专利名称：扭矩可控式紧件机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种紧固工件用的装有扭矩控制传感器的紧件装置。
紧件机是机构加工中最常用的一种紧固工件用的装置。现有的紧件机的动力装置为电机，其工作过程是启动电机通过皮带轮传动减速机使其转动，转动的减速机又带动夹具转动，从而达到紧固工件的目的。而扭矩的控制则采用机械方式，也就是说，通过脚链、弹簧支架和位置开关来控制扭力的大小。工件紧固时，随着扭矩增大，电机传动带一边被拉紧，这时电机机体会发生转动，使与电机机体连接的杠杆产生位移，并以此驱动电源开关，使电机停止运行，由此达到控制扭矩的目的，改变扭矩的大小可通过调整与机体连接的弹簧拉力来实现。现行的紧件机，由于控制扭矩大小的机构采用机械装置，因此其扭矩控制精度无疑要受到各机械部件的影响，例如弹簧拉力的稳定性，传动带拉力的变化以及支撑电机的轴承磨擦力等都会影响工件扭矩的控制精度，故其稳定性和可靠性差，工件扭矩大小基本无法控制。
本实用新型的目的是提供一种扭矩控制精度高，可靠性好的带微机的扭矩控制装置，以便提高产品质量。
为此，本实用新型采用如下技术方案它由扭力测量装置、辅助传动机构、传动机构、夹具装置和扭矩控制装置组成。上述的扭力测量装置包括上轴32、箱体33、应变杆1、应变片35、弹簧支架36和弹簧37，其中上轴32水平位于箱体33内上方，其一端与竖直状应变杆1上端相连，另一端与弹簧37一端连接，弹簧37位于弹簧支架36上，应变片35固定在应变杆1外侧。上述的辅助传动机构2由齿条2、齿轮3、滑轮支架4、滑轮6、滑轮轴7、重锤线8、齿轮轴9、重锤导轨10、重锤11、基座31和手柄40组成，齿条2固定在箱体33中并与齿轮3啮合，齿轮轴9穿过齿轮3中心后，其一端穿出基座31外并与手柄40相连，重锤线8一端通过滑轮装置固定在齿条2上，另一端与重锤11连接。上述的传动机构包括电机12、弹簧18、小带轮20、大带轮24、皮带22、减速机25，小带轮22固定在电机12转轴上，大带轮24与减速机25的输入轴连接，小带轮22与大带轮24通过皮带22进行传动。夹具装置由胎具底座28、胎具30、上轴32组成，胎具30位于胎具底座28上，并可在胎具底座28表面旋转一定角度，竖直状上轴32位于胎具30的正上方。扭矩控制装置由电阻应变式扭矩传感器Ⅰ、放大器Ⅱ、A／D转换器Ⅲ、扭矩设定开关Ⅳ、译码显示器Ⅴ、逻辑电路Ⅵ、执行机构Ⅶ和变压整流电路Ⅷ组成，扭矩设定开关Ⅳ先进行设置，工件受到扭力后，扭矩传感器Ⅰ将传感到的扭力信号送入放大器Ⅱ进行放大，再经A／D转换器转换后输出译码信号到译码显示器Ⅳ中进行译码显示，译码显示器Ⅴ通过扭矩设定开关Ⅳ向逻辑电路Ⅳ输出高、低电平而使逻辑电路Ⅳ输出电压Ⅴ0到执行机构Ⅶ，以使其控制电机12通断。
上述的扭矩传感器Ⅰ中4个电阻R1～R4组成桥式整流电路。放大器Ⅱ由运放器IC1电位器W1、W2及附属元件构成。A／D转换器Ⅲ包括A／D转换集成电路片IC2及附属元件。译码显示器Ⅴ由译码集成电路片IC3、显示集成电路片IC4、IC5电阻网络R8～R14和共阴极数码管LED及附属元件组成，IC3的10、13、12、11分别接IC4的7、1、2、6脚，IC4的13、12、11、10、9、15、14脚分别通过电阻网络R8～R14中相应的电阻接共极数码管LED，LED又与IC5相连，IC3、IC4的12、2脚均与IC5的极性负号控制端连接。