拧紧控制

拧紧控制（精选7篇）

拧紧控制 篇1

摘要：文中介绍了多轴电动拧紧机控制系统的现状及基本构成原理, 以及拧紧控制系统的关键部件轴控单元, 提出了控制系统软件设计的几个关键技术, 特别是欠拧紧、过拧紧及扭矩曲线显示技术。

关键词：扭矩,单片机,A/D转换,同步,轴控

1 引言

在汽车制造厂的装配车间, 对安全件来说, 装配时拧紧力矩的准确性、快速性及稳定性指标非常重要。另外, 在多车型共线生产的情况下, 拧紧系统要能在上层系统的指令下自动切换目标扭矩参数, 以在保障品质的同时提高生产效率。多轴电动拧紧控制系统就具备上述优点, 为此越来越多的汽车零部件及整车制造厂引入了该装置。早期国内的多轴电动拧紧机基本被外资品牌垄断, 现在国产的多轴电动拧紧机正在快速发展, 但控制技术参差不齐。在生产现场有“欠拧紧”及“过拧紧”现象, 有上位机显示的扭矩曲线不能很好地反映力矩变化现象。针对这些现象, 本文对国产多轴电动拧紧机系统进行深入分析, 以电动四轴拧紧机为例, 提出了解决这些问题的方案。

2 多轴电动拧紧机基本构成及原理

电动拧紧机机电系统主要由三大部分组成, 分别是上位机监控部分、现场电气控制部分及拧紧头执行终端部分。现场电气控制部分由协调控制系统、轴控单元及伺服驱动控制部分组成。电动拧紧机机电系统原理图如图1所示。协调控制系统通常有两种设计方案, 一种是基于单片机, 一种是基于PLC (可编程逻辑控制器) 。拧紧头包含:电动机、减速器、扭矩传感器[1] (电阻应变式) 等。电动机为三相交流伺服电动机, 包含有转角传感器。

计算机系统主要功能有用户管理、设备运行状态监控、工艺参数设置、工艺参数实时显示、扭矩曲线实时显示及扭矩统计分析等, 其数据来源是轴控系统及人机交互系统。

协调控制系统的主要功能是协调各个轴的同步动作;控制各个轴几乎同时到达设定的准目标扭矩值及目标扭矩值;检测机械及电气系统运行状态, 如过流、过载、现场指示或报警设备的一些运行状态, 如轴输出扭矩是否达到目标值、是否合格等, 并藉此自动执行多轴同步拧紧程序;接收现场操作按钮信号, 如对拧紧机系统进行如本体升降、启停单轴的控制。

轴控单元主要作用是二次放大、采样及模数转换来自拧紧头上的扭矩传感器信号;采集伺服驱动器分频处理的角度脉冲信号;向伺服驱动器输出速度指令信号及其它开关信号;向协调控制系统输出同步请求信号及运行状态信号;接收协调控制系统的启动、停止及继续等控制信号;经RS232串口实时上传扭矩及角度数据给上位机系统。

拧紧头的交流伺服电机主要功能是把由驱动器输入的电能转换成旋转的机械能;拧紧头的减速器用以降低终端转速, 提高扭矩;扭矩传感器用以检测拧紧过程中的扭矩;旋转扭矩由驱动杆传递输出。

3 轴控单元

每个拧紧头配置一套轴控单元, 核心是由AVR[2]系列单片机组成轴控制系统, 该系统主要由开关量输入/输出模块、扭矩信号调理AD转换模块、拧紧角度输入、转速数模转换等模块构成。轴控单元电气原理图如图2所示。

国产轴控系统多采用MCS51系列单片机, 工作频率12MHz时, 执行指令速度不超过1MIPS, 这对扭矩的实时检测控制带来不利的影响, 如“欠拧紧”及“过拧紧”等。对于电动多轴拧紧机系统说, 需要进行核心设计的主要是轴控单元, 而轴控单元的经济性及实用性又取决于轴控CPU的选型及配套电路。本拧紧机轴控单元CPU采用基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位控制器ATmega16。该控制器有如下特点:16K字节的系统内可编程Flash, 512字节EEPROM, 1K字节SRAM。ATmega16的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz, 可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。AD转换采用高速低功耗的AD7862芯片。该芯片是AD公司推出的12位A/D转换芯片, 最高采样率达250kHz。

轴控单元面板上有薄膜输入按钮, 可以现场设定准目标扭矩、目标扭矩及角度等工艺参数, 这些参数存储在EEPROM;有“8”字码LED显示, 实时显示当前扭矩和角度;有LED灯组, 用于该轴控单元的电源、正转、反转、上超差、下超差、扭矩合格及不合格等指示。

4 关键软件设计

4.1 扭矩同步控制

为了避免“欠拧紧”及“过拧紧”, 需对扭矩信号进行合适的硬件滤波及软件滤波;需对扭矩速度指令的输出进行合适的算法设计。“欠拧紧”一般是由于控制系统采样到扭矩尖峰信号 (最大峰值宽度不超过200ms时) , 滤波及扭矩控制程序处理不当, 系统误判输出扭矩已达到设定目标值。“过拧紧”一般是由于系统配置不合适及程序算法设计不合理, 导致实际输出扭矩快接近目标值或已到达目标值时, 轴控系统来不及回调或停止速度指令输出, 导致实际拧紧力矩超过了允许的目标扭矩上限。

