本発明は、ねじ部品を高速低トルクで仮締めした後、低速高トルクで本締めするねじ部品締結装置に関する。 The present invention relates to a screw component fastening device that temporarily tightens a screw component with high speed and low torque and then performs final tightening with low speed and high torque.
従来から、上記技術分野に属するねじ締め機としては、特許文献１あるいは特許文献２に示すものがある。このねじ締め機は、高速低トルク駆動伝達系および低速高トルク駆動伝達系の２系統で構成されている。そして、ねじ部品の座面がワークに着座するまでの仮締め工程では高速低トルク駆動伝達系が駆動する一方、着座したねじ部品を目標のトルクで締め付けるまでの本締め工程では低速高トルク駆動伝達系が駆動する。このように、ねじ部品の着座前後で駆動系を切り替えることにより、高速ねじ締めを実現するものである。 Conventionally, there are those shown in Patent Document 1 or Patent Document 2 as screw tightening machines belonging to the above technical field. This screw tightening machine is composed of two systems, a high speed low torque drive transmission system and a low speed high torque drive transmission system. The high-speed, low-torque drive transmission system is driven during the temporary tightening process until the seating surface of the screw part is seated on the workpiece, while the low-speed, high-torque drive transmission is performed during the final tightening process until the seated screw part is tightened with the target torque. The system is driven. In this way, high-speed screw tightening is realized by switching the drive system before and after the screw component is seated.
しかしながら、上記ねじ締め機では、仮締め工程において高速回転状態でねじ部品の座面が被締結物に着座するため、この際に生じる衝撃トルクが高くなる。これでは、仮締め工程において、すでにねじ部品が目標の締め付けトルク間近まで締め付けられてしまう。こうなると、本締め工程において、目標の締め付けトルクでねじ部品の締め付けを完了すべく、正確なトルク管理を実現することができなかった。 However, in the screw tightening machine, since the seating surface of the screw component is seated on the fastened object in the high-speed rotation state in the temporary tightening process, the impact torque generated at this time becomes high. In this case, in the temporary tightening process, the screw parts are already tightened to the target tightening torque. In this case, in the final tightening process, accurate torque management could not be realized in order to complete the tightening of the screw component with the target tightening torque.
本発明のねじ部品締結装置は、上記課題に鑑みて創成されたものであり、高速、かつ高精度にねじ部品の締め付けを完了することを目的とするものである。 The screw component fastening device of the present invention was created in view of the above problems, and aims to complete the tightening of the screw component at high speed and with high accuracy.
上記目的を達成すべく、本発明のねじ部品締結装置は、ねじ部品の頭部に係合するドライバビットが連結される出力軸と、回転駆動源に連結して高速低トルク駆動を出力軸へ伝達する高速低トルク駆動伝達系と、回転駆動源に減速手段を介して連結して低速高トルク駆動を出力軸へ伝達する低速高トルク駆動伝達系と、ねじ部品のねじ込み開始から着座までの仮締め工程では高速低トルク駆動伝達系により回転駆動を出力軸へ伝達する一方、ねじ部品の着座からねじ込み完了までの本締め工程では低速高トルク駆動伝達系により回転駆動を出力軸へ伝達するようこれら伝達系を切り替えるクラッチ手段と、仮締め工程においてねじ部品が着座する直前に出力軸の回転速度を所定の回転速度に減速するよう回転駆動源を制御する制御ユニットとを備える。 In order to achieve the above object, a screw part fastening device according to the present invention includes an output shaft to which a driver bit engaged with a head of a screw part is connected, and a high speed low torque drive to an output shaft by being connected to a rotational drive source. A high-speed low-torque drive transmission system for transmission, a low-speed high-torque drive transmission system for transmitting low-speed high-torque drive to the output shaft by being connected to a rotational drive source via a speed reduction means, In the tightening process, the rotational drive is transmitted to the output shaft by the high speed low torque drive transmission system, while in the final tightening process from the seating of the screw parts to the completion of screwing, the rotational drive is transmitted to the output shaft by the low speed high torque drive transmission system. Clutch means for switching the transmission system, and a control unit for controlling the rotational drive source so as to decelerate the rotational speed of the output shaft to a predetermined rotational speed immediately before the screw part is seated in the temporary fastening process Provided.
また、前記制御ユニットが、本締め工程において出力軸の回転速度を段階的あるいは無段階的に減速するよう回転駆動源を制御することが望ましい。 Further, it is desirable that the control unit controls the rotation drive source so as to decelerate the rotation speed of the output shaft stepwise or steplessly in the final tightening step.