扭矩设定开关Ⅳ包括两组开关，每组开关均包括10个开关即K～K1和K′～K1′。逻辑电路Ⅵ由与非门YF1～YF3、非门F1、F2或非门HF、二极管D1～D3和附属元件组成，YF1、YF2输出端按HF，HF输出端经D1输出电压V0，F1输出端经YF3接F2，而F2经D3接HF输出端。执行机构Ⅶ包括继电器J1、J2、J3、三极管BG1、BG2、二极管D4、D5、按钮开关K1、K2、K3及附属元件组成，BG1、BG2及附属元件组成放大电路与J1线圈相连，而J2、J3线圈两端分别接220V交流电源。变压整流电路Ⅷ由变压器T、桥式整流电路D、集成电路片IC6、IC7、二极管D6、D7及附属元件组成，220V交流电经变压器T输出直流电压到D的两个输入端，D的两个输出端分别与IC6、IC7的输入端1、2脚连接，IC6、IC7输出端即3脚，分别输出＋5V与－5V电压。整流变压电路Ⅷ输出端接扭矩传感器Ⅰ的输入端，运放集成电路片IC1的输出端接A／D转换器Ⅲ中IC2的输入端3脚，IC2的20～23脚分别与译码显示器Ⅳ中IC3的10、13、12、11脚和IC4的7、1、2、6脚连接，IC3的3、14、2、15、1、6、7、4、9、5脚分别与扭矩设定开关Ⅴ中的两组开关K0～K9、K0′～K9′相连，扭矩设定开关Ⅴ又与逻辑电路Ⅵ的与非门YF1、YF2输入端连接，其输出的电压V0供给执行机构Ⅶ。
本实用新型工作过程如下所述首先将工件放于胎具30上，调整胎具30的角度，可使工件上螺钉对正上轴32上的紧固搬孔，旋转手柄40，使齿轮轴9转动，齿轮10亦随之转动从而带动齿条2转动，导致箱体33向下移动，以便使上轴32上的搬孔套入工件上。此时，启动电机12通过小带轮20、皮带22、大带轮24驱动减速机25转动，减速机25输出轴通过胎具底座28带动胎具30及工件转动，达到紧固工件的目的。当工件旋紧作用力达到预定值时，上轴32转动使应变杆1变形，作为传感器的应变片35传出应变信号使电机12关闭。弹簧37起减小应变杆1的冲击作用。
其扭矩控制装置的工作原理可结合附图5～
图12说明由集成电路片IC1、电位器W1、W2和C1、C2、C3等构成的自稳零线性放大器Ⅱ将传感器Ⅰ传来的电信号放大后送入A／D转换器Ⅲ中，由其输出的译码信号分别输入到译码显示器Ⅳ中的IC3、IC4、IC3采用4028十段译码集成电路片，用于扭矩设定。假定扭矩设定开关Ⅴ设定在K3、K4上，工件受力后输出扭力信号传到传感器Ⅰ，使其产生相应的mV级电压，经放大器Ⅱ放大后输入到A／D转换器Ⅲ，IC2采用14433集成电路片，输出的8421码送入译码显示器Ⅳ的IC3(采用4028集成电路片)，传感器Ⅰ输出的电信号由于工件所受到的扭力变化而变化，当译码显示器Ⅳ显示为340时，IC3的15脚和1脚为高电平，并使逻辑电路Ⅵ中的两个与非门YF1、YF2均为低电平，此时或非门HF输出高电平，并以此驱动执行机构Ⅶ中的继电器。
在工作过程中，首先要确定被装配工件紧固时所需的扭矩(可在工艺文件中查到)，并在本装置中进行设定，当工作被旋紧达到所设定的扭矩时，通过执行机构Ⅶ使电机12自动关闭。
本实用新型结构合理，由于设有辅助传动机构(手动)和传动机构(电动)，故操作方便。由于设计了电阻应娈扭矩传感器作为扭矩控制的敏感元件以及大规模集成电路片，实现了扭矩的高精度检测和控制，可靠性高，从而保证了工件的质量。