为此, 本系统对硬件配置及软件进行了优化设计, 特别是软件算法设计。所有轴控单元的目标扭转值的实现采用分段控制算法, 最后一段采用模糊离散PID控制算法, 最终控制精度达±10N·m。以某重卡后桥骑马螺栓的目标拧紧力矩800N·m为例, 轴控单元设置了4个准目标扭矩值, 分别是40N·m、80N·m、300N·m、650N·m。同步拧紧程序启动后, 当某轴到达40N·m时, 就暂停扭矩输出并立即给协调控制系统一个500ms的脉冲信号, 当所有轴都执行了相同的动作后, 协调控制系统就通知所有轴准备实现下一个准目标值80N·m, 依次类推, 最终实现四轴同步拧紧。关于离散PID控制, 许多资料有所叙述, 本文不再赘述。

4.2 扭矩曲线显示

为了克服上位机扭矩曲线显示不能有效反映扭矩变化的问题, 扭矩曲线图的显示采用横坐标时间不均匀分段措施。本系统起始段20～100N·m的低扭矩曲线所处的时间比较长, 大概20s;第二段扭矩100～600N·m大概10s;而第三段扭矩600～800N·m不到5s。这三段拧紧扭矩虽然时间不等, 但设计上位机软件时, 对不同段的曲线数据进行了实时简化, 基本实现各段的曲线横坐标长度相同。对低扭矩曲线数据, 图形绘制程序一开始对于大于10Nm的数据全显示;但当10个数据点之后, 若数据在±10Nm范围内变化则图形显示保持不变, 若超过该变化范围则显示相应数据点;然后以更新的数据点为基准, 再检查后续采集的拧紧数据是否超±10Nm, 若超范围则更新曲线, 若没有超范围则曲线显示不变;以此类推, 直到采集的拧紧扭矩超过100Nm, 然后进入全显示阶段。

4.3 数据通信

上位机软件开发运行环境是Windows XP操作系统, 开发工具是VC++6.0[3], 用多线程多串口通信技术[4]进行数据采集。通信内容主要是扭矩数据及系统运行状态, 轴控单元与上位机之间串口通信采用数据包的形式发送接收数据。数据包有四种类型: (1) 实时扭矩数据包; (2) 实时角度扭矩数据包; (3) 轴控运行状态数据包; (4) 上位机发出的命令数据包, 各种数据包基本格式一样。

电动拧紧系统上电后, 上位机向相关轴控单元发送命令。该数据包格式为:第1字节“@”为数据包起始标识符, 第2字节为命令代码, 第3字节开始为命令内容, 第9字节为异或校验码, 最后一个为命令包结束标识符“*”。

轴控单元发送的数据包格式:第1字节“@”表示数据包的有效开始, 第2字节是数据包的类型代码, 后面紧跟10个采样点 (20字节) 的十六进制数据, 第23字节为异或校验码, 第24个字节是数据包结束标识符“*”。不同的拧紧阶段, 轴控单元发送不同的数据包给上位机, 上位机根据不同的数据包类型代码进行数据包的解析。解析出来的数据以曲线或设备状态的形式体现出来。

5 结论

通过对多轴电动拧紧机工作原理的分析研究, 提出了性价比更高的AVR轴控单元设计方案, 极大地避免了生产过程中可能出现的欠拧紧或过拧紧现象。该多轴电动拧紧机控制系统的设计除了轴控单元外, 其它均为可外购的标准部件, 大大缩短了拧紧机的研发周期, 降低了电动拧紧机装备的设计制造成本。

参考文献

[1]康维新.传感器与检测技术[M].北京:中国轻工业出版社, 2009:16-26.

[2]周立功, 等.单片机与CPLD综合应用技术[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2003:10-40.

[3]李现勇.Visual C++串口通信技术与工程实践[M].北京:人民邮电版社, 2002:152-160.

[4]尹德春.多线程技术在串口通信中的应用[J].微计算机信息, 2005 (8) :129-130.