本発明のねじ部品締結装置によれば、ねじ部品の着座直前に制御ユニットが回転駆動源を制御して出力軸の回転速度を減速するので、ねじ部品の座面が被締結物に着座した際に生じる衝撃トルクを低く抑えることができる。そのため、仮締め工程で、すでにねじ部品が目標の締め付けトルク近くまで締め付けられてしまうおそれがなくなる。したがって、本締め工程において正確なトルク管理を実現できるので、目標の締め付けトルクで確実にねじ部品の締め付けを完了することができる。 According to the screw component fastening device of the present invention, the control unit controls the rotation drive source to reduce the rotation speed of the output shaft immediately before the screw component is seated, so that when the seat surface of the screw component is seated on the fastened object The impact torque generated at the time can be kept low. Therefore, there is no possibility that the screw component is already tightened to the target tightening torque in the temporary tightening process. Accordingly, accurate torque management can be realized in the final tightening step, and thus the tightening of the screw component can be completed with certain target tightening torque.
また、本締め工程では、制御ユニットが、出力軸の回転速度を段階的あるいは無段階的に減速する。そのため、本締め工程前段では、高速ねじ締め付けによってねじ締め時間を短縮できるとともに、本締め工程後段では、低速ねじ締め付けによって目標の締め付けトルクで確実にねじ締めを完了することができる。 In the final tightening process, the control unit decelerates the rotational speed of the output shaft stepwise or steplessly. For this reason, the screw tightening time can be shortened by high-speed screw tightening before the final tightening step, and the screw tightening can be reliably completed with the target tightening torque by the low-speed screw tightening after the final tightening step.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１において、１はねじ、ボルト、ナットなどのねじ部品を締結または緩めるためのねじ部品締結装置であり、ケース２に取付けられた回転駆動源の一例であるＡＣサーボモータ３（以下、単にモータ３という）を有している。このモータ３にはレゾルバ３ｂが組み付けられており、当該モータ３の駆動軸３ａの回転角を検出可能に構成されている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a screw component fastening device for fastening or loosening screw components such as screws, bolts, and nuts, and an AC servo motor 3 (hereinafter simply referred to as a motor) that is an example of a rotational drive source attached to a case 2. 3). A resolver 3b is assembled to the motor 3 so that the rotation angle of the drive shaft 3a of the motor 3 can be detected.
前記モータ３の駆動軸３ａには主動歯付きプーリ４（以下、単に主動プーリ４という）が一体に回転可能に連結されている。このモータ３の横位置には、駆動軸３ａと軸線平行方向に延びて中空円筒状の第１入力軸５が回転可能に支持して設けられており、この第１入力軸５には、その上部に従動歯付きプーリ６（以下、単に従動プーリ６という）が一体に連結されている。この従動プーリ６と前記主動プーリ４とには、無端の歯付きベルト７が巻回されて噛合しており、モータ３の駆動を第１入力軸５に伝達できるよう構成されている。また、従動プーリ６の上部には、クラッチ手段の一例として電磁クラッチ８が設けられており、この電磁クラッチ８には前記第１入力軸５を挿通し、かつ第１入力軸５に対して回転可能に設けられた中実の第２入力軸９が連結されている。前記主動プーリ４と従動プーリ６との歯数が異なり、減速比は１／２．４である。これは、出力トルクの低いモータであっても十分なトルクを得るべく予備的に設定されたものであり、同一の歯数にして増減速しない構成でも何ら問題ない。 A pulley 4 with a main driving tooth (hereinafter simply referred to as a main driving pulley 4) is connected to the drive shaft 3a of the motor 3 so as to be integrally rotatable. A horizontal cylindrical first input shaft 5 extending in a direction parallel to the drive shaft 3a and rotatably supported by the hollow shaft is provided at a lateral position of the motor 3, and the first input shaft 5 includes An upper driven toothed pulley 6 (hereinafter referred to as a single driven pulley 6) is integrally connected. An endless toothed belt 7 is wound and meshed with the driven pulley 6 and the main driving pulley 4 so that the drive of the motor 3 can be transmitted to the first input shaft 5. Further, an electromagnetic clutch 8 is provided as an example of clutch means on the driven pulley 6. The electromagnetic clutch 8 is inserted into the first input shaft 5 and is rotated with respect to the first input shaft 5. The solid 2nd input shaft 9 provided so that it was possible was connected. The number of teeth of the main pulley 4 and the driven pulley 6 is different, and the reduction ratio is 1 / 2.4. This is preliminarily set to obtain a sufficient torque even for a motor with a low output torque, and there is no problem even if the number of teeth is the same and the speed is not increased or decreased.
