一种电动冲击扳手输出扭矩控制方法技术

一种电动冲击扳手输出扭矩控制方法，针对待施扭螺纹副以及工件特征，通过试验建立转速

【技术实现步骤摘要】
一种电动冲击扳手输出扭矩控制方法


[0001]本专利技术涉及电动冲击扳手扭矩控制，尤其是涉及一种具有联网功能的可控扭矩锂电冲击扳手输出扭矩控制方法。

技术介绍

[0002]螺纹副联接被广泛应用各种机械结构中，是目前最常用的连接方式。其实质是通过将轴向预紧力控制到适当范围，将两个或多个部件可靠的联接在一起。由于轴向预紧力是内力，目前还无法直接控制预紧力来装配螺纹副，而控制施扭扭矩是目前机械结构螺纹副拧紧工艺中的主要方法。
[0003]冲击扳手所具有的输出扭矩大、外形尺寸小、重量轻、能耗低、反力矩小、价格便宜等优点，使其在螺纹副施扭中得到广泛应用。该类冲击扳手是由原动机经减速机构驱动冲击机构的主动部分（主动轴、主压力弹簧和主动冲击块），再经牙嵌的啮合带动从动部分（从动冲击块和套筒等）来施扭螺纹副。当螺纹副空程(此时螺纹副端部未与垫片及工件接触)施扭完成超过其静扭矩后，扭矩对扭转角的斜率剧增，主动冲击块开始克服主压力弹簧的初压力而作轴向移动，当超过牙嵌高度后，主动冲击块与从动冲击块脱离接触产生间歇式旋转冲击动作，依靠多次冲击扭矩的叠加使螺纹副最终紧固。该施扭过程是一个扭矩不断积累的动态过程，其扭矩被称为“积累扭矩”。冲击扳手的工作特性，造成此类扳手的最终紧固扭矩至今没有可靠、简单易行和易于实现的检测、控制和校准方法。
[0004]近年来，多家研究机构对冲击扳手的控扭问题开展研究，如技术201220476413.3和201220592078.3均是通过检测冲击次数，控制扳手的输出扭矩；技术201420551480.6是实时检测输入电机的电流变化，动态确定冲击开始时刻，靠控制冲击时长来实现输出扭矩可控，但都未考虑动力源转速变化对输出扭矩的影响；技术201822216777.8通过温度和电流采集，增加对温度和电流的监控，降低因电机温度变化而对力矩控制精度的影响，进而提高电机输出力矩的精确度，但没有综合考虑电动冲击扳手的多种作业工况和使用环境。
[0005]中国专利技术专利申请201810196206.4公开了一种装配力矩控制方法，其核心是利用电机功率
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扭矩转换模型，其控制方法适用于静扭扳手的扭矩控制。而冲击扳手扭矩控制的要点是，首先要将转速（主动冲击块的角速度）维持在恒定状态，使每次冲击螺纹副的旋转动能保持恒定，再对冲击次数或其他相关参数进行控制。对此，该专利技术公开技术方案中并未提及，而且该专利技术也不能从技术上实现这一点，施扭控制精确度难以保证。
[0006]从国外引进的产品、技术和标准普遍对螺纹副装配扭矩有明确要求，也倒逼我国企业必须重视装配质量对产品总体质量、可靠性和安全性的影响，目前的电动冲击扳手普遍存在对控扭参数的配置不够灵活，不能适应多种施扭工况下对控扭扭矩的精确控制和高作业效率，还未实现智能化和物联网应用，不能满足对施扭作业过程的全过程监控和作业数据的追溯。

