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重要的机电产品,如发电、输变电、汽车、拖拉机、机床、仪表等对装配质量的要求很高,对螺栓拧紧的扭矩和角度等变量必须加以控制。
为适应汽车等现代机电产品的高性能、高可靠、高安全性能的要求和自动化生产的需要,螺栓自动拧紧装备的研制和开发已成为市场必需。
当前,我国的汽车保有量正在急剧上升,全国范围内掀起的汽车消费的浪潮将会使汽车的装配效率和质量问题显得更加突出和尖锐。
由于汽车装配质量是直接影响汽车行驶安全的关键问题,而装配效率也直接影响汽车的产量和规模,因而通过使用螺栓自动拧紧机来提高汽车上各个零部件的装配效率和质量,已成为各个汽车生产厂家不得不关注的问题。
二.国内外概况、预测和文献综述
1课题的国内外研究概况
螺栓自动拧紧设备的应用场合非常广泛,凡是对螺栓的装配有定扭矩或定角度等要求的地方,就需要该设备,它可以对螺纹的预紧实现比较精确的控制。
在压力容器行业,压力容器上的螺栓都要有确定的扭矩值;
在汽车行业,由于有很多地方对螺纹装配要求较高,因此应用尤其广泛。
下面是一些应用举例:
汽车主锥螺母拧紧、发动机主轴承盖螺栓拧紧、发动机气缸缸盖螺栓拧紧、发动机连杆螺栓拧紧、底盘变速箱拧紧工位、凸轮轴盖螺栓拧紧、轮胎螺栓拧紧、差速器盘螺栓拧紧、差速器壳轴承盖螺栓拧紧、前后桥U形螺栓拧紧、泵体端盖螺栓拧紧、助力转向器端盖螺栓拧紧、端面法兰螺栓拧紧、离合器总成拧紧[1]。
螺纹拧紧技术是从国外发展起来的,比较有代表性的有:
美国的英格索兰、德国DGD公司,以及日本的一些公司。
为适应定扭矩加载的可控制拧紧场合需求,在80年代未,国外的机电、汽车制造行业己普遍采用可控制扭矩、可控转角和控制屈服点的拧紧工具。
近年来,伴随着电机调速等控制技术、扭矩控制等技术的迅速发展,国外的装配作业线上的装配工具逐步从手工、风动或电动工具向低能耗、低噪声、控制精确等可控制拧紧设备发展,通过微机控制的自动型装配系统实现对装配对象的定扭矩、定转角监控或屈服强度监控[2]。
同国外相比,我国机电、汽车产品的螺纹拧紧工具目前还比较落后,尚不能系列、批量地供应生产中急需的拧紧工具及设备,每年都要花费大量外汇购买国外产品。
近年来特别2000年以来,随我国汽车业的迅猛发展,为了提高整体素质,增强国际竞争力,正朝着规模化、自动化方向大踏步前进,对装配质量和生产率的提出了更高的要求,因此对大量使用的螺栓(螺母)的拧紧效率,也提出了越来越高的要求,这种要求促进了现阶段我国在拧紧技术方面的发展。
但目前现状是,多数国内公司和企业主要以代理方式,销售或组装国外的设备,如北京自动化研究院是美国英格索兰的代理、大连豪森公司以德国设备为代理;
同时也有少数企业也进行了自主开发,比如中国科学院沈自动化研究所、东风公司设备制造厂、山东龙口气动机械厂等等,但从技术方面角度,同国外产品有相当大的差距。
2.国内拧紧机的发展预测
近些年,中国的拧紧机机产业取得了长足的发展,虽然与国外相比还有一定的差距,但是这个差距正在逐渐的缩小。
随着电子技术水平的不断提高,新型的传感器技术的发展,以及对拧紧技术的更深入研究,将会出现精度和自动化程度更高的自动拧紧机;
或者会出现采用全新技术的自动拧紧机。
可以预见,中国的汽车装配行业会越来越多地使用自动拧紧机,使汽车的装配质量和效率得到极大提高。
在走向国际市场的过程中,我国自动拧紧机产业近几年品质水平的快速提高,也得到了国际拥护的高度肯定,由于产品使用规范,用户的专业素质较高,这都为中国自动拧紧机行业的发展打下了良好的基础[3-4]。
三.系统设计方案及可行性分析
1.系统设计方案
下缸体螺栓拧紧机主要是通过压头气缸控制拧紧头升降,变距气缸实现拧紧头纵向张合变距,拧紧控制箱控制扭矩大小及伺服电机+丝杠的方式控制拧紧头横向位移来实现下缸体的拧紧装配。
伺服系统是采用西门子CPU315-2DP,型号为6ES7315-2AG10-0AB0的PLC控制完成。
1、设备工作流程:
工件到位停止——识别缸体——定位插销机构工作——缸体下压机构下降——伺服平移到第4排位置——变距气缸关闭——拧紧头下降——右侧2个拧紧头拧紧第4排中间2个螺栓——拧紧头上升——变距气缸打开——拧紧头下降——右侧2个拧紧头拧紧第4排外侧2个螺栓——拧紧头上升——伺服平移到第2,3排位置——变距气缸关闭——拧紧头下降——左侧右侧各2个拧紧头拧紧第2,3两排中间2个螺栓——拧紧头上升——变距气缸打开——拧紧头下降——左侧右侧各2个拧紧头拧紧第2,3两排外侧2个螺栓——拧紧头上升——伺服平移到第5,6排位置——变距气缸关闭——拧紧头下降——左侧右侧各2个拧紧头拧紧第5,6排中间2个螺栓——变距气缸打开——拧紧头下降——左侧右侧各2个拧紧头拧紧第5,6两排外侧2个螺栓——拧紧头上升——伺服平移到第7排位置——变距气缸关闭——拧紧头下降——右侧2个拧紧头拧紧第7排螺栓——变距气缸打开——拧紧头下降——右侧2个拧紧头拧紧第7排外侧2个螺栓——拧紧头上升——伺服平移到第1排位置——变距气缸关闭——拧紧头下降——左侧2个拧紧头拧紧拧紧第1排螺栓——变距气缸打开——拧紧头下降——左侧2个拧紧头拧紧第1排外侧2个螺栓——拧紧头上升回位——伺服回原位——缸体下压机构上升回位——定位插销机构回位——完成下缸体螺栓拧紧
图1下缸体的螺栓分布图
图2拧紧头的工作方式
图3下缸体螺栓拧紧机
2.硬件系统设计:
下缸体螺栓拧紧机电气核心部分采用西门子公司S7系列可编程控制器。
设备层采用ProfibusDP工业总线控制方式,低压元器件全部采用施耐德等原装进口产品,接近开关采用TURCK产品,使该设备具有高可靠性及操作简单、维修方便的特点。
远程IO模块采用图尔克IP67系列IO模块,采用接插式连接,可以快速插拔、拧接,使维修变的方便很多。
电柜是缸下缸体螺栓拧紧机电气控制系统的核心组成部分。
在电柜里面装有配电系统、PLC控制系统以及控制系统的主要低压电器元件。
电柜的左侧安装有电柜空调,用于调节电柜内部的温度。
在电柜的内部设置有电柜电源的总开关。
该开关用于切断主电柜的电源,在正常的生产周期内,该开关可以长期保持接通状态。
下缸体螺栓拧紧机设置一个按钮站:
按钮站操作面板的上部为西门子的OP2776”键控屏(HMI),主要功能包括显示本工位状态、传感器状态、工艺状态和数据、与区域PLC以及其他设备(伺服,变频器等)的接口信号、报警以及维护(包括总线状态、用户口令更改及伺服控制的参数设置等)。
按钮站操作面板的下部为按钮和指示灯,主要功能包括启动自动运行、手动控制本工位的所有气缸和电机动作、设置伺服电机的零点以及实现设备的回原位等。
按钮站的顶部设置有一个三色指示灯,用于指示系统的运行状态。
3、软件系统设计:
控制系统程序包括自动控制和手动控制2个模块。
在总程序中可以采用条件转移指令来实现各个程序块是否执行。
当“自动/手动”旋转开关转到手动位置时,输入点接通,系统进入手动工作状态。
手动控制程序在控制系统中是非常必要的。
当拧紧机在工作中途停电或系统发生未知故障时,可以用来实现拧紧机各个动作的点动控制,便于检查维修,也可以实现点动复位[5-6]。
以下表3.1和3.2是拧紧机机电气系统I/O地址分配表:
表3.1电气系统I/O地址分配表
32点输入模块(1槽)
16点输出模块(2槽)
序号
符号
地址
功能
1
KM2607
I0.0
启动接触器检测
18
YV12107
Q0.0
举升气缸上升
2
QF4107
I0.1
M01断路器检测
19
YV12111
Q0.1
举升气缸下降
3
SQ10135
I0.7
原位开关
20
YV12115
Q0.2
定位气缸上升
4
SQ10207
I1.0
举升气缸上升到位1
22
YV12123
Q0.4
压头气缸后退
5
SQ10211
I1.1
举升气缸下降到位1
23
YV12127
Q0.5
压头气缸前进
6
SQ10215
I1.2
举升气缸上升到位2
24
YV12131
Q0.6
变矩气缸打开
7
SQ10219
I1.3
举升气缸下降到位2
25
YV12135
Q0.7
变矩气缸关闭
8
SQ10307
I2.0
定位气缸上升到位
26
YV12207
Q1.0
定位气缸解锁
9
SQ10311
I2.1
定位气缸下降到位
27
YV12211
Q1.1
定位辅助支撑阀
10
SQ10315
I2.2
压头气缸后退到位
11
SQ10319
I2.3
压头气缸下压到位