汽车用螺纹紧固件拧紧质量控制 篇2

在汽车底盘零部件中有很多构件是由螺栓联接的, 螺栓联接质量的好坏, 取决于预紧力。在紧固件和结构允许的情况下, 预紧力越大, 联接越安全可靠, 结构疲劳寿命越高。但过高的预紧力, 如控制不当会使螺栓拉长或断裂, 从而导致联接失效;预紧力过小螺栓容易松动脱落, 发生安全事故。所以, 底盘零部件联接设计中确保设计的预紧力, 对质量控制至关重要。

1 预紧力控制方法

目前一般采用扭矩法来控制预紧力:在螺母或螺栓头部施加一个紧固扭矩Tf, 如果磨擦系数越大, 扭矩系数就越大, 预紧力就会越小, 反之预紧力就会越大。

要使联接可靠而不使螺栓拉长或断裂, 则要求设计时得出螺栓准确的紧固扭矩。

2 紧固扭矩计算

对于一般的联接, 在材料弹性区内紧固扭矩与预紧力的关系如下式所示:

式中:Tf-紧固扭矩;Ts-螺纹扭矩;Tw-支承面扭矩。

Ff为预紧力;P为螺距, us为螺纹磨擦系数, d2为螺纹中径, a'为螺纹牙侧角。

为支承面磨擦系数, Dw为支承面磨擦扭矩的等效直径。

令 紧固扭矩公式可简写为:Tf=KFfd

式中:K-扭矩系数;d-螺纹公称直径。

从上式中可以看出:Tf与Ff成正比, 因此扭矩系数K的取值是决定紧固扭矩的关键因素。

一般设计时, 先对构件联接作受力分析, 根据零部件受力情况计算出Ff值 (一般情况下, 钢制高强度螺栓的预紧力Ff值可按预紧应力δf=0.7δs来确定。)

接着, 根据Ff值的大小, 确定螺栓强度等级及螺纹公称直径d。在选定联接件后, 根据扭矩-夹紧力试验, 计算出K值, 再根据Tf=KFfd就可以确定合适的紧固扭矩。

3 实际案例

我公司生产的某型号前轮边总成, 安装制动器总成时, 原客户设计图上选用机械性能为10.9级的螺栓M12×1.25用于联接, 紧固扭矩为120±10N.m, 在装配过程中发现近50%的螺栓拧不到120N.m就出现拉长现象。刚开始怀疑螺栓的质量, 经检验螺栓的硬度与抗拉强度均符合标准要求。又分析了客户设计图的设计依据, 发现是采用了老标准, 计算选取的是在高摩擦系数情况下的扭矩系数, 而现在汽车行业低磨擦系数已经大规模发展应用, 现在执行高摩擦系数下计算出来的紧固扭矩显然已不合理。

以此螺栓为例:原汽车行业标准按高摩擦系数情况下, 得扭矩系数为0.284, 其使用标准扭矩为145N.m, 预紧力为42547N, 在材料本身的屈服强度范围内;现在如果采用低磨擦系数标准, 在理论最小值0.08时, 扭矩系数为0.11, 如果仍使用标准扭矩145N.m, 预紧力将达到109848N, 是材料本身屈服强度的1.3倍。

根据紧固扭矩计算方法, 重新计算并试验, 最终确定公司生产的某型号前轮边总成, 其安装制动器总成用10.9级螺栓M12×1.25联接, 标准紧固力矩为100N.m。按其重要度, 拧紧精度等级选用Ⅱ级, 扭矩比为0.818, 最终选定扭矩范围为90-110Nm。

装配时只要拧紧螺栓紧固扭矩到该范围, 即可使螺栓取得准确的轴向预紧力, 让螺栓在工作时既能承受施加在螺栓上的力, 又不会出现螺栓变形、断裂等情况, 从而提高产品可靠性及安全性。

4 紧固扭矩检验

除了准确的紧固扭矩计算外, 实际装配时的扭矩检验也至关重要。在装配时应严格按紧固扭矩要求进行装配, 最好用扭力扳手, 以便于精确控制紧固扭矩的大小, 也是为查明实际紧固扭矩是否达到要求而同步进行的检验。

检验一般分间接法和直接法。间接法是以拧紧枪在完成螺栓紧固作业那一瞬间所显示的值作为最终扭矩, 一般称为装配扭矩。直接法则是一种事后检查方法, 是由专业检查人员手持指针式或电子数显式扭力扳手, 直接对产品上某一螺栓联接部位进行扭矩测试, 这样得到的最终扭矩值常称为检查扭矩。这种检验方法成本低, 结果比较可靠, 操作方便, 是目前应用最广的一种方法。

5 结束语

汽车底盘行业的结构件联接中, 螺栓联接的质量, 严重影响到行车安全。通过紧固扭矩的计算, 并根据实践试验确定, 配以实际生产过程中的检查, 足可以达到令人满意的效果的。

根据此法进行参数改进的公司此型产品现在大批量生产供货, 此联接质量稳定再无先前的缺陷。

参考文献

拧紧控制 篇3

1. 螺栓拧紧基本理论

1.1 夹紧力

螺纹联接通过对螺纹件施加一定的扭矩, 使被联接件受到足够的夹紧力, 来保证被联接件在空载或负载的情况下, 可靠、紧密地联接在一起。所以, 夹紧力的大小 (一般称作预紧力) 是评价螺纹联接质量好坏的主要标准。过大的预紧力可能会导致螺纹件的断裂, 或被联接件的压损;过小的预紧力则不能起到夹紧被连接件的作用, 进而导致联接失效。

在螺栓装配过程中, 预紧力的测量比较困难, 所以一般通过测量施加在螺纹件的扭矩来间接地衡量装配过程中在螺纹件中产生的预紧力。

其中:

Q0—预紧力, N

M—力矩, N·m

Kt—计算系数

d—螺栓的公称直径, mm

计算系数Kt与螺纹表面、法兰的粗糙度、润滑状况、拧紧速度、所用拧紧工具以及反复拧紧时的温度变化有关, 通常在0.1～0.3之间变化。Kt的变化将导致预紧力Q0也发生较大变化, 变化范围大约在40%左右。由计算公式可以看出, 力矩与夹紧力呈正比关系。

1.2 拧紧曲线及其基本形态

如图1, 假设螺母固定, 拧紧螺栓, 忽略摩擦力及被联接件的变形, 螺栓从开始旋入螺母, 到其下端面接触被联接连接件, 这个过程螺栓不受力, 驱动力矩为零。随着螺栓的继续旋入, 螺栓开始接触到被联接件, 并对被联接件产生夹紧力, 同时也受到来自于被联接件的反作用力, 由于忽略了被联接件的变形, 所以这个过程中的螺栓等效于一个在被逐渐拉伸的杆件。根据材料力学的知识, 可以绘出拉力与伸长量的曲线。考虑螺纹连接的特殊性, 力矩可以反映出夹紧力, 而且螺栓每旋入螺母一圈 (360°) , 螺栓端面与螺母下端面之间的距离减少一个螺距, 所以可以用螺栓旋转的角度来衡量螺栓的轴向伸长量。这样, 拉力———伸长量的曲线, 可以用力矩———转角曲线代替, 就得到了理想状况下的拧紧曲线, 如图2所示。图2中过程1是螺纹件逐渐被旋紧到被联接件的过程, 整个过程中力矩为零;a是螺纹件端面与被联接件的贴合点, 从这一点开始, 力矩随转角的增加而线性增大;过程2是螺纹件逐渐被拧紧的弹性变形过程, b是屈服点, 屈服点之后, 螺纹件发生塑性变形, 螺纹件长度显著增长, 力矩随转角增加的幅度变小, 并在到达一定位置时, 开始随转角的增加而减小, 直到c点, 螺纹件断裂。

实际生产中, 摩擦及被联接件的变形是客观存在的。在螺栓装配的起始阶段, 由于此时螺栓端面尚未接触到被联接件, 所以拧紧螺栓的转矩, 只是用来克服螺纹副之间的摩擦力。随着螺栓的不断旋入, 螺纹件逐渐与被联接件接触, 此时的驱动力矩一方面要克服螺纹副中的摩擦力, 同时还要克服来自于螺栓下端面与被联接件之间的摩擦力及对被联接件产生夹紧力。对于不同的拧紧驱动力矩中, 用于夹紧力的部分比例是不变的 (大约10%) , 所以, 实际的拧紧曲线与理论曲线的形状基本一致, 只是起始力矩不为0。

2. 拧紧曲线在螺纹联接装配中的应用

质量问题的产生原因通常有人、机、料、法、环、测等六个方面, 所以本文将从相关的主要影响因素分类阐述。

2.1 由“人”引起的拧紧质量问题

操作者在螺栓装配过程中的不正确操作, 经常会引起假力矩 (即力矩满足工艺要求, 实际的夹紧力不足) , 造成螺栓联接的失效。由于传统的判断螺纹联接质量的方法是测量设备拧紧后的力矩, 此类错误很难被发现。这时, 就需要发挥拧紧曲线的作用了。如图3所示, MA是产品力矩, 1是正常的拧紧曲线, 2与1相比, 力矩在起始阶段就迅速增高, 原因是操作者并没有将螺栓垂直的旋入工件, 螺栓相当于一个丝锥, 重新在螺纹孔攻丝, 此过程的巨大摩擦力产生了力矩达到产品要求的假象, 所以这个拧紧过程是不合格的。

如图4所示, 螺纹联接采用转角拧紧法, MS是起始力矩, 2与合格曲线1相比, 2在角度拧紧过程中出现了一段力矩随转角无明显增大的部分, 原因可能是, 操作者在转角阶段并没有使拧紧设备静止不动, 而是使设备在旋紧螺栓的方向上一起旋转, 设备驱动套筒虽然旋转了要求的角度, 但是其与螺帽之间并无相对运动, 也就没有产生要求的预紧力, 所以这个过程也是不合格的。

2.2 由“机”引起的拧紧质量问题

由拧紧设备引起的拧紧质量问题主要是由于设备的机械装置设计不当或磨损引起的。在自动拧紧设备中, 设备驱动套筒的磨损, 或设备中用于在拧紧过程中给螺纹件施加轴向力的压紧弹簧的塑性变形, 会导致拧紧过程中套筒与螺帽脱开, 如果发生在转角阶段, 将造成预紧力的不足。如图5所示, 在转角拧紧阶段, 力矩突然下降到接近于0。而设备定位尺寸如果设计不当, 会导致与图3类似的假力矩。

