沖擊扭矩電動(dòng)工具及該工具的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種沖擊扭矩電動(dòng)工具，屬于電動(dòng)旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)能沖擊工具；還涉及一種輸出定量扭矩的電動(dòng)工具的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在對(duì)擰緊工藝有嚴(yán)格要求的裝配線，對(duì)螺栓預(yù)緊力有要求，以使生產(chǎn)出來的產(chǎn)品質(zhì)量有保障；在一些設(shè)備安裝、調(diào)試的工作環(huán)境中，更需要嚴(yán)格控制螺栓的預(yù)緊力，由于螺栓預(yù)緊力與扭矩的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這需要電動(dòng)工具能保證定量的扭矩輸出。
[0003]動(dòng)態(tài)扭矩傳感器式電動(dòng)工具是在擰緊軸上安裝有傳感器，時(shí)刻監(jiān)測(cè)扭力值的變化，當(dāng)達(dá)到預(yù)定扭矩時(shí)，電機(jī)即停止工作，這種方案似乎能解決問題，但是成本太高，體積大且壽命不長(zhǎng)，因而實(shí)用性欠佳。
[0004]對(duì)于電動(dòng)儲(chǔ)能沖擊工具，如電動(dòng)沖擊扳手、電動(dòng)沖擊螺絲批、電動(dòng)沖擊鉆等，定量扭矩輸出的一般措施是通過調(diào)速開關(guān)調(diào)節(jié)電機(jī)的供電電壓比例來實(shí)現(xiàn)的；然而，由于電源電壓的波動(dòng)、開關(guān)本身的調(diào)節(jié)比例的波動(dòng)，都會(huì)影響該電動(dòng)工具扭矩的輸出精度。特別是，調(diào)節(jié)電機(jī)工作電壓的方式，導(dǎo)致電機(jī)一直工作在較低的轉(zhuǎn)速下，嚴(yán)重影響工作效率。
[0005]另有些電動(dòng)工具，采用檔位開關(guān)來調(diào)節(jié)電機(jī)的供電電壓比例來實(shí)現(xiàn)扭矩的調(diào)節(jié)，雖然比調(diào)速開關(guān)穩(wěn)定一些，但也存在隨著供電電壓的變化導(dǎo)致精度難以保證，而且也存不同的負(fù)載下，沖擊作用時(shí)間不同，導(dǎo)致輸出精度差異很大。
[0006]這是現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明解決的技術(shù)問題之一是提供一種扭矩輸出精確度更高的電動(dòng)工具的控制方法。
[0008]本發(fā)明的沖擊扭矩電動(dòng)工具的控制方法，該電動(dòng)工具包括電機(jī)、控制器及其監(jiān)控的電機(jī)轉(zhuǎn)速偵測(cè)單元和電子開關(guān)，及與所述控制器相連的扭矩設(shè)定裝置、第一循環(huán)周期閥值設(shè)定單元和參數(shù)預(yù)值設(shè)定單元，該方法在于更高精確地輸出預(yù)定量扭矩，其特征在于該方法包括以下步驟:
根據(jù)扭矩設(shè)定裝置預(yù)設(shè)輸出扭矩值，預(yù)設(shè)第一循環(huán)周期閥值和參數(shù)預(yù)設(shè)單元預(yù)設(shè)的電機(jī)轉(zhuǎn)速；
所述控制器監(jiān)控所述電機(jī)轉(zhuǎn)速偵測(cè)單元和電子開關(guān)，以PWM閉環(huán)調(diào)制方式控制電機(jī)轉(zhuǎn)速維持在轉(zhuǎn)速預(yù)定值Vx;
所述控制器測(cè)算電機(jī)的儲(chǔ)能-沖擊循環(huán)的循環(huán)周期，直至其達(dá)到第一循環(huán)周期閥值時(shí)，通過電子開關(guān)控制電機(jī)停機(jī)。
[0009]
本發(fā)明解決的技術(shù)問題之二是提供一種扭矩電動(dòng)工具，包括位于殼體內(nèi)的電機(jī)、由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的儲(chǔ)能-沖擊組件、MCU控制器及其監(jiān)控的電機(jī)轉(zhuǎn)速偵測(cè)單元和電子開關(guān)，及與所述控制器相連的扭矩設(shè)定裝置，其特征在于還包括:與所述控制器相連的第一循環(huán)周期閥值設(shè)定單元和參數(shù)預(yù)值設(shè)定單元；用于測(cè)算儲(chǔ)能-沖擊循環(huán)的循環(huán)周期的與所述控制器相連的電機(jī)電流偵測(cè)單元或電機(jī)電壓偵測(cè)單元；所述控制器首先根據(jù)扭矩設(shè)定裝置預(yù)設(shè)輸出扭矩值，預(yù)設(shè)第一循環(huán)周期閥值和參數(shù)預(yù)設(shè)單元預(yù)設(shè)的電機(jī)轉(zhuǎn)速；接著監(jiān)控電機(jī)轉(zhuǎn)速偵測(cè)單元和電子開關(guān)，以PWM閉環(huán)調(diào)制方式控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速保持在預(yù)定值；然后測(cè)算儲(chǔ)能-沖擊循環(huán)的循環(huán)周期，直至其達(dá)到第一循環(huán)周期閥值時(shí)，通過電子開關(guān)控制電機(jī)停機(jī)，從而輸出預(yù)定量扭矩。