前記電磁クラッチ８は、従動プーリ６に一体に回転可能に連結された入力部８１と、第２入力軸９に一体に回転可能に連結された出力部８２と、コイル部８３とを有している。コイル部８３は通電により電磁石となり、これにより出力軸８２に入力部８１を磁力結合させることが可能に構成されている。常時は、コイル部８３に通電がなされず、入力部８１と出力部８２とが分離して第２入力軸９にモータの駆動を伝達できない状態にあるが、コイル部８３に通電されて入力部８１と出力部８２とが結合すると、第２入力軸９にモータ３の駆動を伝達可能な状態となる。 The electromagnetic clutch 8 includes an input unit 81 that is rotatably connected to the driven pulley 6, an output unit 82 that is rotatably connected to the second input shaft 9, and a coil unit 83. Yes. The coil portion 83 becomes an electromagnet when energized, and is configured so that the input portion 81 can be magnetically coupled to the output shaft 82. Normally, the coil unit 83 is not energized, and the input unit 81 and the output unit 82 are separated so that the drive of the motor cannot be transmitted to the second input shaft 9. If 81 and the output part 82 couple | bond together, it will be in the state which can transmit the drive of the motor 3 to the 2nd input shaft 9. FIG.
前記第２入力軸９は、第１入力軸５内を挿通して延び、その先端には出力軸１１が連結されている。この出力軸１１は、第２入力軸９に連結された伝達軸部１１１と、この伝達軸部１１１先端のスプライン穴部１１１ａにスプライン軸部１１２ａを挿入・噛合させることによって伝達軸部１１１と一体に回転可能に連結された本体軸部１１２とから構成されている。この出力軸１１の本体軸部１１２先端には、ねじ部品の頭部に係合してこれに回転伝達を行うためのドライバビット、ソケット等のねじ締め工具（図示せず）が直接又は各種継ぎ手を介して連結されている。 The second input shaft 9 extends through the first input shaft 5, and an output shaft 11 is connected to the tip of the second input shaft 9. The output shaft 11 is integrated with the transmission shaft portion 111 by inserting and engaging the transmission shaft portion 111 connected to the second input shaft 9 and the spline shaft portion 112a in the spline hole portion 111a at the tip of the transmission shaft portion 111. The main body shaft portion 112 is rotatably connected to the main body shaft portion 112. A screw tightening tool (not shown) such as a driver bit and a socket for engaging with the head of a screw component and transmitting rotation to the head is directly or variously connected to the tip of the main body shaft portion 112 of the output shaft 11. It is connected through.
また、前記第１入力軸５の先端は、減速機１２に連結されている。この減速機１２は、一般にハーモニックドライブ（登録商標）として知られるものであり、第１入力軸５は、これらのウェーブジェネレータ１２１に連結されている。この減速機１２は、サーキュラスプライン１２２を本ねじ部品締結装置１のケース２に固定し、ウェーブジェネレータ１２１によって入力された回転をフレクスプライン１２３により減速・逆転させて出力する、いわゆるハーモニックドライブ（登録商標）減速機としての一般的な使用構造を採用している。その減速比は、１／３０である。 The tip of the first input shaft 5 is connected to the speed reducer 12. The speed reducer 12 is generally known as a harmonic drive (registered trademark), and the first input shaft 5 is connected to these wave generators 121. The speed reducer 12 fixes a circular spline 122 to the case 2 of the main screw component fastening device 1, and outputs a so-called harmonic drive (registered trademark) that decelerates and reverses rotation input by the wave generator 121 by the flex spline 123. ) The general structure of use as a reducer is adopted. The reduction ratio is 1/30.
前記減速機１２のフレクスプライン１２３は、ケース２内に回転可能に配置されたカップリング１３に連結されている。このカップリング１３は、クラッチ手段の一例であるツースクラッチ１４に連結されている。このツースクラッチ１４は、前記カップリング１３に一体に回転可能に連結された入力部１４１と、前記出力軸１１の伝達軸１１１に一体に回転可能に連結された出力部１４２と、この出力部１４２と入力部１４１とを常時分離するように付勢する付勢手段（図示せず）と、ケース２に固定されたコイル部１４３とを有して成る電磁クラッチである。入力部１４１と出力部１４２とは、互いの対向面を環状の円盤面に成し、その周縁部に歯部１４１ａ，１４２ａが形成された構成であり、前記コイル部１４３への通電で発生する電磁力により歯部１４１ａ，１４２ａを噛合させて結合するように構成されている。このツースクラッチ１４は、常時、コイル部１４３に通電がなされずに入力部１４１と出力部１４２とが分離しており、出力軸１１に減速機１２の出力回転を伝達不可能な状態となっているが、コイル部１４３に通電されて入力部１４１と出力部１４２とが結合すると、出力軸１１に減速機１２の出力回転を伝達可能な状態となる。 The flexspline 123 of the speed reducer 12 is connected to a coupling 13 that is rotatably disposed in the case 2. The coupling 13 is connected to a tooth clutch 14 which is an example of a clutch means. The tooth clutch 14 includes an input portion 141 that is rotatably connected to the coupling 13, an output portion 142 that is rotatably connected to the transmission shaft 111 of the output shaft 11, and the output portion 142. This is an electromagnetic clutch having an urging means (not shown) for urging the input part 141 so as to be always separated from each other and a coil part 143 fixed to the case 2. The input part 141 and the output part 142 have a configuration in which opposing surfaces are formed into an annular disk surface, and tooth parts 141a and 142a are formed at the peripheral edge thereof, and are generated by energization of the coil part 143. The teeth 141a and 142a are engaged with each other by electromagnetic force so as to be coupled. In the tooth clutch 14, the coil portion 143 is not energized at all times, and the input portion 141 and the output portion 142 are separated, and the output rotation of the speed reducer 12 cannot be transmitted to the output shaft 11. However, when the coil unit 143 is energized and the input unit 141 and the output unit 142 are coupled, the output rotation of the speed reducer 12 can be transmitted to the output shaft 11.