2.3 由“料”引起的拧紧质量问题

由螺纹件, 被联接件引起的质量问题, 一般有两种, 一种是由于零件的尺寸出现误差所引起的, 另一种是因为零件的摩擦系数出现问题所引起的。如图6所示, 曲线2与合格曲线1相比, 起始阶段虽然力矩没有出现异常, 但是, 曲线2从开始拧紧, 到螺栓端面与被联接件接触所经过的转角明显减小, 而且2的斜率明显大于1, 可能是螺栓所要拧入的螺纹孔孔深不足造成的。

如图7所示, 曲线1和2哪个合格, 需要经过具体分析, 假如螺纹件没有采取任何防松措施, 也非自攻螺钉, 那么1是正常的, 造成2旋入力矩过高的原因, 可能是螺栓的直径过大、螺母的直径过小、螺纹有损伤、螺纹中有杂质、涂层过厚等。如果说螺母采取了防松措施, 如压合防松、或螺母中有防松的塑料环等, 那么曲线2是正常的, 而1是不正常的, 可能是螺母重复使用等原因所引起的防松措施失效。

图8的拧紧曲线出现了齿状波动, 这是由于螺栓的表面涂层粗糙, 或被夹紧件的表面喷漆不合格造成的。拧紧时滑动摩擦与静摩擦交替出现, 这种拧紧问题, 一方面会严重的破坏拧紧设备, 另一方面瞬时峰值力矩虽然达到了产品力矩要求, 但螺纹副中的夹紧力并没有达到要求。

2.4 由“法”所引起的拧紧质量问题

拧紧方法一般分为弹性拧紧法与塑性拧紧法, 由于夹紧力对摩擦系数非常敏感, 摩擦系数的变化, 可能使设计为弹性拧紧的螺纹件被拧紧到塑性变形区, 设计为塑性拧紧的螺纹件未拧到塑性变形区, 这些都只有通过拧紧曲线才能发现。

另外, 如图9所示, 曲线2没有经过旋入的过程, 力矩就直接上升到产品力矩, 这可能因为设备拧紧前, 先用其它设备预紧了。但是, 显然预紧力矩太高, 不利于前面所描述的假力矩的发现。

通过前面的论述, 可以看出拧紧曲线在评价螺栓拧紧质量和分析质量问题等方面确实有着传统的拧紧质量检验方法所不具备的种种优势。但是, 拧紧曲线的采集, 需要先进的拧紧设备, 投入较高;同时对拧紧曲线的评价是需要具有多年经验的高素质人员。所以此方法各汽车制造企业可以根据不同的情况适时采用。

拧紧控制 篇4

缸盖凸轮轴瓦盖拧紧机是涉及发动机装配自动线领域,凸轮轴瓦盖自动装配的专用机床。主要由工件输送滚道,瓦盖接合面及螺纹孔清理装置,人工装配瓦盖,人工或自动装配瓦盖定位销、人工装配瓦盖螺栓、瓦盖螺栓预拧紧,拧紧装置、扳手变位装置、顶起装置、检测装置、刻印装置等主要部件构成。其中拧紧扳手变位装置结构最为复杂,最为关键。拧紧扳手自动变位主要完成各不同间距瓦盖拧紧的功能。

在发动机装配自动线上,普通缸盖凸轮轴瓦盖拧紧机床在装配单一品种发动机缸盖的瓦盖时出现螺栓间距不同,或者对多品种缸盖的瓦盖进行装配时出现螺栓间距不同的情况下,只能是分开工位,对不同间距的螺栓进行拧紧。这样在每个工位上都要配备安装拧紧轴与拧紧扳手,需要增加设备安装的数量,增大了生产成本。工位的增加也占用生产车间有限的场地,同时也增加了整线生产所需工时。

另外,缸盖凸轮轴瓦盖拧紧机,用于完成缸盖凸轮轴瓦盖的拧紧工序,在按工艺顺序拧紧过程中,因结构和动作的需要自动拧紧扳手需要具备升降功能,传统设计方法是通过一套独立的气缸滑台装置来实现拧紧扳手装置的整体提升,在这种传统设计的拧紧扳手变位装置中,需要通过长行程气缸驱动做为动力源。而且气缸驱动需要气管和阀的控制。同时气缸驱动需要在气缸的原位和伸出位置设置挡铁调整拧紧轴及拧紧扳手所对应螺栓的位置等等一套辅助设备。这样无疑又需要增加资金投入,且这种变位方法只能实现两种间距螺栓的变位。

本文提出了一种新型的拧紧扳手自动变位装置的设计方案。只用一套联动装置,即可实现在一个工位上对多品种和单一品种的多种不同间距螺栓的自动变位拧紧功能。该方案与传统的拧紧装配相比,不仅提高了装配效率,更有效的保证了装配质量。用这种方法简便高效地实现了对多种间距瓦盖螺钉的拧紧功能。装置结构简单紧凑,在实现功能的同时减少了设备数量,从而降低生产成本,提高生产率,节约能源,节省场地,节省资金。

