一种柔性拧紧头及拧紧方法与流程

本发明涉及封装机械技术领域，尤其涉及一种柔性拧紧头及拧紧方法。

背景技术：

目前已有成熟的瓶盖拧紧设备，可以实现塑料瓶盖与塑料瓶体间、金属瓶盖与玻璃瓶体间的自动化拧紧，其产品特征为：

1)瓶盖质量小，且材质多为塑料或弹塑性较好的金属材料为主；

2)瓶盖的螺纹以内螺纹为主，瓶体的螺纹以外螺纹为主；

3)螺纹的螺距一般为2到3mm，圈数一般为2至3圈；

此类情况所需的拧紧扭矩通常较小，其拧紧原理主要通过拧紧头与瓶盖上表面相接触，靠接触面间的摩擦力带动瓶盖旋转，从而实现自动化拧紧。

现有瓶盖自动化拧紧装置，一般包括紧固件(如螺钉、螺母等)，以及包装瓶瓶盖与瓶体的自动化拧紧(如矿泉水瓶、玻璃罐头等)，其中包装瓶瓶盖与瓶体的自动化拧紧装置，大都适用于质量小、弹塑性好(刚性小)、螺距大、圈数少的塑料瓶盖或金属内螺纹瓶盖与瓶体外螺纹之间的拧紧，此类情况所需的拧紧扭矩通常较小，其拧紧原理主要通过拧紧头与瓶盖上表面相接触，靠接触面间的摩擦力带动瓶盖旋转，从而实现自动化拧紧。而针对质量大、弹塑性差(刚性大)、螺距小、圈数多的金属外螺纹瓶盖与瓶体内螺纹相配合的情况，其所需的拧紧力矩通常较大，显然靠接触面间摩擦力的形式不能为具备上述特征的外螺纹瓶盖提供所需的拧紧扭矩，并且鲜有自动化拧紧的解决方案，因此针对具有以上特性的外螺纹产品，亟需设计一种柔性拧紧头，以适应该类产品的自动化拧紧。

技术实现要素：

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种柔性拧紧头以及拧紧方法，用以解决现有拧紧装置不能满足质量大、弹塑性差、螺距小、圈数多的金属外螺纹瓶盖与瓶体内螺纹拧紧的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面提供一种柔性拧紧头，包括安装基体、伸缩杆以及套设于伸缩杆上的弹簧，安装基体设有用于伸缩杆上下移动的变径通孔，变径通孔的纵截面为凸形；伸缩杆的一端同轴设有与瓶盖顶部的槽孔配合的工作部，另一端设有用于限定伸缩杆向下滑落的限位部；工作部包括端头和工作圆柱，端头的直径小于等于槽孔孔径，工作圆柱的直径大于槽孔孔径且小于等于变径通孔的下部孔径。

进一步地，伸缩杆的数量至少为两个，配以相应数量的变径通孔和弹簧。

进一步地，安装基体设有与驱动机构连接的连接部；驱动机构使安装基体具有沿竖直方向平移以及绕竖直方向转动的自由度。

进一步地，变径通孔包括顶孔和底孔，弹簧的自由长度大于等于变径通孔的变径处至工作圆柱顶端面的距离。

进一步地，限位部包括限位孔和限位销；或者，限位部为一体成型的隔档凸起。

进一步地，安装基体下端面光滑设置；端头的顶端为球面结构。

进一步地，槽孔为十字槽，端头为十字结构，十字结构的表面光滑。

进一步地，安装基体为倒u形结构，变径通孔设于倒u形结构两侧。

另一方面，提供一种基于上述柔性拧紧头的拧紧方法，包括如下步骤：

步骤一：组装拧紧头，将拧紧头与驱动机构连接；

步骤二：将瓶盖移动至待拧紧位置，驱动机构竖直向下进给高度l1，将伸缩杆的端头插入瓶盖的槽孔内；

步骤三：拧紧头继续由驱动机构竖直向下进给高度l2，使得安装基体下表面与瓶盖上表面相接触并对瓶盖施加一定的压力；

步骤四：拧紧头由驱动机构按拧紧方向开始转动，逐步将瓶盖拧入，直至完全拧紧后，驱动机构停转并竖直向上移动至初始位置，自此一个工作循环结束。

进一步地，步骤二中，驱动机构竖直向下进给高度l1后，随后按拧紧方向的反方向转动一周，将伸缩杆的端头插入瓶盖的槽孔内。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果之一：

a)本发明提供的柔性拧紧头，通过在安装基体上设置能够伸缩的多个伸缩杆，伸缩杆的工作端与瓶盖上的槽孔配合，驱动机构使安装基体具有沿竖直方向平移以及绕竖直方向转动的自由度，实现了对质量大、弹塑性差(刚性大)、螺距小、圈数多的金属外螺纹瓶盖的拧紧，解决了传统接触面静摩擦力矩小的问题，通过拧紧头卡入瓶盖槽孔以提供更大拧紧扭矩，能够广泛应用于该类产品的自动化拧紧设备。