图1为本实用新型机械部分的结构示意图。
图2为
图1所示部位的A－A剖视图。
图3为
图1所示部位的B－B剖视图。
图4为
图1所示部位的K向视图。
图5、图6为传动原理示意图。
图7、图8、图9、
图10、
图11、
图12、
图13为本实用新型电原理图。
箱体33与基座31用燕尾槽连接，齿轮3与齿轮轴9用销钉38固定支撑于基座31上。转动手柄40通过齿轮3与齿条2的配合使箱体33上、下移动。垂锤11是作为箱体33的配重。电机12借助螺紧钉15固定于固定板14上，固定板14可沿电机支架13的滑边左、右移动(调节螺钉16，由于弹簧18的作用力可使电机12左右移动，从而可调整皮带22的松紧小带轮20用键19固定于电机12转轴上，大带轮24则借助键23固定在减速机25的输入轴上。减速机25用螺钉26安装在基座31上。减速机25输出轴通过键29与胎具底座28连接。胎具30可沿胎具底座28上的键槽方向旋转一定角度。滑轮装置由滑轮6和滑轮轴7组成。
IC1～IC7分别采用7650、14431、428、4511、5G1413、W7805、W7905集成电路片；YF1为4011、YF为4002；BG13DK2、BG23DD15；W1～W5分别为100K、100K、100K、1K、100K；R5～R8阻值分别为1K、1K、470K、220K；R9～15均为560Ω、R16、R17分别为1.′1K、2.2K，R1～R4均为2.2K。
C1～C14电容分别为0.01μ、0.01μ、0.01μ、0.01μ、0.33μ、0.1μ、0.1、0.1μ、2200μ／25V、2200μ／25V、0.33μ、22μ、0.1μ、1μ。
权利要求1.一种扭矩可控式紧件机，其特征在于是由扭力测量装置、辅助传动机构、传动机构、夹具装置和扭矩控制装置组成，所述的扭力测量装置包括上轴32、箱体33、应变杆1、应变片35、弹簧支架36和弹簧37，其中上轴32水平位于箱体33内上方，其一端与竖直状应变杆1上端相连，另一端与弹簧37一端连接，弹簧37位于弹簧支架36上，应变片35固定在应变杆1外侧，所述的辅助传动机构2由齿条2、齿轮3、滑轮支架4、滑轮6、滑轮轴7、重锤线8、齿轮轴9、重锤导轨10、重锤11、基座31和手柄40组成，齿条2固定在箱体33中并与齿轮3啮合，齿轮轴9穿过齿轮3中心后，其一端穿出基座31外并与手柄40相连，重锤线8一端通过滑轮装置固定在齿条2上，另一端与重锤11连接，所述的传动机构包括电机12、弹簧18、小带轮20、大带轮24、皮带22、减速机25，小带轮22固定在电机12转轴上，大带轮24与减速机25的输入轴连接，小带轮22与大带轮24通过皮带22进行传动，所述的夹具装置由胎具底座28、胎具30、上轴32组成，胎具30位于胎具底座28上，并可在胎具底座28表面旋转一定角度，竖直状上轴32位于胎具30的正上方，所述的扭矩控制装置由电阻应变式扭矩传感器I、放大器Ⅱ、A/D转换器Ⅲ、扭矩设定开关Ⅳ、译码显示器V、逻辑电路Ⅵ执行机构Ⅶ和变压整流电路Ⅷ组成，扭矩设定开关Ⅳ先进行设置，工件受到扭力后，扭矩传感器I将传感到的扭力信号送入放大器Ⅱ进行放大，再经A/D转换器转换后输出译码信号到译码显示器Ⅳ中进行译码显示，译码显示器Ⅴ通过扭矩设定开关Ⅳ向逻辑电路Ⅳ输出高、低电平而使逻辑电路Ⅳ亦输出电压V0到执行机构Ⅶ，以使其控制电机12通断。