前記ケース２の下部には中空円筒状の起歪体１５が一体に連結されている。この起歪体１５には、ブリッジ接続された歪みゲージ１６が貼付されており、出力軸１１に作用する回転負荷に応じて歪む起歪体１５の歪み量に応じた電気信号をアナログ信号として検出するよう構成されている。これら起歪管１５および歪みゲージ１６によってトルク検出手段が構成されている。また、歪みゲージ１６のリード線１６ａは回路基板１６ｂに接続されおり、この回路基板１６ｂ上でアナログ信号がデジタル変換されてトルク検出部１８ｆに出力されるよう構成されている。そして、このトルク検出部１８ｆが内蔵のＣＰＵで当該デジタル信号を受信して演算処理することにより、出力軸１１に作用する回転負荷トルクを電気的に算出するよう構成されている。 A hollow cylindrical strain body 15 is integrally connected to the lower portion of the case 2. A strain gauge 16 connected in a bridge is attached to the strain generating body 15, and an electric signal corresponding to the strain amount of the strain generating body 15 that is distorted according to the rotational load acting on the output shaft 11 is detected as an analog signal. It is configured to The strain-inducing tube 15 and the strain gauge 16 constitute torque detecting means. The lead wire 16a of the strain gauge 16 is connected to the circuit board 16b, and an analog signal is digitally converted on the circuit board 16b and output to the torque detector 18f. The torque detection unit 18f is configured to electrically calculate the rotational load torque acting on the output shaft 11 by receiving and calculating the digital signal with a built-in CPU.
また、前記起歪体１５の下部には、ねじ締めロボットのアーム（図示せず）や機台（図示せず）等に固定可能な取付フランジ１７が一体に固定されている。 A mounting flange 17 that can be fixed to an arm (not shown) of a screw tightening robot, a machine base (not shown), or the like is integrally fixed to a lower portion of the strain body 15.
１８は制御ユニットであり、制御部１８ａと、この制御部１８ａからの指令を受けて前記モータ３を駆動制御するモータ駆動部１８ｃと、前記レゾルバ３ｂに励磁電圧を印加しするとともに、その出力電圧から回転角度を割り出すレゾルバ駆動部１８ｄと、制御部１８ａからの指令を受けて前記電磁クラッチ８を通電制御するクラッチ制御部１８ｂと、同じく制御部１８ａからの指令を受けて前記ツースクラッチ１４を通電制御するクラッチ制御部１８ｅと、モータ３の駆動制御に必要な各種プログラム・パラメータ等を記憶した記憶部１８ｉと、各種情報の入力を行う操作部１８ｇと、各種情報を表示する表示部１８ｈとを備えて成る。 Reference numeral 18 denotes a control unit that applies an excitation voltage to the control unit 18a, a motor drive unit 18c that drives and controls the motor 3 in response to a command from the control unit 18a, and an output voltage of the resolver 3b. The resolver drive unit 18d for determining the rotation angle from the control unit, the clutch control unit 18b for energizing and controlling the electromagnetic clutch 8 in response to a command from the control unit 18a, and energizing the tooth clutch 14 in response to the command from the control unit 18a. A clutch control unit 18e to be controlled, a storage unit 18i storing various programs and parameters necessary for driving control of the motor 3, an operation unit 18g for inputting various information, and a display unit 18h for displaying various information. Be prepared.
本ねじ部品締結装置１は、ねじ込み開始から着座までねじ部品を高速・低トルクで締め付ける仮締め工程、着座したねじ部品を締め付け完了まで低速・高トルクで締め付ける本締め工程を行う。 The present screw component fastening device 1 performs a temporary tightening process for tightening a screw component with high speed and low torque from the start of screwing to seating, and a final tightening process for tightening the seated screw component with low speed and high torque until the tightening is completed.