1、拧紧扳手自动变位装置功能概述

本文所述拧紧扳手自动变位装置涉及发动机装配自动线领域,应用于汽车发动机缸盖凸轮瓦盖、前端整体瓦盖(俗称桥架)的装配。

拧紧扳手自动变位装置由一套水平伺服变位滑台、一套自动变位装置、四套自动拧螺栓装置(电动扳手)、四套可调弹性头返回装置等主要机构组成,主要完成缸盖8个凸轮轴轴承盖(凸轮盖)16个固定螺栓和1个前凸轮轴轴承盖(前凸轮盖)4个固定螺栓的拧紧。装配前缸盖如图1 (a)所示。凸轮轴轴承盖、前凸轮轴轴承盖及螺栓如图1 (b)所示。装配后缸盖如图1 (c)所示。缸盖螺栓编号图如图1 (d)所示。拧紧扳手移动轨迹如图1 (e)。

拧紧扳手自动变位装置动作过程:

原始位置,4个可调弹性头返回装置驱动气缸伸出→4个自动拧螺栓装置垂直进给到位→4个自动拧螺栓装置动作,将4个螺栓旋入前端整体瓦盖并达到指定力矩→4个可调弹性头返回装置驱动气缸缩回,将4个套筒提起→自动变位装置水平滑台气缸缩回驱动机械连动机构,将4自动拧螺栓装置调整到正确的位置(沿着X和Y轴),此时4个拧螺栓装置位置在一条线上→4个可调弹性头返回装置驱动气缸伸出→4个自动拧螺栓装置垂直进给→4个自动拧螺栓装置动作,将4个螺栓旋入凸轮瓦盖并达到指定力矩→4个可调弹性头返回装置驱动气缸缩回,将4个套筒提起→水平伺服滑台变位(沿着X轴),将4个自动拧螺栓装置调整到正确的位置→然后将螺栓4x4一个接着一个拧入凸轮瓦盖并指定拧紧力矩。

2、拧紧扳手自动变位装置各部构成及工作原理

拧紧扳手自动变位装置主要由伺服驱动装置、水平伺服变位滑台、自动变位装置、自动拧螺栓装置、可调弹性头返回装置等主要机构组成(如图2所示)。其中所涉及的关键技术包括伺服驱动技术、气动驱动技术、自动变位技术、自动拧紧技术等。通过各技术之间的协调与配合,实现缸盖凸轮轴瓦盖不同间距的螺栓自动装配拧紧功能,大大节省工作节拍,有效地提高了装配质量与效率。

2.1 伺服驱动滑台:

伺服电机驱动,伺服滑台带动拧紧装置,实现拧螺栓装置的水平(沿着X轴方向)进给功能。实现多个不同位置的定位,完成缸盖各个瓦盖位置的变换,保证拧紧位置准确到位。

伺服滑台主要由伺服电机、联轴器、滚珠丝杠、直线导轨、滑台安装板、缓冲装置、位置检测开关、原点位置插销装置等组成。

2.2 自动变位装置:

自动变位装置主要实现各不同间距瓦盖位置的变换。设备工作时拧紧扳手需要自动变位装置,拧紧扳手变位装置是利用气缸作为动力源驱动一连动机构,一个动作实现扳手三个方向的变动,从而满足了桥瓦的拧紧技术要求。

自动变位装置主要由水平气动滑台、直线导轨、滑台板、轴承随动器、导向槽板、连接板、扳手支架、定位块、位置检测开关等组成。(如图3所示)。

2.3 自动拧螺栓装置:

自动拧螺栓装置主要实现缸盖凸轮轴瓦盖螺栓旋入、拧紧并达到指定力矩功能。

自动拧螺栓装置主要由EC电机、齿轮箱、测量传感器、适配器、偏心输出头、传感器电缆等组成。

自动拧螺栓装置的工作原理为通过拧紧电机作为动力源,经多级减速器减速后而获得足够的拧紧扭矩。在电机的输出端装有扭矩传感器,通过扭矩传感器连续检测拧紧扭矩的连续变化,为拧紧控制提供控制参数。在二级齿轮传动机构的输入端装有转角传感器,它主要用于测量螺栓的伸长量,从而完成整个拧紧过程。

2.4 可调弹性头返回装置:

可调弹性头返回装置主要实现自动拧螺栓装置垂直进给功能(沿着Y轴方向)。

可调弹性头返回装置主要由驱动气缸、“U”形拉板、套筒、套筒连接杆等组成。

该装置结合Bosch Rexroth拧紧扳手自身具备的弹性头结构特点,巧妙的利用拧紧扳手的部分弹力行程,通过FESTO双导杆气缸垂直运动,直接驱动套在套筒连接杆上的“U”形拉板,克服拧紧扳手弹簧力,实现拧紧扳手套筒升降功能。该装置结构巧妙可靠,每个拧紧套筒均可独立升降,解决传统设计结构复杂的问题,大大节省工作节拍。同时在拧紧扳手标定时操作也十分方便。

3、结论

现在汽车生产企业的规模不断扩大,生产节拍也不断提高,对自动拧紧装配线的核心技术进行研究,在技术上有所创新,装配中选用控制功能强大、精度高的电动拧紧工具或设备,并制定合理的拧紧工艺和科学的管理方法,才能确保稳定的装配质量,生产出品质一流的产品,降低用户设备的投资,改善和提升我国发动机制造水平,并对带动相关产业的发展有着重要意义。