2.根据权利要求1所述的扭矩可控式紧件机，其特征在于所述的扭矩传感器Ⅰ中4个电阻R1～R4组成桥式整流电路。
3.根据权利要求1所述的扭矩可控式紧件机，其特征在于所述的放大器Ⅱ由运放器IC1电位器W1、W2及附属元件构成。
4.根据权利要求1所述的扭矩可控式紧件机，其特征在于所述的A／D转换器Ⅲ包括A／D转换集成电路片IC2及附属元件。
5.根据权利要求1所述的扭矩可控式紧件机，其特征在于所述的译码显示器Ⅴ由译码集成电路片IC3、显示集成电路片IC4、IC5电阻网络R8～R14和共阴极数码管LED及附属元件组成，IC3的10、13、12、11分别接IC4的7、1、2、6脚，IC4的13、12、11、10、9、15、14脚分别通过电阻网络R8～R14中相应的电阻接共极数码管LED，LED又与IC5相连，IC3、IC4的12、2脚均与IC5的极性负号控制端连接。
6.根据权利要求1所述的扭矩可控式紧件机，其特征在于所述的扭矩设定开关Ⅳ包括两组开关，每组开关均包括10个开关即K0～K9和K0′～K9′。
7.根据权利要求1所述的扭矩可控式紧件机，其特征在于所述的逻辑电路Ⅵ由与非门YF1～YF3、非门F1、F2或非门HF、二极管D1～D3和附属元件组成，YF1、YF2输出端按HF，HF输出端经D1输出电压V0，F1输出端经YF3接F2，而F2经D3接HF输出端。
8.根据权利要求1所述的扭矩可控式紧件机，其特征在于所述的执行机构Ⅶ包括继电器J1、J2、J3三极管BG1、BG2、二极管D4、D5、按钮开关K1、K2、K3及附属元件组成，BG1、BG2及附属元件组成放大电路接J1线圈，而J2、J3线圈两端分别接220V交流电源。
9.根据权利要求1所述的扭矩可控式紧件机，其特征在于所述的变压整流电路Ⅷ由变压器T、桥式整流电路D、集成电路片IC6、IC7、二极管D6、D7及附属元件组成，220V交流电经变压器T输出直流电压到D的两个输入端，D的两个输出端分别与IC6、IC7的输入端1、2脚连接，IC6、IC7输出端即3脚，分别输出＋5V与－5V电压。
10.根据权利要求2、3、4、5、6、7、8、9所述的扭矩可控式紧件机，其特征在于所述的整流变压电路Ⅷ输出端接扭矩传感器Ⅰ的输入端，运放集成电路片IC1的输出端接A／D转换器Ⅲ中IC2的输入端3脚，IC2的20～23脚分别与译码显示器Ⅳ中IC3的10、13、12、11脚和IC4的7、1、2、6脚连接，IC3的3、14、2、15、1、6、7、4、9、5脚分别与扭矩设定开关V中的两组开关K0～K9、K0′～K9′相连，扭矩设定开关Ⅴ又与逻辑电路Ⅵ的与非门YF1、YF2输入端连接，其输出的电压V0供给执行机构Ⅶ。
专利摘要一种扭矩可控式紧件机。包括扭力测量装置、辅助传动机构、传动机构、夹具装置和扭矩控制装置，将工件安装在夹具装置上，通过辅助传动机构和传动机构使工件旋紧，当工件旋紧作用力达到预定值时，扭力测量装置将应变信号传到扭矩控制装置，使电机关闭。其操作方便，由于设计了电阻应变扭矩传感器和大规模集成电路片，故测量精度高。
文档编号B23P19/04GK2133403SQ9223384
公开日1993年5月19日 申请日期1992年9月25日 优先权日1992年9月25日
发明者张晓明, 张震, 郁敬 申请人:天津市东方气体工程技术开发公司