在汽车行业中, 螺纹联接对联接预紧力的大小和精度有很高要求, 并且在有些场合使用开口销来进一步加
 

强它的可靠性。目前国内一些汽车厂家虽然部分采用自动拧紧机进行拧紧操作, 但是对于这种存在开口销的
 

拧紧操作仍采用气动或液动扳手, 劳动强度大, 效率低。因此, 汽车生产厂家对自动对孔拧紧机有着广泛的需求,

本文开发研制四轴自动对孔拧紧机控制系统, 它用于汽车后桥差速器、减壳、背齿六角开槽螺母的拧紧, 使装配的
 

自动化和柔性化程度更高, 有效降低了工人的劳动强度,提高了装配质量和生产效率。

 

控制螺纹拧紧质量的关键并不是控制拧紧扭矩而是控制轴向预紧力, 装配拧紧的实质是通过螺栓的轴向预紧力将两个工件可靠

地联接在一起, 因此, 对轴向预紧力的准确控制是保证装配质量的基础。在本系统中我们使用的是 JN338 型系列智能数字式动

态扭矩传感器, 通过测量伺服电机施加在螺母上的拧紧扭矩来控制轴向预紧力。
 
 

自动对孔拧紧机扭矩控制是指在螺母拧紧过程中,当达到对孔扭矩后, 通过上位机控制进行自动对孔操作,
 

并使得拧紧的扭矩落在产品合格扭矩范围之内, 拧紧过程完成。拧紧螺母时, 其拧紧力矩 T 等于克服螺纹副
 

间的摩擦力矩 T1 与螺母支撑面间摩擦力矩 T2 之和, 即T=T1+T2, 并使联接产生预紧力 F。由机械原理知

 

T=T1+T2=F·tan( λ+ρ)·dm/2+F·μ·( D30 - d30)·( D20 - d20) -1/3, ρ=tan- 1( f/cosγ) ( 1)

 

式中: λ为螺纹升角, ρ为螺纹副的当量摩擦角, f 为螺纹副实际摩擦因数, γ为螺纹牙形半角, dm 为螺纹平均直
 

径, μ为螺母与支撑面间的摩擦因数, D0 为六角螺母外径, d0 为六角螺母内径。


由式( 1) 可知, 螺纹尺寸及形状确定后, 预紧力 F 不仅与拧紧扭矩 T 有关, 且与螺纹副实际摩擦因数 f 及螺
 

母与支撑面间的摩擦系数 μ有关。因此当拧紧工具的扭矩控制精度一定时, 必须同时控制螺纹件摩擦因数。因此
 

在拧紧机具有较高控制精度的同时, 厂家必须严格控制螺纹件摩擦因素散差, 否则单纯提高拧紧机的控制精度意义不大。

因此拧紧前须把被联接件和联接件清洗干净,使其无毛刺、无异物。在内外螺纹涂上用二硫化钼和润滑
 

油调制的润滑剂, 对大型重载螺纹尤需如此。也可采用二次拧紧以补偿联接件间的间隙或其自身的粗糙度。
 

3 拧紧机的结构、对孔原理和工作过程

拧紧机整体结构由四大部分组成: 控制部分、气动部分、动力及传动部分、对孔及信号检测部分, 其结构框图
 

如图 1。控制系统以扭矩的检测和控制以及对孔信号的识别为核心。工控机通过对孔及信号检测部分, 分别对对
 

孔信号和扭矩信号进行检测, 并与预先设定值进行比较,其比较结果决定伺服电机的运行状态。即: 通过动力及传
 

动部分- 对孔及信号检测部分- 控制部分所组成的闭环系统来实现螺母的拧紧 ( 合格的拧紧扭矩具有一定的偏差
 

范围) , 并保证在螺母拧紧的前提下实现开口销孔的对正精度。


 

拧紧机本体
 

如图2所示 , 主要由控制信号线、升降装置、加卸载装置( 装有4根主轴) 、支架、控制柜等组成 ,
 

其中加卸载装置中的主拧紧轴为核心部件。