仮締め工程では、制御ユニット１８は各クラッチ制御部１８ｂ、１８ｅを通電制御して電磁クラッチ８をＯＮ、ツースクラッチ１４をＯＦＦに設定する。これにより、駆動系が高速低トルク駆動伝達系に切り替えられる。この高速低トルク駆動伝達系は、図２に薄塗りを施した部位であり、主動プーリ４と、従動プーリ６と、電磁クラッチ８と、第２入力軸９と、出力軸１１とから成る。この順でモータ３の回転駆動が減速機１２を介することなく出力軸１１へ伝達される。なお、仮締め工程では、従動プーリ６の回転に伴い、第１入力軸５およびこれに連結された減速機１２も回転するが、前記ツースクラッチ１４がＯＦＦの状態では、回転駆動が出力軸１１へ伝達されないように構成されている。 In the temporary fastening process, the control unit 18 controls the energization of the clutch control units 18b and 18e to set the electromagnetic clutch 8 to ON and the tooth clutch 14 to OFF. As a result, the drive system is switched to the high speed low torque drive transmission system. This high-speed, low-torque drive transmission system is a portion that is thinly coated in FIG. 2, and includes a main pulley 4, a driven pulley 6, an electromagnetic clutch 8, a second input shaft 9, and an output shaft 11. In this order, the rotational drive of the motor 3 is transmitted to the output shaft 11 without passing through the speed reducer 12. In the temporary tightening process, the first input shaft 5 and the speed reducer 12 connected thereto rotate as the driven pulley 6 rotates. However, when the tooth clutch 14 is OFF, the rotational drive is performed on the output shaft 11. It is configured not to be transmitted to.
一方、本締め工程では、制御ユニット１８は前記電磁クラッチ８をＯＦＦ、ツースクラッチ１４をＯＮに通電制御する。これにより、駆動系が高速低トルク駆動伝達系から低速高トルク駆動伝達系へ切り替えられる。この低速高トルク駆動伝達系は、図３に薄塗りを施した部位であり、主動プーリ４と、従動プーリ６と、第１入力軸５と、減速機１２と、カップリング１３と、ツースクラッチ１４と、出力軸１１とから成り、この順でモータ３の回転駆動が減速機１２を介して出力軸１１へ伝達される。 On the other hand, in the final tightening step, the control unit 18 performs energization control so that the electromagnetic clutch 8 is turned off and the tooth clutch 14 is turned on. As a result, the drive system is switched from the high speed low torque drive transmission system to the low speed high torque drive transmission system. This low-speed, high-torque drive transmission system is a portion that is thinly coated in FIG. 3, and includes a main pulley 4, a driven pulley 6, a first input shaft 5, a speed reducer 12, a coupling 13, and a tooth clutch. 14 and the output shaft 11, and the rotational drive of the motor 3 is transmitted to the output shaft 11 via the speed reducer 12 in this order.
ところで、前記減速機１２の一例であるハーモニックドライブは、前述のとおり、入力・出力が逆回転となる。したがって、低速高トルク駆動伝達系による本締め工程では、制御ユニット１８がモータ３を逆転駆動させることにより、出力軸１１が正転方向に回転するように構成されている。 By the way, the harmonic drive which is an example of the speed reducer 12 has the input / output reversely rotated as described above. Therefore, in the final tightening step using the low speed and high torque drive transmission system, the output shaft 11 is configured to rotate in the forward rotation direction when the control unit 18 drives the motor 3 to rotate in the reverse direction.
図４は、本ねじ部品締結装置１の制御ユニット１８による駆動制御を示すものであり、仮締め工程および本締め工程における出力軸１１の回転数およびトルクを示すグラフである。なお、ねじ込み開始から着座までは仮締め工程、着座から締め付け完了までは本締め工程を示す。 FIG. 4 shows drive control by the control unit 18 of the main screw component fastening device 1, and is a graph showing the rotational speed and torque of the output shaft 11 in the temporary fastening step and the final fastening step. It should be noted that from the start of screwing to seating, a temporary fastening process is shown, and from the seating to completion of fastening, a final fastening process is shown.
仮締め工程では、ねじ込み開始時、制御ユニット１８は、出力軸１１が最高回転数の２０００ｒｐｍで回転するようモータ３を駆動制御する。そして、ねじ部品が所定の巻数までねじ込まれると、出力軸１１の回転速度を所定の回転速度に減速するようモータ３を制御する。 In the temporary tightening process, at the start of screwing, the control unit 18 drives and controls the motor 3 so that the output shaft 11 rotates at the maximum rotation speed of 2000 rpm. When the screw component is screwed to a predetermined number of turns, the motor 3 is controlled so as to reduce the rotational speed of the output shaft 11 to a predetermined rotational speed.