b)本发明提供的柔性拧紧头，工作部包括端头和工作圆柱，端头的直径小于等于槽孔孔径，工作圆柱的直径大于槽孔孔径且小于等于变径通孔的下部孔径，拧紧头在工作过程中，伸缩杆的工作部上设置的工作圆柱与瓶盖上表面接触，大大提高了拧紧过程中瓶盖的稳定性。

c)本发明提供的柔性拧紧头，结构简单，拧紧头包括安装基体、伸缩杆以及弹簧，零部件容易获取或制作工艺简单，显著地降低了发明成本，且对产品的适应性强，可根据产品结构的需要，配置最佳的伸缩杆数量，以获取拧紧过程中最佳的稳定性，扩展性强。

d)本发明提供的拧紧方法，在拧紧过程中驱动机构向下给进两次高度，第一次，驱动机构竖直向下进给高度l1，将伸缩杆的端头插入瓶盖的槽孔内，第二次，驱动机构竖直向下进给高度l2，使得安装基体下表面与瓶盖上表面相接触并对瓶盖施加一定的压力，工作部的工作圆柱与瓶盖上表面接触，大大提高了拧紧过程中瓶盖的稳定性，整个拧紧过程操作简单，实现了全过程自动化。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例一中柔性拧紧头的结构示意图；

图2为本发明实施例一中柔性拧紧头的结构拆解示意图；

图3为本发明实施例一中柔性拧紧头的工作过程状态示意图。

附图标记：

1-瓶盖；2-伸缩杆；3-限位销；4-弹簧；5-安装基体。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

本发明的一个具体实施例，针对质量大、弹塑性差(刚性大)、螺距小、圈数多的金属外螺纹瓶盖与瓶体内螺纹相配合的情况，公开了一种柔性拧紧头，如图1至2所示，包括安装基体5、伸缩杆2以及套设于伸缩杆2上的弹簧4，安装基体5设有用于伸缩杆2上下移动的变径通孔，变径通孔的纵截面为凸形；伸缩杆2的一端同轴设有与瓶盖1顶部的槽孔配合的工作部，另一端设有用于限定伸缩杆2向下滑落的限位部；工作部包括端头和工作圆柱，端头的直径小于等于槽孔孔径，工作圆柱的直径大于槽孔孔径且小于等于变径通孔的下部孔径。安装基体5设有与驱动机构连接的连接部；驱动机构形式不限，驱动机构使安装基体5具有沿竖直方向平移以及绕竖直方向转动的自由度。

本实施例中，变径通孔的数量至少一个，配以相应数量的伸缩杆2和弹簧4。优选地，变径通孔的数量为偶数个，且均匀对称设置于安装基体5。当伸缩杆2的数量为一个时，瓶盖1的槽孔为十字槽，伸缩杆2设置的端头为十字结构，十字槽与十字结构配合旋拧瓶盖1。当伸缩杆2的数量为多个时，伸缩杆2的数量与瓶盖1上设置的槽孔数量向对应，槽孔可以为光滑弧形槽也可以为十字槽，相应的，光滑弧形槽对应圆弧形结构的端头，十字槽对应十字结构的端头。此结构的拧紧头，实现了对圆形瓶盖的拧紧，解决了传统接触面静摩擦力矩小的问题，通过拧紧头卡入瓶盖1的槽孔以提供更大拧紧扭矩，能够广泛应用于该类产品的自动化拧紧设备。使用时，根据产品结构的需要，即瓶盖1上设置的槽孔数量配置最佳的伸缩杆数量，以获取拧紧过程中最佳的稳定性，扩展性强。

为了防止伸缩杆2的端头划伤瓶盖1上表面，当端头为弧形结构时，优选的，端头的顶端为球面结构；当端头为十字结构时，十字结构的表面光滑。安装基体5下端面光滑设置，安装基体5下端面具备较高的平整度，有效地避免划伤瓶盖1上表面。优选地，拧紧头与瓶盖1接触部位设有聚氨酯材料涂层，设有聚氨酯材料涂层的拧紧头能够有效防止划伤瓶盖1表面。

本实施例中，变径通孔包括顶孔和底孔，伸缩杆2的工作圆柱侧面与安装基体5的底孔成间隙配合，伸缩杆2从安装基体5的另一侧伸出。伸缩杆2伸出安装基体5的一侧设有限定伸缩杆2向下滑落的限位部，优选地，限位部包括限位孔和限位销，限位销3与伸缩杆2非工作端的销孔成过盈配合；或者，限位部为一体成型的隔档凸起，隔档凸起能够限制伸缩杆2向下完全滑落。

