一种适配于自动化设备的双头螺柱安装工具

1.本发明属于工装工具技术领域，特别是涉及一种适配于自动化设备的双头螺柱安装工具。


背景技术：

2.双头螺柱作为一种联接部件，广泛应用于机械装配中。双头螺柱中用于旋进工件螺纹孔的一端通常称为旋进端，双头螺柱的另一端在其安装过程中需要与旋拧工具相连，因而通常被称为紧固端。
3.目前，在双头螺柱安装过程中，采用的工具主要由螺套和紧定部件组成，紧定部件设置在螺套内，首先需要将双头螺柱的紧固端旋入螺套内，使双头螺柱的紧固端与螺套内部的紧定部件接触，从而产生咬合力，在咬合力下实现双头螺柱的紧固端与螺套的紧固连接，之后将双头螺柱的旋进端对准工件螺纹孔，通过旋拧螺套便可以将双头螺柱的旋进端旋入工件螺纹孔内，以实现双头螺柱的安装。
4.然而，采用传统工具完成双头螺柱安装后，由于螺套与其内部的紧定部件是同步转动的，当需要将螺套从双头螺柱的紧固端拆下螺套时，需要反向旋拧螺套，但此时双头螺柱的紧固端与紧定部件之间的咬合力并未消失，在咬合力作用下，螺套与双头螺柱之间的静摩擦力可能仍大于双头螺柱与工件螺纹孔之间的静摩擦力，导致反向旋拧螺套时反而将安装好的双头螺柱从工件螺纹孔中旋出，造成双头螺柱安装失败。严重时，当双头螺柱安装好后，可能导致双头螺柱的紧固端完全卡死在螺套内，从而严重影响了双头螺柱的后续安装。
5.此外，传统工具在实施双头螺柱安装时，只能由人工手动操作完成，无法与机床和机械臂等广泛的自动化设备进行适配，从而严重限制了传统工具的双头螺柱安装效率。
6.为此，申请号为202210414423.2的中国专利申请，公开了一种双头螺柱用装卸工具套件，该专利虽然在一定程度上解决了传统工具在双头螺柱安装时存在的诸多问题，但其仍然属于手操式工具，其同样无法与机床和机械臂等广泛的自动化设备进行适配，因此也存在双头螺柱安装效率低下的问题。


技术实现要素：

7.针对现有技术存在的问题，本发明提供一种适配于自动化设备的双头螺柱安装工具，能够与自动化设备的主轴进行装配，采用模块化设计思路，各个模块可根据双头螺柱的实际型号进行更换，双头螺柱安装时，其旋入工件螺纹孔内的距离可进行实时监测，有效提高了双头螺柱的安装精度，依托自动化设备的强大性能，大幅度提高了双头螺柱的安装效率。
8.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种适配于自动化设备的双头螺柱安装工具，包括衔接模块、监测模块、快锁模块及咬合模块；所述衔接模块包括直杆式四方扳手和直筒式转接套管；所述直杆式四方扳手的根部设有插接结构，直杆式四方扳手通
过根部的插接结构与自动化设备的主轴进行同轴固连配合；所述直筒式转接套管同轴套装在直杆式四方扳手外侧，直筒式转接套管与四方扳手之间留有间隙，直筒式转接套管的顶端管口设有法兰结构，直筒式转接套管通过顶端管口的法兰结构与自动化设备的主轴外套壳体固连配合；所述监测模块设置在直筒式转接套管的底端；所述咬合模块设置在四方扳手的方头部；所述快锁模块设置在四方扳手与咬合模块之间。
9.所述监测模块包括激光位移传感器、浮动套筒及顶撑架；所述浮动套筒采用双层壁结构，浮动套筒的内层筒壁与直筒式转接套管滑动插接配合；在所述直筒式转接套管的管体上对称开设有两处导向滑槽，导向滑槽与直筒式转接套管的中轴线相平行；在所述浮动套筒的内侧筒壁上固定安装有限位滑销，限位滑销位于导向滑槽内；在所述浮动套筒的外层筒壁上设有外螺纹；所述顶撑架上端为环状结构，在顶撑架的环状结构部分设有内螺纹，顶撑架与浮动套筒通过螺纹旋接在一起；所述顶撑架下端为框式结构；所述激光位移传感器固定安装在直筒式转接套管外表面，激光位移传感器的激光束与直筒式转接套管的中轴线相平行，激光位移传感器的激光束朝向浮动套筒。