具体的には、制御ユニット１８の記憶部１８ｉには、ねじ部品の巻数が予め設定されている。そして、レゾルバ駆動部１８ｄで回転軸１１の回転角を監視し、ねじ込み開始から着座までに要する巻数から２巻分を減じた位置、すなわち着座直前までねじ部品がねじ込まれると、出力軸１１の回転数を減じるようモータ３を駆動制御する。減速時の出力軸１１の回転数は４００ｒｐｍに設定されている。 Specifically, the number of turns of the screw component is preset in the storage unit 18 i of the control unit 18. Then, the rotational angle of the rotary shaft 11 is monitored by the resolver driving unit 18d, and when the screw component is screwed in until the position obtained by subtracting two turns from the number of turns required from the start of screwing to the seating, that is, immediately before the seating, the output shaft 11 rotates. The motor 3 is driven and controlled to reduce the number. The rotation speed of the output shaft 11 during deceleration is set to 400 rpm.
続いて、仮締め工程において４００ｒｐｍに減速後、残りの２巻分ねじ部品がねじ込まれて着座すると、衝撃トルクが生じる。この衝撃トルクを前記トルク検出手段が検出すると、制御ユニット１８は各クラッチ制御部１８ｂ、１８ｅを通電制御して電磁クラッチ８をＯＦＦ、ツースクラッチ１４をＯＮに設定するとともに、前記ハーモニックドライブの特性上、モータ３を逆転駆動させる。これにより、駆動系が低速高トルク駆動伝達系に切り替えられ、本締め工程に移行する。 Subsequently, after the speed is reduced to 400 rpm in the temporary tightening process, when the remaining two-turn screw parts are screwed and seated, an impact torque is generated. When the torque detection means detects this impact torque, the control unit 18 controls the energization of the clutch control units 18b and 18e to set the electromagnetic clutch 8 to OFF and the tooth clutch 14 to ON, and in terms of the characteristics of the harmonic drive. Then, the motor 3 is driven in reverse. As a result, the drive system is switched to the low speed, high torque drive transmission system, and the process proceeds to the final tightening step.
本締め工程では、制御ユニット１８の記憶部１８ｉには出力軸１１に作用する回転負荷トルクに対応する閾値が設定されている。この閾値は、大小２個設定されており、回転負荷トルク値の低い第１閾値は目標の締め付けトルクの２５％程度に設定する一方、回転負荷トルク値の高い第２閾値は目標の締め付けトルクの７５％程度に設定する。そして、回転負荷トルクがこれら閾値に到達する毎に、制御ユニット１８は出力軸１１の回転速度を減じるようモータ３を駆動制御する。 In the final tightening step, a threshold corresponding to the rotational load torque acting on the output shaft 11 is set in the storage unit 18 i of the control unit 18. Two threshold values are set. The first threshold value with a low rotational load torque value is set to about 25% of the target tightening torque, while the second threshold value with a high rotational load torque value is the target tightening torque value. Set to about 75%. Each time the rotational load torque reaches these threshold values, the control unit 18 drives and controls the motor 3 so as to reduce the rotational speed of the output shaft 11.
例えば、目標の締め付けトルクを１５Ｎ・ｍに設定した場合、第１閾値は目標の締め付けトルクの２５％に相当する３．７５Ｎ・ｍ、第２閾値は目標の締め付けトルクの７５％に相当する１１．２５Ｎ・ｍに設定される。また、出力軸１１の回転数は、着座から第１閾値までは３０ｒｐｍ、第１閾値から第２閾値までは１５ｒｐｍ、第２閾値から目標の締め付けトルクまでは３ｒｐｍに設定されている。 For example, when the target tightening torque is set to 15 N · m, the first threshold value is 3.75 N · m corresponding to 25% of the target tightening torque, and the second threshold value is equivalent to 75% of the target tightening torque 11. .25 N · m. The rotation speed of the output shaft 11 is set to 30 rpm from the seating to the first threshold, 15 rpm from the first threshold to the second threshold, and 3 rpm from the second threshold to the target tightening torque.