12
SQ10323
I2.4
变矩气缸开到位
13
SQ10327
I2.5
变矩气缸关到位
14
SQ10331
I2.6
X轴伺服左越位
15
SQ10335
I2.7
X轴伺服右越位
16
SQ10411
I3.1
工件有无检测
17
I3.2
气压检测开关
表3.2电气系统I/O分配表
11#站地址分配图输入端
11#站地址分配图输出端
注释
SA14307
I20.0
手动/自动
HL15107
Q20.0
系统运行指示-绿灯
SB14315
I20.1
自动生效
HL15115
Q20.1
系统启动指示-黄灯
SA14323
I20.2
多位选择01
HL15123
Q20.2
系统故障指示-红灯
I20.3
多位选择02
HL15131
Q20.3
系统故障报警-电笛
I21.0
多位选择03
Q21.0
SB14423
I21.2
功能正
Q21.1
SB14431
I21.3
功能负
Q21.2
SB14507
I22.0
单机回位
Q21.3
SB14515
I22.1
试灯按钮
SB15123
I22.2
报警解除
SB14531
I22.3
急停按钮
四.课题研究进展计划
毕业设计具体进度安排见表1
表1
设计(论文)各阶段名称
日期
熟悉、分析毕业设计的具体技术要求;
调研、查阅相关文献资料和设备;
初步制定课题方案完成开题报告。
31/12-10/3
确定课题总体方案。
进行方案的优劣分析、比较;
最终选择确定应用方案.
11/3-24/3
翻译与专业相关外文资料一份;
进行具体的设计、计算、数据处理,最后完成总体设计的总图。
25/3-14/4
进行传动系统设计、计算;
进行主要零部件的设计计算。
15/4-28/4
整理设计资料;
撰写完成毕业设计论文。
29/4-12/5
整理、检查、汇总毕业设计资料、交毕业设计资料.
13/5-25/5
准备毕业答辩并整理资料。
26/5-2/6
五.参考文献
[1]朱祥庭,任冬梅.智能组合螺栓拧紧机PLC控制系统研究[J].济南职业学院学报,2009,01:
65-66.
[2]李文,严良文,徐凤平.基于PLC的螺栓组顺序拧紧监控系统[J].制造业自动化,2010,12:
30-31-48
[3]王惠.基于PLC控制的轨道螺栓作业机研究与设计[J].机械工程与自动化,2010,06:
146-148
[4]林湖.发动机关键螺栓紧固理论与实验研究[D].上海海运学院,2002
[5]陈立定.吴玉香等.电气控制与可编程控制器.广州:
华南理工大学出版社2001
[6]黄恭伟.自动螺纹拧紧机的控制系统设计[J].滁州学院学报,2008,03:
61-64.
[7]黄恭伟.螺纹拧紧技术研究及拧紧机控制系统设计[D].合肥工业大学,2007李俊秀,赵黎明.可编程控制应用技术实训指导.北京:
化学工业出版社,2002.1
[8]钟福金,吴晓梅.可编程序控制器.南京:
东南大学出版社,2003.1
[9]程周.可编程序控制器原理与应用.北京:
高等教育出版社,2003.4
开题报告要求
1、开题报告必须在收集和阅读有关资料,考查生产现场,参考类似产品,进行分析、对比、论证的基础上进行撰写。
2、开题报告的内容一般包括:
课题的来源、目的、意义、国内外的现状及发展;
进行可行性分析及系统设计方案;
系统达到的功能要求、技术指标;
所应用的新技术、新工艺、新装置等及关键技术;
系统研究的重点和难点;
预测课题的经济效益和社会效益以及可能取得的成果等。
3、开题报告不得少于3000汉字,并附有毕业设计计划安排。
4、开题报告要求在毕业设计前四周内完成。
导师评语(应根据“开题报告要求”,组织所指导的学生进行交流,对学生开题报告的内容、设计方案、应用技术以及预测成果等进行综合评价。
)
导师签名:
2014年月日
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- 特殊限制:
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- 毕业设计 电气 开题 报告
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