10.所述快锁模块包括定位套、定位环及锁止架；所述定位套同轴固定套装在四方扳手的方头部上方处，定位套与四方扳手之间通过螺钉进行固定；在所述定位套的顶端套口处对称设有两处缺口滑槽；所述定位环通过螺钉同轴固装在定位套的顶端套口处；所述锁止架上端为环状结构，在锁止架的环状结构部分内侧对称设有两处限位凸块，限位凸块位于缺口滑槽内，锁止架相对于定位套和定位环仅具有回转自由度，回转角度范围为0～90
°
；所述锁止架下端为杆状结构，每个限位凸块下方均设有一根杆状体，在每根杆状体底端均设有限位卡块。
11.所述咬合模块包括外壳体、内壳体、壳间限位体、推力轴承及顶推体；所述外壳体采用变径筒式结构，在外壳体大径端内表面的筒口处沿周向均布设有卡位内凸块，在外壳体小径端内表面设有内螺纹，外壳体小径端通过内螺纹与双头螺柱的紧固端螺接配合；所述内壳体采用变径筒式结构，在内壳体大径端外表面的筒口处沿周向均布设有卡位外凸块，卡位外凸块与卡位内凸块数量等且位置一一对应；所述内壳体小径端内表面设为方形槽孔，在方形槽孔的孔口处对称设有两处卡位边沿，方形槽孔与四方扳手的方头部插接配合，卡位边沿与锁止架上的限位卡块进行卡挡限位配合；所述外壳体同轴套装在内壳体外侧，所述卡位内凸块位于卡位外凸块正上方，且沿圆周方向形成若干块间插槽；所述壳间限位体上端为环状结构，壳间限位体下端为弧板状结构，壳间限位体的弧板状结构部分位于块间插槽内；所述推力轴承和顶推体位于外壳体和内壳体内侧，推力轴承和顶推体与外壳体和内壳体同轴分布，推力轴承和顶推体在外壳体和内壳体内侧具有轴向移动自由度；所述推力轴承的外圈与内壳体大径端内表面间隙配合，推力轴承的内圈与顶推体一端固定连接，顶推体另一端与双头螺柱的紧固端顶靠接触配合。
12.本发明的有益效果：
13.本发明的适配于自动化设备的双头螺柱安装工具，能够与自动化设备的主轴进行装配，采用模块化设计思路，各个模块可根据双头螺柱的实际型号进行更换，双头螺柱安装时，其旋入工件螺纹孔内的距离可进行实时监测，有效提高了双头螺柱的安装精度，依托自动化设备的强大性能，大幅度提高了双头螺柱的安装效率。
附图说明
14.图1为本发明的一种适配于自动化设备的双头螺柱安装工具的结构示意图；
15.图2为本发明的一种适配于自动化设备的双头螺柱安装工具的结构示意图(剖视)；
16.图3为本发明的衔接模块及监测模块的组合体结构示意图；
17.图4为本发明的衔接模块及监测模块的组合体结构示意图(剖视)；
18.图5为本发明的快锁模块的结构示意图；
19.图6为本发明的快锁模块的结构示意图(剖视)；
20.图7为本发明的快锁模块中的定位套结构示意图；
21.图8为本发明的快锁模块中的锁止架结构示意图；
22.图9为本发明的咬合模块的结构示意图；
23.图10为本发明的咬合模块的结构示意图(剖视一)；
24.图11为本发明的咬合模块的结构示意图(剖视二)；
25.图12为本发明的咬合模块中的外壳体结构示意图；
26.图13为本发明的咬合模块中的内壳体结构示意图；
27.图14为本发明的咬合模块中的壳间限位体结构示意图；
28.图中，1—直杆式四方扳手，2—直筒式转接套管，3—激光位移传感器，4—浮动套筒，5—顶撑架，6—导向滑槽，7—限位滑销，8—定位套，9—定位环，10—锁止架，11—缺口滑槽，12—限位凸块，13—限位卡块，14—外壳体，15—内壳体，16—壳间限位体，17—推力轴承，18—顶推体，19—卡位内凸块，20—卡位外凸块，21—方形槽孔，22—卡位边沿。
具体实施方式
29.下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
30.如图1～14所示，一种适配于自动化设备的双头螺柱安装工具，包括衔接模块、监测模块、快锁模块及咬合模块；所述衔接模块包括直杆式四方扳手1和直筒式转接套管2；所述直杆式四方扳手1的根部设有插接结构，直杆式四方扳手1通过根部的插接结构与自动化设备的主轴进行同轴固连配合；所述直筒式转接套管2同轴套装在直杆式四方扳手1外侧，直筒式转接套管2与四方扳手1之间留有间隙，直筒式转接套管2的顶端管口设有法兰结构，直筒式转接套管2通过顶端管口的法兰结构与自动化设备的主轴外套壳体固连配合；所述监测模块设置在直筒式转接套管2的底端；所述咬合模块设置在四方扳手1的方头部；所述快锁模块设置在四方扳手1与咬合模块之间。