[0010]電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定之前，所述控制器還測(cè)算該時(shí)刻電機(jī)實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的第二循環(huán)周期閥值Tx和對(duì)應(yīng)該儲(chǔ)能-沖擊循環(huán)的循環(huán)周期，直至測(cè)算的循環(huán)周期達(dá)到該第二循環(huán)周期閾值Tx時(shí)為止。
[0011]本發(fā)明通過設(shè)定第一循環(huán)周期閥值和維持電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定，可使循環(huán)周期與輸出扭矩之間建立精確的對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)循環(huán)周期達(dá)到第一循環(huán)周期閾值時(shí)控制電機(jī)停機(jī)，即輸出更精確的預(yù)定量扭矩。
[0012]本發(fā)明通過測(cè)算第二循環(huán)周期閾值，當(dāng)循環(huán)周期達(dá)到第二循環(huán)周期閾值時(shí)即維持電機(jī)轉(zhuǎn)速，而且保持了工作的高效。
[0013]
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的電動(dòng)工具的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是圖1的局部剖視圖，顯示了本發(fā)明的儲(chǔ)能-沖擊組件的結(jié)構(gòu)。
[0016]圖3是本發(fā)明的儲(chǔ)能-沖擊組件工作過程示意圖。
[0017]圖4是圖3的左視圖。
[0018]圖5是本發(fā)明的電機(jī)在不同階段的電流變化示意圖。
[0019]圖6是本發(fā)明的控制電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖7是本發(fā)明的扭矩\循環(huán)周期與工作時(shí)間的關(guān)系示意圖。
[0021]圖8是本發(fā)明的電動(dòng)工具的第一實(shí)施例工作時(shí)的主要流程圖。
[0022]圖9是本發(fā)明的電動(dòng)工具的第二實(shí)施例工作時(shí)的主要流程圖。
[0023]10-殼體；20_電機(jī)；30_儲(chǔ)能-沖擊組件；40_供電模塊；50_控制電路；60_扭矩設(shè)定裝置；31-儲(chǔ)能彈簧；32_儲(chǔ)能沖擊塊；33_輸出沖擊塊；34_傳動(dòng)軸；35_滾珠；
51-控制器；52電機(jī)轉(zhuǎn)速偵測(cè)單元；53_第一循環(huán)周期閥值設(shè)定單元；54_電機(jī)電流或電壓偵測(cè)單元；55_參數(shù)預(yù)值設(shè)定單元；56_存儲(chǔ)單元；57_扭矩轉(zhuǎn)換單元
【具體實(shí)施方式】
[0024]現(xiàn)結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0025]參照?qǐng)D1，為本發(fā)明的電動(dòng)沖擊扳手，其為一種電動(dòng)旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)能沖擊工具，具有殼體10，設(shè)置于殼體10內(nèi)的電機(jī)20，與電機(jī)20相連的儲(chǔ)能-沖擊組件30，用于給電機(jī)20供電的供電模組40，用于對(duì)電機(jī)20進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制的控制電路50，以及與控制電路50相連的扭矩設(shè)定裝置60。
