检测的控制模式及零转速扭矩保持功能。

进一步的，所述的齿轮毂螺栓自动拧紧机的控制系统具有拧紧结果显示及打印功能：拧紧的结果及数据将即时显示在控制器显示屏上，并可随时打印。拧紧曲线的显示功能：系统可以显示拧紧过程的拧紧曲线。

进一步的，所述的齿轮毂螺栓自动拧紧机的控制系统可对存储的拧紧数据，数据存储在计算机硬盘中，可以查看所有数据历史记录。具有网络通讯功能，能通过以太网或串口和计算机通讯。预留有以太网接口；配备扫描枪、打卡机、打印机等外围设备。具有程序管理功能：包括程序检索、添加、删除等。

进一步的，本发明控制系统通过控制两个扳轴升降气缸同时或者单独运动，实现了单轴、两轴同时拧紧；

进一步的，所述的齿轮毂螺栓自动拧紧机具有自动和手动控制功能，一次定位可依次完成齿轮毂螺栓紧固，并可满足单轴、两轴同时拧紧,气缸控制主机上升下降。

进一步的，具有防漏功能：使用拧紧结果计数实现对齿轮毂螺栓拧紧数量的控制，拧紧合格数量与螺栓数量相符时才能进行下一步操作。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。