31.所述监测模块包括激光位移传感器3、浮动套筒4及顶撑架5；所述浮动套筒4采用双层壁结构，浮动套筒4的内层筒壁与直筒式转接套管2滑动插接配合；在所述直筒式转接套管2的管体上对称开设有两处导向滑槽6，导向滑槽6与直筒式转接套管2的中轴线相平行；在所述浮动套筒4的内侧筒壁上固定安装有限位滑销7，限位滑销7位于导向滑槽6内；在所述浮动套筒4的外层筒壁上设有外螺纹；所述顶撑架5上端为环状结构，在顶撑架5的环状结构部分设有内螺纹，顶撑架5与浮动套筒4通过螺纹旋接在一起；所述顶撑架5下端为框式结构；所述激光位移传感器3固定安装在直筒式转接套管2外表面，激光位移传感器3的激光束与直筒式转接套管2的中轴线相平行，激光位移传感器3的激光束朝向浮动套筒4。
32.所述快锁模块包括定位套8、定位环9及锁止架10；所述定位套8同轴固定套装在四方扳手1的方头部上方处，定位套8与四方扳手1之间通过螺钉进行固定；在所述定位套8的顶端套口处对称设有两处缺口滑槽11；所述定位环9通过螺钉同轴固装在定位套8的顶端套口处；所述锁止架10上端为环状结构，在锁止架10的环状结构部分内侧对称设有两处限位凸块12，限位凸块12位于缺口滑槽11内，锁止架10相对于定位套8和定位环9仅具有回转自由度，回转角度范围为0～90
°
；所述锁止架10下端为杆状结构，每个限位凸块12下方均设有一根杆状体，在每根杆状体底端均设有限位卡块13。
33.所述咬合模块包括外壳体14、内壳体15、壳间限位体16、推力轴承17及顶推体18；所述外壳体14采用变径筒式结构，在外壳体14大径端内表面的筒口处沿周向均布设有卡位内凸块19，在外壳体14小径端内表面设有内螺纹，外壳体14小径端通过内螺纹与双头螺柱的紧固端螺接配合；所述内壳体15采用变径筒式结构，在内壳体15大径端外表面的筒口处沿周向均布设有卡位外凸块20，卡位外凸块20与卡位内凸块19数量等且位置一一对应；所述内壳体15小径端内表面设为方形槽孔21，在方形槽孔21的孔口处对称设有两处卡位边沿22，方形槽孔21与四方扳手1的方头部插接配合，卡位边沿22与锁止架10上的限位卡块13进行卡挡限位配合；所述外壳体14同轴套装在内壳体15外侧，所述卡位内凸块19位于卡位外凸块20正上方，且沿圆周方向形成若干块间插槽；所述壳间限位体16上端为环状结构，壳间限位体16下端为弧板状结构，壳间限位体16的弧板状结构部分位于块间插槽内；所述推力轴承17和顶推体18位于外壳体14和内壳体15内侧，推力轴承17和顶推体18与外壳体14和内壳体15同轴分布，推力轴承17和顶推体18在外壳体14和内壳体15内侧具有轴向移动自由度；所述推力轴承17的外圈与内壳体15大径端内表面间隙配合，推力轴承17的内圈与顶推体18一端固定连接，顶推体18另一端与双头螺柱的紧固端顶靠接触配合。
34.下面结合附图说明本发明的一次使用过程：
35.本实施例中，自动化设备为数控加工中心。首先，将直杆式四方扳手1的根部插接结构与数控加工中心的主轴同轴固接在一起；然后，将直筒式转接套管2套在直杆式四方扳手1外侧，使直筒式转接套管2的顶端法兰结构与数控加工中心的主轴外套壳体同轴对接在一起，并由螺栓进行紧固连接。
36.当直杆式四方扳手1和直筒式转接套管2安装好后，再将快锁模块安装到数控加工中心的主轴上。首先，将已事先组装好的快锁模块整体向上套入直杆式四方扳手1的方头部，之后继续向上移动快锁模块，直到定位套8上的螺孔与直杆式四方扳手1杆体上的螺孔对齐，之后在对齐的螺孔中旋入螺钉，直至定位套8完全固定到直杆式四方扳手1上。