本实施例中，伸缩杆2设于变径孔中，伸缩杆2上套设有弹簧4，设置弹簧的目的在于，将瓶盖1移动至待拧紧位置，驱动机构竖直向下进给高度l1，当伸缩杆2的端头伸入瓶盖1上的槽孔后，驱动机构进一步竖直向下进给高度l2，使得安装基体5下表面与瓶盖1上表面相接触，此时弹簧4处于压缩状态，弹簧4恢复原状的弹力作用于工作圆柱，进而对瓶盖1施加一定的压力，保证了拧紧头在工作过程中，伸缩杆2的工作部上设置的工作圆柱与瓶盖1上表面接触，伸缩杆2的工作部与瓶盖紧密配合，防止发生错位，瓶盖1更加稳定，因而提大大提高了拧紧头的工作稳定性。与此同时，当完成拧紧后，驱动机构停转并竖直向上移动至初始位置，由于弹簧4存在恢复力，将伸缩杆2的工作部顶出至变径孔的底孔，即由于弹簧4的存在，使伸缩杆2的端头顺利自动弹出，不必由人工手动拔出，提高了工作效率，提升了自动化程度。

考虑到瓶盖拧紧过程中，弹簧4需要提供弹力，对弹簧4的长度须符合一定条件，弹簧4的长度只要保证伸缩杆2的工作部完全伸入底孔内后，弹簧4能够对工作部施加一定弹力即可，优选地弹簧4的自由长度大于等于变径通孔的变径处至工作圆柱顶端面的距离，也即当柔性拧紧头完成安装后，拧紧头处于竖直状态时，弹簧4处于自然或压缩状态，并且此时的工作部一部分位于变径通孔的底孔内。

为了使拧紧头的转动更加灵活，安装基体5设置为空心结构，优选地，安装基体5为倒u形结构，变径通孔设于倒u形结构两侧，将安装基体5设置为倒u形结构，减少材料使用，降低安装基体5的重量，提升驱动机构的运动灵活性。

基于本实施例中的柔性拧紧头的拧紧方法，拧紧过程如图3所示，拧紧方法具体包括如下步骤：

步骤一：组装拧紧头，将拧紧头与驱动机构连接。根据待拧紧瓶盖1顶部设置的槽孔数量及形状，选择相匹配数量和形状端头的伸缩杆2、相匹配数量及适宜长度的弹簧4，当柔性拧紧头完成安装后，拧紧头处于竖直状态时，弹簧4处于自然或压缩状态，并且此时的工作部一部分位于变径通孔的底孔内，此长度的弹簧4能够保证为伸缩杆2的工作部提供弹力的同时，还能避免伸缩杆2向上运动时工作部的工作圆柱卡住，保证了整个工作过程的流畅，提升了工作的稳定性。

步骤二：将瓶盖1移动至待拧紧位置，将伸缩杆2的端头插入瓶盖1的槽孔内。具体的，利用机械手将瓶盖1移动至待拧紧位置，当瓶盖1到达待拧紧位置后，拧紧头的初始状态如图3(a)所示，拧紧头先由驱动机构竖直向下进给高度l1，随后按拧紧方向的反方向转动一周，将伸缩杆2端头插入瓶盖1上表面的槽孔内。

步骤三：拧紧头继续由驱动机构竖直向下进给高度l2，如图3(b)所示，使得安装基体5下表面与瓶盖1上表面相接触并对瓶盖1施加一定的压力。

步骤四：拧紧头由驱动机构按拧紧方向开始转动，逐步将瓶盖1拧入，如图3(c)所示，直至完全拧紧后，驱动机构停转并竖直向上移动至初始位置，自此一个工作循环结束。

与现有技术相比，本实施例提供的柔性拧紧头，针对质量大、弹塑性差(刚性大)、螺距小、圈数多的金属外螺纹瓶盖与瓶体内螺纹相配合的情况，通过在安装基体5上设置能够伸缩的多个伸缩杆2，伸缩杆2的工作端与瓶盖1上的槽孔配合，驱动机构使安装基体5具有沿竖直方向平移以及绕竖直方向转动的自由度，实现了对圆形瓶盖的拧紧，解决了传统接触面静摩擦力矩小的问题，通过拧紧头卡入瓶盖槽孔以提供更大拧紧扭矩，以广泛应用于该类产品的自动化拧紧设备。另外，拧紧头在工作过程中，伸缩杆2的工作部上设置的工作圆柱与瓶盖1上表面接触，大大提高了拧紧过程中瓶盖1的稳定性。此外，本发明提供的柔性拧紧头，结构简单，零部件容易获取或制作工艺简单，显著地降低了发明成本，且对产品的适应性强，可根据产品结构的需要，配置最佳的伸缩杆数量，以获取拧紧过程中最佳的稳定性，扩展性强。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。