本文所设计的拧紧扳手自动变位装置能够适应多品种和单一品种的多种不同间距的螺栓拧紧;能够满足发动机生产企业对质量及效率的要求,能够有效地降低企业的生产成本,提高装配质量和效率,符合当前装配线自动化、智能化发展的趋势。该套拧紧扳手自动变位装置的使用,对我国发动机装配技术的发展具有促进作用。

摘要：文章介绍缸盖凸轮轴瓦盖拧紧机拧紧扳手自动变位装置的工作原理,针对发动机缸盖凸轮轴瓦盖装配过程中,对多品种和单一品种的多种不同间距的螺栓拧紧的问题,分析了拧紧扳手自动变位装置的设计要点及关键技术,并对缸盖凸轮轴瓦盖装配机拧紧扳手自动变位装置主要机构做了简单说明。

关键词：拧紧机,凸轮轴瓦盖,扳手,自动变位

参考文献

[1]初泰安.螺栓拧紧方法及预紧力控制[J].石化技术. 2004,11(3):42.

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[7]郑军.发动机原理与汽车理论[M].天津:天津科学技术出版社,2009.

解决电动拧紧机过热的方案 篇5

为了解决上述问题,我们拟定以下2种改进方案。

一是为拧紧轴配备一套水冷或油冷的冷却系统,从源头上解决散热问题。

二是定做能够同时拧紧3条螺栓的3轴式电动拧紧机。以装配SD16型推土机的履带驱动轮为例,该履带驱动轮沿圆周均布27条螺栓,采用单轴电动拧紧机时,每装配1个履带驱动轮,需进行27次拧紧作业;若改用3轴式电动拧紧机,仅需拧紧9次即可完成1个履带驱动轮螺栓的拧紧作业。

轮胎拧紧设备的改进及应用 篇6

一、拧紧设备的主要构成

拧紧设备主要由执行机构和控制系统两大部分组成。执行机构包括伺服电机、传感器 (扭矩或角度) 、信号放大器、减速器及动力输出轴等, 控制系统包括监控单元、主控单元、轴控单元及电缆等。此外还包括一些辅助系统如运行DEMAG导轨、电缆小车、载重小车、上下升降机构及侧面用防止工装意外坠落的安全带。

二、改进方案

通过对原设备执行机构和控制系统的改进, 使一台设备能应用于两种以上的轮胎螺栓拧紧, 减少在线设备的使用数量和更换频次, 提高设备的使用效率, 同时也增加了在线操作空间, 降低投资、维护费用。

目前使用的轮胎从安装形式上主要分为五个螺栓安装的和四个螺栓安装的两类。其螺栓都均匀分布在以轮胎中心为圆心的同心圆周上。如果拧紧枪轴中心距可自由调节, 就能实现一枪多用。为此选择了一台已经使用了10年的五头轮胎拧紧设备进行改进。

三、执行机构的改进

原先的螺栓拧紧轴是固定在轴向的钢板上, 其特点是结构简单、可靠、易于维护, 但只能用于一种车型。

改进后螺栓拧紧轴固定在改进的滑块上, 变距是靠滑块的滑动来实现。变距的尺寸由滑块斜槽的偏心距离决定。

变距的驱动结构采用了环行齿条旋转驱动滑块实现变矩功能。环和固定在环上的齿条是驱动滑块的传动装置, 在环的背面装有重型轴承 (嵌在滑块的槽内) , 当气马达带动齿条和环旋转时, 滑块就沿着滑槽滑动实现变距。

这种结构拧紧枪的特点是结构紧凑, 枪身的大小同原固定式不变距的一样, 可满足不同轮胎大小的车型。根据实际情况, 轮胎螺栓的间距大都在100~120mm之间, 控制齿条转过的角度就可以实现多级变距。

四、控制系统的改进

设备共有10个主轴, 五个一组分为两组, 同时拧紧两个轮胎的10个螺栓。图1是一组改造前的五个主轴的控制系统结构图, 另一组结构完全相同。

从图1中可看出, 改造前的系统分为控制器、驱动器和主轴三个部分。控制器采用MACS PLUS, 是框架安装方式, 包括主控制器MC、从控制器SC、IO卡、软盘驱动器FD和读写器LT。主控制器MC最多可以控制两个主轴, 同时协调同组的其他从控制器SC同步工作和IO卡的控制。从控制器SC只负责相应主轴的控制, 每个从控制器最多可以控制两个主轴。FD卡是软盘驱动器, 可以用它把程序和数据从系统中导出来。读写器LT是人机接口, 通过它可以把程序写到主控制器MC中去。驱动器负责主轴的驱动, 每个驱动器只能驱动一个主轴。主轴是高性能的电动扭矩枪, 每个主轴负责一个螺栓的拧紧, 当一组主轴同时工作时就可以同时拧紧五个螺栓, 即拧紧一个五螺栓轮胎。IO卡负责外部输入输出信号的传递, 包括按钮、指示灯及其他外围数字量信号。