37.当快锁模块安装好后，继续安装监测模块。首先，将浮动套筒4的内层筒壁向上插入直筒式转接套管2中，直到浮动套筒4内层筒壁上的螺孔与直筒式转接套管2上的导向滑槽6对齐，之后将限位滑销7穿过导向滑槽6并旋入浮动套筒4内层筒壁上的螺孔内，直到限位滑销7被限定在导向滑槽6中。然后，将顶撑架5的环状结构部分向上与浮动套筒4螺接在一起，直至完成顶撑架5的安装固定。最后，将激光位移传感器3安装到直筒式转接套管2外表面的设定位置处。
38.当监测模块安装好后，最后安装咬合模块。首先，将已事先组装好的咬合模块移动到直杆式四方扳手1的方头部正下方，之后继续向上抬升咬合模块，使直杆式四方扳手1的方头部准确的插入咬合模块内壳体15顶部的方形槽孔21中。然后，水平拨转快锁模块上的
锁止架10，使其从初始位置旋转90
°
，此时锁止架10上的限位凸块12会从缺口滑槽11的一端滑到另一端，同时锁止架10上的限位卡块13刚好移动到咬合模块的卡位边沿22正下方，此时咬合模块的轴向自由度为锁定，咬合模块安装完成。
39.当咬合模块安装好后，选取一根待安装的双头螺柱，首先将双头螺柱的紧固端旋入咬合模块的外壳体14小径端，直到双头螺柱的紧固端顶紧在顶推体18上，此时双头螺柱与咬合模块之间实现临时性的固定连接。然后，由数控加工中心调整主轴的位置，直到双头螺柱的旋进端与工件上的螺纹孔对齐，之后微调双头螺柱的轴向位置，使双头螺柱的旋进端与工件上的螺纹孔对接在一起，此时监测模块的顶撑架5底端已经与螺纹孔周围的工件表面实现接触，同时启动监测模块内的激光位移传感器3。
40.当上述准备工作完成后，启动数控加工中心的主轴，主轴的旋转进给运动会依次通过直杆式四方扳手1、快锁模块及咬合模块传递给双头螺柱，使双头螺柱的旋紧端持续旋入工件的螺纹孔内。在双头螺柱的旋紧端旋入工件螺纹孔的过程中，直筒式转接套管2及其上的激光位移传感器3相对于工件表面会产生相对位移，而监测模块的顶撑架5及浮动套筒4相对于工件表面则是静止的，也就是说，激光位移传感器3与浮动套筒4之间的相对位移恰好等于双头螺柱旋紧端的旋入距离，因此可以通过激光位移传感器3监测的位移数据实时了解双头螺柱旋紧端的旋入距离。
41.当双头螺柱旋紧端的旋入距离达到设定值后，数控加工中心的主轴先停止旋转进给运动，随后进行反向旋转进给运动，由于推力轴承17的存在，能够第一时间便消除双头螺柱紧固端与顶推体18之间的静摩擦力，同时双头螺柱紧固端与咬合模块外壳体14小径端之间的动摩擦阻力也要远低于双头螺柱与工件螺纹孔之间的静摩擦力，随着反向旋转进给，咬合模块外壳体14小径端可以快速从双头螺柱的紧固端退下。
42.同理，只需按照上述工作方式，就可实现双头螺柱的批量高效安装。当双头螺柱的型号发生变化时，若自动化设备未调整，那么只需更换适配的咬合模块即可，并且更换工作也十分便捷，首先水平反向拨转快锁模块上的锁止架10，使其旋转90
°
回到初始位置，锁止架10上的限位凸块12从缺口滑槽11的一端滑到另一端，同时锁止架10上的限位卡块13完全与咬合模块的卡位边沿22错开，咬合模块恢复轴向自由度。然后，向下移动咬合模块，使直杆式四方扳手1的方头部从咬合模块内壳体15顶部的方形槽孔21中完全拔出，从而实现咬合模块与直杆式四方扳手1的分离，此时就可以将原咬合模块卸下了，而新咬合模块的安装过程与原咬合模块完全一样。
43.实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

技术特征：