ここで、図５は、出力軸１１の回転数と、衝撃トルクの大きさとの関係を、減速比別に比較したグラフである。実線は、歯数の異なる前記プーリ４，６により減速比１／２．４に設定した本発明のねじ部品締結装置１を示し、破線は、減速比１／１０の減速機を介して駆動伝達するよう構成された比較用のねじ部品締結装置を示す。 Here, FIG. 5 is a graph comparing the relationship between the rotational speed of the output shaft 11 and the magnitude of the impact torque for each reduction ratio. The solid line shows the screw component fastening device 1 of the present invention set to a reduction ratio of 1 / 2.4 by the pulleys 4 and 6 having different numbers of teeth, and the broken line shows drive transmission via a reduction gear having a reduction ratio of 1/10. 1 shows a comparative screw component fastening device configured to:
図５に示すグラフによれば、本発明のねじ部品締結装置１では、出力軸１１の回転数が４００ｒｐｍでは、３．２Ｎ・ｍの衝撃トルクが発生する。これに対して、出力軸１１の回転数が２０００ｒｐｍでは、１７Ｎ・ｍの衝撃トルクが発生する。すなわち、出力軸１１の回転数を４００ｒｐｍに減速することなく２０００ｒｐｍのままでねじ部品が着座すると、衝撃トルクが目標の締め付けトルク１５Ｎ・ｍを超えてしまうため、過剰締め付けとなる。 According to the graph shown in FIG. 5, in the screw component fastening device 1 of the present invention, an impact torque of 3.2 N · m is generated when the rotation speed of the output shaft 11 is 400 rpm. On the other hand, when the rotational speed of the output shaft 11 is 2000 rpm, an impact torque of 17 N · m is generated. That is, if the screw component is seated at 2000 rpm without reducing the rotational speed of the output shaft 11 to 400 rpm, the impact torque will exceed the target tightening torque of 15 N · m, resulting in excessive tightening.
一方、比較用のねじ部品締結装置では、出力軸の回転数を本発明のねじ部品締結装置１と同じく４００ｒｐｍに減速したところで、減速による高トルク駆動によって、１３Ｎ・ｍもの衝撃トルクが生じてしまう。ここで、本発明のねじ部品締結装置１と同じく衝撃トルクを３．２Ｎ・ｍに低減しようとすれば、出力軸の回転数を１００ｒｐｍまで減速しなければならない。これでは、高速ねじ締めを実現できない。 On the other hand, in the screw component fastening device for comparison, when the rotational speed of the output shaft is reduced to 400 rpm as in the screw component fastening device 1 of the present invention, an impact torque of 13 N · m is generated by the high torque drive by the deceleration. . Here, as with the screw component fastening device 1 of the present invention, if the impact torque is to be reduced to 3.2 N · m, the rotational speed of the output shaft must be reduced to 100 rpm. With this, high-speed screw tightening cannot be realized.
そこで、本発明のねじ部品締結装置１によれば、ねじ部品の着座直前に出力軸１１の回転数を減じるので、過大な衝撃トルクが発生しない。そのため、衝撃トルクによってねじ部品が締め付けトルクまで締め付けられることもなくなる。したがって、過剰締め付けを防止でき、目標のトルクでねじ部品の締め付けを完了できる。しかも、仮締め工程で駆動する高速低トルク駆動伝達系が減速機を介さない構成によっても、衝撃トルクを低く抑えることができる。したがって、比較用のねじ部品締結装置と比較して、減速時であっても出力軸１１の回転数を４００ｒｐｍとして高く設定することが可能となり、高速ねじ締めを実現できる。 Therefore, according to the screw component fastening device 1 of the present invention, the rotational speed of the output shaft 11 is reduced immediately before the screw component is seated, so that an excessive impact torque is not generated. Therefore, the screw component is not tightened to the tightening torque by the impact torque. Therefore, excessive tightening can be prevented, and tightening of the screw component can be completed with a target torque. Moreover, the impact torque can be kept low even when the high-speed low-torque drive transmission system that is driven in the temporary tightening process does not include a reduction gear. Therefore, it is possible to set the rotational speed of the output shaft 11 as high as 400 rpm even at the time of deceleration as compared with the screw part fastening device for comparison, and high-speed screw tightening can be realized.
また、衝撃トルクの低減により、仮締め工程で既に、ねじ部品がねじ締め完了トルク間近まで締め付けられなることもなくなる。そのため、ねじ部品の座面と、被締結物との摩擦に関し、図４に示すように、静摩擦μから動摩擦μ’への移行ポイントＰが本締め工程前段になる。したがって、静摩擦から動摩擦への移行の際に生じる慣性モーメントによる過剰締め付けも防止できる。 In addition, due to the reduction of the impact torque, the screw parts are not already tightened to the point where the screw tightening completion torque is close in the temporary tightening process. For this reason, as shown in FIG. 4, the transition point P from the static friction μ to the dynamic friction μ ′ is the first stage of the final tightening process, as shown in FIG. Therefore, it is possible to prevent excessive tightening due to the moment of inertia that occurs during the transition from static friction to dynamic friction.