技术实现思路

[0007]本专利技术针对现有技术不足，提出一种电动冲击扳手输出扭矩/施扭控制方法，可实现在多种紧固作业工况下对控扭参数的灵活配置和输出扭矩的精确可控。
[0008]本专利技术采用的技术方案：一种电动冲击扳手输出扭矩控制方法，其施扭控制过程如下：1）基于以无刷电机为动力的电动冲击扳手，针对待施扭螺纹副规格和类型以及工件特征，采用冲击扭矩校准装置通过试验建立转速
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扭矩、转速
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冲击次数
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扭矩、螺纹副规格
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电流和螺纹副类型
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电流关系数据表，并存储于电动冲击扳手控制器的微处理器中；2）微处理器根据预设扭矩并利用转速
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冲击次数
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扭矩关系数据表和用户选择的计算依据，计算与预设扭矩对应的电机转速和冲击次数，所述计算依据包括控扭准确度优先和作业效率优先。当选择控扭准确度优先时，将从多种有效组合中优先选择低转速和高冲击次数参与计算，否则优先选择高转速和低冲击次数参与计算；当选择转速和冲击次数为控扭主要参数时，还根据预设的转速和冲击次数，利用转速
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冲击次数
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扭矩关系数据表查表计算对应的输出扭矩值；3）微处理器根据预设的螺纹副规格
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电流和螺纹副类型
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电流关系数据表查表并计算确定与用户所选螺纹副对应的在旋紧空程时的电流阈值或电流变化率阈值；4）微处理器根据控制开关信号控制无刷电机以预设的转速恒速运转，通过实时检测电机电流或电流变化率，智能判断冲击动作开始时刻并对预设冲击次数减计数，计数减为零时关闭无刷电机，使电动冲击扳手输出扭矩准确可控。
[0009]所述的电动冲击扳手输出扭矩控制方法，在微处理器与无刷电机及其驱动器，霍尔位置传感器，霍尔电流传感器构成双闭环控制系统。当负载或/和电压变化引起电机转速变化时，微处理器根据当前转速与设定转速间的差值，采用PID算法实时计算并动态调整输出到无刷电机驱动器的控制信号的PWM占空比，实现无刷电机维持恒速运转，使扳手套筒以设定的速度冲击螺纹副，向螺纹副输出可重复的扭矩水平。
[0010]所述的电动冲击扳手输出扭矩控制方法，用户根据工件特征和待施扭螺纹副规格和类型，通过外部装置的图形界面配置电动冲击扳手的控扭模式，形成配置文件并发送到控制器，控制器接收该配置文件并将其存储在微处理器中；所述控扭模式为一组特征组合以及与每个特征相关联的参数，包括组合模式和/或程序模式，所述特征包括：输出扭矩，电机转速，冲击次数，螺纹副规格，螺纹副类型，螺纹副个数，紧固次数，旋紧（电机正转），旋松（电机反转），旋松圈数。
[0011]所述的电动冲击扳手输出扭矩控制方法，其中组合模式是将相关特征及其参数进行有效组合，控制电动冲击扳手输出特定扭矩，包括：1）将无刷电机转速和旋紧两个特征组合为一种控扭模式，控制器根据转速
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扭矩关系数据表查表计算并显示特定扳手在此转速下的输出扭矩，此扭矩为螺纹副接受冲击到不再转动时的最大输出正扭矩；2）将旋松和旋松圈数两个特征组合为一种控扭模式，用于旋松过程中避免螺栓或螺母互相脱离，以提高螺纹副施扭作业效率。工作时首先控制无刷电机维持最大反向转速恒速运转，输出最大反向扭矩旋松螺纹副，同时检测无刷电机的电流，当电流变化率大于等于设定阈值时，判断为螺纹副已经旋松，这时将无刷电机转速降低到原转速的1/2，同时检
测霍尔位置传感器输出的转子位置信号，根据特定扳手速比计算设定旋松圈数对应的无刷电机转子运转圈数，达到时控制无刷电机制动停止；3）将无刷电机转速，冲击次数，螺纹副规格，螺纹副类型和旋紧五个特征组合为一种控扭模式，根据转速
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冲击次数
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扭矩关系数据表查表计算并显示此模式下的输出扭矩，根据螺纹副规格
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电流和螺纹副类型