1.一种适配于自动化设备的双头螺柱安装工具，其特征在于：包括衔接模块、监测模块、快锁模块及咬合模块；所述衔接模块包括直杆式四方扳手和直筒式转接套管；所述直杆式四方扳手的根部设有插接结构，直杆式四方扳手通过根部的插接结构与自动化设备的主轴进行同轴固连配合；所述直筒式转接套管同轴套装在直杆式四方扳手外侧，直筒式转接套管与四方扳手之间留有间隙，直筒式转接套管的顶端管口设有法兰结构，直筒式转接套管通过顶端管口的法兰结构与自动化设备的主轴外套壳体固连配合；所述监测模块设置在直筒式转接套管的底端；所述咬合模块设置在四方扳手的方头部；所述快锁模块设置在四方扳手与咬合模块之间。2.根据权利要求1所述的一种适配于自动化设备的双头螺柱安装工具，其特征在于：所述监测模块包括激光位移传感器、浮动套筒及顶撑架；所述浮动套筒采用双层壁结构，浮动套筒的内层筒壁与直筒式转接套管滑动插接配合；在所述直筒式转接套管的管体上对称开设有两处导向滑槽，导向滑槽与直筒式转接套管的中轴线相平行；在所述浮动套筒的内侧筒壁上固定安装有限位滑销，限位滑销位于导向滑槽内；在所述浮动套筒的外层筒壁上设有外螺纹；所述顶撑架上端为环状结构，在顶撑架的环状结构部分设有内螺纹，顶撑架与浮动套筒通过螺纹旋接在一起；所述顶撑架下端为框式结构；所述激光位移传感器固定安装在直筒式转接套管外表面，激光位移传感器的激光束与直筒式转接套管的中轴线相平行，激光位移传感器的激光束朝向浮动套筒。3.根据权利要求2所述的一种适配于自动化设备的双头螺柱安装工具，其特征在于：所述快锁模块包括定位套、定位环及锁止架；所述定位套同轴固定套装在四方扳手的方头部上方处，定位套与四方扳手之间通过螺钉进行固定；在所述定位套的顶端套口处对称设有两处缺口滑槽；所述定位环通过螺钉同轴固装在定位套的顶端套口处；所述锁止架上端为环状结构，在锁止架的环状结构部分内侧对称设有两处限位凸块，限位凸块位于缺口滑槽内，锁止架相对于定位套和定位环仅具有回转自由度，回转角度范围为0～90
°
；所述锁止架下端为杆状结构，每个限位凸块下方均设有一根杆状体，在每根杆状体底端均设有限位卡块。4.根据权利要求3所述的一种适配于自动化设备的双头螺柱安装工具，其特征在于：所述咬合模块包括外壳体、内壳体、壳间限位体、推力轴承及顶推体；所述外壳体采用变径筒式结构，在外壳体大径端内表面的筒口处沿周向均布设有卡位内凸块，在外壳体小径端内表面设有内螺纹，外壳体小径端通过内螺纹与双头螺柱的紧固端螺接配合；所述内壳体采用变径筒式结构，在内壳体大径端外表面的筒口处沿周向均布设有卡位外凸块，卡位外凸块与卡位内凸块数量等且位置一一对应；所述内壳体小径端内表面设为方形槽孔，在方形槽孔的孔口处对称设有两处卡位边沿，方形槽孔与四方扳手的方头部插接配合，卡位边沿与锁止架上的限位卡块进行卡挡限位配合；所述外壳体同轴套装在内壳体外侧，所述卡位内凸块位于卡位外凸块正上方，且沿圆周方向形成若干块间插槽；所述壳间限位体上端为环状结构，壳间限位体下端为弧板状结构，壳间限位体的弧板状结构部分位于块间插槽内；所述推力轴承和顶推体位于外壳体和内壳体内侧，推力轴承和顶推体与外壳体和内壳体同轴分布，推力轴承和顶推体在外壳体和内壳体内侧具有轴向移动自由度；所述推力轴承的外圈与内壳体大径端内表面间隙配合，推力轴承的内圈与顶推体一端固定连接，顶推体另一端与双头螺柱的紧固端顶靠接触配合。

技术总结
一种适配于自动化设备的双头螺柱安装工具，包括衔接模块、监测模块、快锁模块及咬合模块；衔接模块包括直杆式四方扳手和直筒式转接套管；直杆式四方扳手根部设有插接结构且通过插接结构与自动化设备主轴同轴固连；直筒式转接套管同轴套装在直杆式四方扳手外侧二者之间留有间隙，直筒式转接套管顶端管口设有法兰结构且通过法兰结构与自动化设备主轴外套壳体固连；监测模块位于直筒式转接套管底端；咬合模块位于四方扳手方头部；快锁模块位于四方扳手与咬合模块之间。本发明采用模块化设计思路，可与自动化设备主轴装配，各模块可根据双头螺柱型号进行更换，双头螺柱安装时，其旋入工件螺纹孔内的距离可实时监测，提高双头螺柱安装精度和安装效率。安装精度和安装效率。安装精度和安装效率。


技术研发人员：叶长龙 杨宇轩 于苏洋
受保护的技术使用者：沈阳航空航天大学
技术研发日：2023.06.25
技术公布日：2023/8/16