さらに、本発明のねじ部品締結装置１は、本締め工程では出力軸１１の回転速度を段階的に減速する。望ましくは、前述のとおり、大小２個以上の閾値を設定し、この閾値に回転負荷トルクが到達する毎に減速する。すなわち、閾値を２個設定した場合には、高速、中速、低速の三段階による減速制御とする。これに対して、高速から低速への二段階による減速制御では、減速時の慣性モーメントによって過剰締め付けとなる虞がある。そこで、三段階による減速制御では、中速段階を介することによって、減速時の慣性モーメントによる過剰締め付けも防止でき、益々高速、かつ高精度のねじ締め付けが可能となる。 Furthermore, the screw component fastening device 1 of the present invention decelerates the rotational speed of the output shaft 11 step by step in the final fastening step. Desirably, as described above, two or more threshold values are set, and the speed is reduced each time the rotational load torque reaches the threshold value. That is, when two thresholds are set, the deceleration control is performed in three stages of high speed, medium speed, and low speed. On the other hand, in the two-stage deceleration control from the high speed to the low speed, there is a risk of over-tightening due to the moment of inertia during deceleration. Thus, in the three-stage deceleration control, through the medium speed stage, excessive tightening due to the moment of inertia during deceleration can be prevented, and higher-speed and high-precision screw tightening can be achieved.
なお、本発明のねじ部品締結装置１においては、本締め工程では出力軸１１の回転速度を段階的に減速するのみならず、無段階的に減速してもよい。つまり、出力軸１１の回転速度を徐々に減速するようモータ３を駆動制御してもよい。 In the screw component fastening device 1 of the present invention, in the final fastening step, the rotational speed of the output shaft 11 may be reduced stepwise as well as stepwise. That is, the motor 3 may be driven and controlled so as to gradually reduce the rotational speed of the output shaft 11.
また、本発明のねじ部品締結装置１においては、ねじ締め完了時に、ドライバビットとねじ頭部との食い付きを解除すべく、ねじ部品を緩め方向に出力軸を逆回転させることも可能である。ただし、緩めを実現するには、上記特許文献２（特開２００８−１１４３０３号公報）に開示されたねじ部品締結機のように、高速低トルク駆動伝達系から低速高トルク駆動伝達系へを切り替えるためのクラッチ手段として一方向クラッチを用いてはならない。一方向クラッチでは、出力軸１１を締め付け方向にしか回転させることができないからである。そこで、クラッチ手段として、例えば電磁クラッチ８あるいはツースクラッチ１４を用いれば、低速高トルク駆動伝達系において出力軸１１は正逆双方向に回転可能となり、締め付け、緩めの両方を実現できる。 Moreover, in the screw component fastening device 1 of the present invention, when the screw tightening is completed, the output shaft can be rotated in the reverse direction in the loosening direction of the screw component so as to release the biting between the driver bit and the screw head. . However, in order to realize the loosening, the high-speed low-torque drive transmission system is switched from the low-speed high-torque drive transmission system as in the screw part fastening machine disclosed in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2008-114303). A one-way clutch should not be used as a clutch means for this purpose. This is because the one-way clutch can rotate the output shaft 11 only in the tightening direction. Therefore, if, for example, the electromagnetic clutch 8 or the tooth clutch 14 is used as the clutch means, the output shaft 11 can be rotated in both forward and reverse directions in the low speed and high torque drive transmission system, and both tightening and loosening can be realized.
１ ねじ部品締結装置
２ ケース
３ モータ
３ａ 駆動軸
４ 主動プーリ
５ 第１入力軸
６ 従動プーリ
７ 歯付きベルト
８ 電磁クラッチ
９ 第２入力軸
１１ 出力軸
１２ 減速機
１３ カップリング
１４ ツースクラッチ
１５ 起歪体
１６ 歪みゲージ
１７ 取付フランジ
１８ 制御ユニット
１８ａ 制御部
１８ｂ クラッチ制御部
１８ｃ モータ駆動部
１８ｄ レゾルバ駆動部
１８ｅ クラッチ制御部
１８ｆ トルク検出部
１８ｇ 操作部
１８ｈ 表示部
１８ｉ 記憶部DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Screw component fastening apparatus 2 Case 3 Motor 3a Drive shaft 4 Main drive pulley 5 First input shaft 6 Driven pulley 7 Toothed belt 8 Electromagnetic clutch 9 Second input shaft 11 Output shaft 12 Reducer 13 Coupling 14 Tooth clutch 15 Body 16 Strain gauge 17 Mounting flange 18 Control unit 18a Control unit 18b Clutch control unit 18c Motor drive unit 18d Resolver drive unit 18e Clutch control unit 18f Torque detection unit 18g Operation unit 18h Display unit 18i Storage unit
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