基于微机控制技术的柔性紧固系统研制

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1、基于微机控制技术的柔性紧固系统研制工程机械事业部常卫军摘要：柔性紧固系统运行是一个自动控制过程，它把来自人机界面中的各种动作指令经控制计算机处理后，对各种动作的顺序、扭矩以及转角实现自动控制。本课题从实际应用的角度出发，以西门子产品为基础，以柔性紧固系统的研制为样例，介绍了人机界面、PLC等微机控制系统的基本原理和应用方法。本文在对各种参数分析后，编制了系统参数，根据工艺要求设计了PLC梯形图。经反复调试和测量，使各种参数均满足工艺要求。关键词：微机控制技术；触摸屏；PLC；参数；程序。1概述1．1引言设备技术是20世纪70年代发展起来的一种机床设备自

2、动控制技术。30多年来，随着电子器件、计算机、传感与检测、机械制造技术的不断进步，以电子信息技术为基础，集传统的机械制造技术、计算机技术、成组技术与现代控制技术，传感测控技术、信息处理技术、网络通讯技术、液压气动技术、光机电技术于一体的数控技术得到迅猛发展和广泛应用，使得普通机械逐渐被高效率、高精度的数控设备所替代，从而形成了巨大的生产力，导致了制造业发生了根本性变化，微机控制技术已成为现代制造技术的基础，其水平高低是衡量一个国家工业现代化的重要标志。目前，微机控制技术在制造业中得到了广泛的应用，主要是因为它有效地解决了复杂、精密的运动程序问题，能适应

3、各种机械产品迅速更新替代的需要，经济效益显著，具体表现在以下几个方面：1、生产效率高，比普通设备提高3～5倍；2、减少工装，减少人为误差，提高加工精度，具有广泛的适用性和灵活性；3、缩短新产品的试制和生产周期，易于组织多品种生产，使企业能对市场需求作出快速响应；4、能减轻劳动强度，改善劳动条件，节省人力，能降低劳动成本；5、可实现软件误差补偿和优化控制。1．2微机控制技术应用的目的设备是企业发展生产技术和实现经营目标的物质基础。设备的技术性能和技术状态不但直接影响产品质量，还关系工时、材料和能源的有效利用，同时对企业的经济效益也会产生深远影响。设备的技

4、术微机控制技术应用和更新直接影响企业的技术进步、产品开发和市场开拓。因此，从企业产品更新替代、发展品种、提高质量、降低能耗，提高劳动生产率和经济效益的实际出发，进行充分的技术分析，有针对性的用新技术研制和更新现有设备，是提高企业素质和市场竞争力的一种有效方法。1．3二六轴柔性紧固系统研制1．3．1问题的提出本项目是基于我厂柴油机箱体螺栓紧固专用设备（柔性拔帽机）的改造。由于该设备控制系统严重老化，经常发生故障。而且维修资料不全，多次请厂家来厂维修，其维修费用高且周期长，使得设备长期不能正常发挥机能，影响工厂机车大修生产的正常进行。目前，国内生产该专用设

5、备的厂家为数不多。我们想在改造设备的同时，研制出具有同类水平或较高水平的控制系统。1．3．2拧紧工艺目前国内对螺纹连接件拧紧工艺常用的有三种：轴向拉伸法，扭矩法和转角法。较为常用的是扭矩法，其优点是操作和检测方便，缺点是即使同样大小的扭矩，只要螺栓的材质、接触面的摩擦力、螺纹表面的润滑情况以及螺纹面是否有毛刺等等的不同，实际作用在螺栓联接副上轴向拉力可能就不同。为克服这种缺点，在高档拧紧设备上，多采用多步扭紧和转角监控的办法克服。通过几次反复扭紧和松开，可部分消除螺栓的加工残余应力，部分消除毛刺和接触面摩擦力对最终扭矩的影响。通过转角监控，能检测螺栓的

6、“错扣”、“花扣”以及过度拉伸对扭矩影响较大的毛刺等。1．3．3工艺要求：按照扭紧工艺，设计如下紧固步骤，。1）、二轴：分四步实现紧固过程预紧(400Nm)第一步(1000Nm)第二步(2000Nm)第三步(3000Nm)具有同步监测、转速检测、转角监控、参数修改等功能。2）、六轴：能实现ABCD四种车型的紧固。分三步实现紧固过程第一步(450Nm)第二步(900Nm)第三步(1300Nm/1600Nm)(1)1．3．4解决方案：按照工艺要求，本装置主要用于我厂柴油机车间拆卸和装配柴油机缸头螺栓和主轴承螺栓。二轴紧固机用于主轴承螺栓拆卸和装配，六轴用于

7、柴油机缸头螺栓拆卸和装配。经过论证，采用一套控制系统实现二轴和六轴紧固机的控制功能是一个较为节约的方案，它不仅节约成本，同时节省空间和安装调试的时间。机械紧固部件采用外购方式。故本文主要介绍电控系统的设计。电控系统由硬件和软件两部分组成。将在第三部分介绍硬件和软件的设计。注：（1）、1300Nm/1600Nm表示：1300Nm设定力矩用于东风4ABC车型，1600Nm设定力矩用于东风4D车型。2控制系统构成2．1系统组成与连接本系统主要控制功能由TP270触摸屏、S7-200PLC和MM440变频器组成。系统连接框图如下：TP270PLCI/O至变频器

8、图2-1触摸屏与PLC连接图至PLC图2-2变频器连接框图2．2各部件简介2．2．1触摸屏此产