[0026]參照?qǐng)D2~圖4，儲(chǔ)能-沖擊組件30由儲(chǔ)能彈簧31、儲(chǔ)能沖擊塊32、輸出沖擊塊33、傳動(dòng)軸34和滾珠35和包含該滾珠的導(dǎo)向槽等組成。電動(dòng)沖擊扳手開機(jī)后，電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)；傳動(dòng)軸的扭矩和轉(zhuǎn)速通過儲(chǔ)能彈簧傳遞給儲(chǔ)能沖擊塊；并在儲(chǔ)能彈簧的擠壓下，儲(chǔ)能沖擊塊和輸出沖擊塊的凸臺(tái)或齒輪部緊密嚙合，形成剛性連接，這樣，傳動(dòng)軸的扭矩和轉(zhuǎn)速就進(jìn)一步傳遞到輸出沖擊塊，進(jìn)而傳遞給工作頭，開機(jī)后負(fù)載一般都較小，電機(jī)工作參數(shù)(電壓、電流或轉(zhuǎn)速)是相對(duì)穩(wěn)定的，該階段為小負(fù)載工作狀態(tài)，之后，在儲(chǔ)能-沖擊組件協(xié)同作用下，電動(dòng)工具工作于沖擊工作模式，其包括儲(chǔ)能階段、釋能階段和沖擊階段。不同階段的電機(jī)參數(shù)如電機(jī)工作電流與時(shí)間的關(guān)系具有不同的特征，分別對(duì)應(yīng)如圖5中的A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)、D區(qū)。
[0027]隨著外部負(fù)載的逐漸變大，輸出沖擊塊受到的阻力扭矩也漸增，直至使其停止轉(zhuǎn)動(dòng)；但是，在旋轉(zhuǎn)著的傳動(dòng)軸的導(dǎo)向柱上的導(dǎo)向槽和位于該導(dǎo)向槽內(nèi)的滾珠的共同作用下，儲(chǔ)能沖擊塊被迫沿遠(yuǎn)離輸出沖擊塊的軸向移動(dòng)，從而壓縮儲(chǔ)能彈簧，此過程為儲(chǔ)能階段。由于儲(chǔ)能過程中需要額外的能量，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)輸入功率增加，其工作參數(shù)發(fā)生快速變化，如電流上升、電壓下降、轉(zhuǎn)速下降，如圖5中的B區(qū)，其對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)能時(shí)間為T1。
[0028]遠(yuǎn)離輸出沖擊塊一段距離后，儲(chǔ)能沖擊塊和輸出沖擊塊的嚙合面相互錯(cuò)開，儲(chǔ)能沖擊塊在周向和軸向均無來自輸出沖擊塊的障礙，在壓縮后的儲(chǔ)能彈簧的擠壓下，儲(chǔ)能沖擊塊沿著上述導(dǎo)向槽向靠近輸出沖擊塊的方向移動(dòng)，同時(shí)沿相對(duì)傳動(dòng)軸相同方向加速旋轉(zhuǎn)起來，此過程為釋能階段。電機(jī)由于無需儲(chǔ)能，電流下降，轉(zhuǎn)速上升，如圖5中的C區(qū)，對(duì)應(yīng)的釋能時(shí)間為T2。
[0029]當(dāng)儲(chǔ)能沖擊塊旋轉(zhuǎn)并軸向移動(dòng)到與輸出沖擊塊的再次嚙合位置時(shí)，二者撞擊，使輸出沖擊塊產(chǎn)生沖擊扭矩，此過程為沖擊階段。此階段會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反沖擊能量，該反沖擊能量作用到電機(jī)上，導(dǎo)致電機(jī)阻力突然增加，產(chǎn)生一個(gè)電流沖擊，電流短時(shí)間急劇上升，如圖5中的D區(qū)，對(duì)應(yīng)的沖擊時(shí)間為T3。
[0030]參考圖6，控制電路50上設(shè)有與控制器51相連的電子開關(guān)S1、電機(jī)轉(zhuǎn)速偵測(cè)單元52、第一循環(huán)周期閥值設(shè)定單元53、電機(jī)電流偵測(cè)單元54、參數(shù)預(yù)值設(shè)定單元55、存儲(chǔ)單元56和連接控制器51與扭矩設(shè)定裝置60的扭矩轉(zhuǎn)換單元57。電子開關(guān)S1具有三端頭，其第一端與電機(jī)負(fù)極相連，第二端與控制器相連，第三端與供電模組的負(fù)極相連。本實(shí)施例中，控制器為MCU。
[0031]控制器控制電機(jī)的具體途徑是通過電子開關(guān)的兩種工作狀態(tài)實(shí)現(xiàn)兩種控制，其一是當(dāng)電子開關(guān)頻繁地閉合時(shí)，采用閉環(huán)PWM控制，控制器可控制電機(jī)轉(zhuǎn)速維持在某一預(yù)定值；其具體步驟是:1)由電機(jī)轉(zhuǎn)速偵測(cè)單元向MCU輸入實(shí)測(cè)的電機(jī)轉(zhuǎn)速值；2)MCU據(jù)此判斷實(shí)測(cè)的電機(jī)轉(zhuǎn)速值與轉(zhuǎn)速預(yù)定值Vx之差；3)以所述差值計(jì)算PWM調(diào)制的占空比，從而調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，直至維持在預(yù)定值。其二是當(dāng)電子開關(guān)保持?jǐn)嚅_狀態(tài)時(shí)，電機(jī)實(shí)現(xiàn)停機(jī)。
[0032]本發(fā)明的電動(dòng)工具的沖擊工作模式表現(xiàn)為上述儲(chǔ)能階段、釋能階段和沖擊階段的若干循環(huán)，如圖5所示，其循環(huán)周期為儲(chǔ)能時(shí)間、釋能時(shí)間和沖擊時(shí)間之和，即T= Τ1+ Τ2+Τ3。