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电流关系数据表查表得所选螺纹在旋紧空程时的电流阈值，工作时将转速控制在设定转速施扭，同时检测无刷电机的电流，当电流大于等于空程时的电流阈值，判本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电动冲击扳手输出扭矩控制方法，其特征在于：1）基于以无刷电机为动力的电动冲击扳手，针对待施扭螺纹副规格和类型以及工件特征，采用冲击扭矩校准装置通过试验建立转速
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扭矩、转速
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冲击次数
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扭矩、螺纹副规格
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电流和螺纹副类型
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电流关系数据表，并存储于电动冲击扳手控制器的微处理器中；2）微处理器根据预设扭矩并利用转速
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冲击次数
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扭矩关系数据表和用户选择的计算依据，计算与预设扭矩对应的电机转速和冲击次数，所述计算依据包括控扭准确度优先或作业效率优先；当选择控扭准确度优先时，将从多种有效组合中优先选择低转速和高冲击次数，否则优先选择高转速和低冲击次数；并且，当选择转速和冲击次数为控扭主要参数时，还根据预设的转速和冲击次数，利用转速
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冲击次数
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扭矩关系数据表查表计算对应的输出扭矩值；3）微处理器根据预设的螺纹副规格
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电流和螺纹副类型
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电流关系数据表查表并计算确定与用户所选螺纹副对应的在旋紧空程时的电流阈值或电流变化率阈值；4）微处理器根据控制开关信号控制无刷电机以预设的转速恒速运转，通过实时检测电机电流或电流变化率，智能判断冲击动作开始时刻并对预设冲击次数减计数，计数减为零时关闭无刷电机，使电动冲击扳手输出扭矩准确可控。2.根据权利要求1所述的电动冲击扳手输出扭矩控制方法，其特征在于：微处理器与无刷电机及其驱动器，霍尔位置传感器，霍尔电流传感器构成双闭环控制系统；当负载或/和电源电压变化引起电机转速变化时，微处理器根据当前转速与设定转速间的差值，采用PID算法实时计算并动态调整输出到无刷电机驱动器的控制信号的PWM占空比，实现无刷电机维持恒速运转，使扳手套筒以恒定的角速率冲击螺纹副，向螺纹副输出可重复的扭矩水平。3.根据权利要求1或2所述的电动冲击扳手输出扭矩控制方法，其特征在于：用户根据工件特征和待施扭螺纹副规格和类型，通过外部装置的图形界面配置电动冲击扳手的控扭模式，形成配置文件并发送到控制器，控制器接收该配置文件并将其存储在微处理器中；所述控扭模式为一组特征组合以及与每个特征相关联的参数，包括组合模式和/或程序模式，所述特征包括：输出扭矩，电机转速，冲击次数，螺纹副规格，螺纹副类型，螺纹副个数，紧固次数，旋紧，旋松，旋松圈数。4.根据权利要求3所述的电动冲击扳手输出扭矩控制方法，其特征在于，所述组合模式是将相关特征及其参数进行有效组合，控制电动冲击扳手输出特定扭矩值，组合模式包括：1）将无刷电机转速和旋紧两个特征组合为一种控扭模式，控制器根据转速
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扭矩关系数据表查表计算并显示此转速下的扭矩，为螺纹副接受冲击到不再转动时的最大输出正扭矩；2）将旋松和旋松圈数两个特征组合为一种控扭模式，用于旋松过程中避免螺栓或螺母互相脱离，以提高作业效率；工作时首先控制无刷电机维持最大反向转速恒速运转，输出最大反向扭矩旋松螺纹副，同时检测无刷电机的电流变化，当电流变化率大于等于设定阈值时，判断为螺纹副已经旋松，这时将无刷电机转速降低到原转速的1/2或1/3，同时检测霍尔位置传感器输出的转子位置信号，根据特定扳手速比计算设定旋松圈数对应的电机转子运转圈数，达到时控制无刷电机制动停止；3）将无刷电机转速，冲击次数，螺纹副规格，螺纹副类型和旋紧五个特征组合为一种控扭模式...

【专利技术属性】
技术研发人员：王留军，刘明，万里瑞，张志辉，张劼，
申请(专利权)人：郑州时享电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：