该设备控制系统存在以下缺点:

(1) 元器件老化, 设备故障率高。

(2) 存储容量有限, 轮胎拧紧数据记录保存不便。

(3) 控制系统的监控功能弱, 只能提供最基本的故障诊断和监控功能。

(4) 该控制系统已停产, 备件供应没有保障。

为了解决以上问题, 将控制系统升级为PM3000。该控制系统结构如图2所示, 其中是一组主轴控制系统, 另一组除编程PC共用外, 其他均相同。

PM3000系统采用了单元式结构, 安装更方便, 整体结构更紧凑、简洁。图2中的控制器, 即单元控制器集成了控制和驱动功能, 每个单元控制器控制和驱动一个主轴, 在单元控制器面板上有指示灯和LED数码显示, 反映控制器的状态。被控制的主轴号显示在单元控制器面板上。10个单元控制器五个一组分成两组, 每组单元控制器有一个主单元, 其他是从单元。主单元控制器通信功能很强, 具有专用IO总线接口、串行口、其他现场总线接口、以太网接口。在本次改造中使用了DEVICE NET总线方式连接IO扩展, 串行口连接了扫描枪, 以太网接口把主单元、从单元、编程电脑连接起来, 实现编程电脑监控主单元控制器和从单元控制器, 主单元控制器控制从单元控制器的功能。还可以连接到公司生产网, 实现车间级的设备监控。

增加自动扫描选择车型扭距输出功能, 具有防错功能。在使用螺栓紧固设备前必须使用扫描枪读写车辆条型码, 正确读到条型码后, 变距确认指示灯闪烁并确认, 拧紧设备才启动。在系统中可察看完整的条型码所对应的螺栓紧固数据, 提供产品操作数据的可追溯性。

五、效果

1.解决了线边空间拥挤的问题。电气控制柜占地面积从1 900mm×530mm减小到800mm×600mm。拧紧主轴在不改变原操作空间的前提下, 扩展了一种车型的处理能力。

2.节约了成本, 该设备目前适用于两种车型, 新车型上线后不需要再增加设备。

3.系统功能更强大。由于新系统使用了编程电脑作为人机界面, 使得控制功能大大增强。利用相应的软件, 可以在编程电脑上监控轮胎拧紧过程中的每个细节, 能更有效地优化轮胎拧紧的程序。

水表机芯螺钉自动拧紧设备的设计 篇7

1 整体机械结构

图1 是水表机芯螺钉自动拧紧设备整体机械结构图, 主要包括机架、8 工位转盘、拧紧装置、分钉装置、螺钉排序装置等几部分, 只要工人把规格为ST2.2 的自攻螺钉放入离心振动盘中, 开动电源和气源后, 就可以把螺钉逐个通过软管送到出钉口, 风批带动螺丝刀拧紧。

1-步进电动机;2-小齿轮;3-圆转盘;4-工件安置槽;5-出钉口升降气缸;6-出钉口下限位开关;7-出钉口支架;8-出钉口;9-拧钉螺丝刀;10-出钉口导向块;11-螺丝刀升降气缸;12-风批支架;13-风批升降导向块;14-风批支架连杆;15-均布风批;16-软管;17-导杆;18-主支架;19-送钉软管;20-分钉装置支架;21-振动盘;22-分钉装置主体;23-分钉装置行钉轨;24-行钉孔;25-分钉滑块;26-分钉气缸;27-定位开关;28-出钉口主体;29-橡胶圈;30-出钉口夹持器。

振动盘通过线圈的通断电产生交变磁场, 带动圆盘振动, 把螺钉逐个送出, 通过行钉轨使螺钉按钉尖向下、钉头向上排列, 在重力的作用下, 沿行钉轨滑向分钉装置。在每个行钉轨上安装计数开关, 可以记录螺钉数量, 同时, 如果螺钉需要较少时, 可以关闭振动盘, 节约能源, 避免螺钉积压。

分钉装置是连接振动盘与出钉口的桥梁, 由气缸、分钉滑块构成, 气缸带动分钉滑块往复移动, 根据需要把行钉轨中的螺钉逐个送入软管, 在压缩空气的作用下送到出钉口中。

拧紧装置由气缸、风批、螺丝刀、出钉口、检测开关等构成, 负责把螺钉拧入水表机芯中。 当水表机芯放到转盘并转到螺丝刀下面后, 发出信号, 在出钉口有螺钉的情况下, 气缸带动出钉口下移, 同时风批支架在气缸的带动下向下移动, 风批在压缩空气的推动下旋转并带动螺丝刀把螺钉拧紧。 风批支架到达下限位开关即完成拧紧, 此时出钉口和风批均上升, 圆转盘旋转45 度, 把下一个工位转到螺丝刀下面。 圆转盘在导轨上, 步进电动机通过齿轮带动转盘准确转动位置。

出钉口专门为水表机芯设计, 由出钉口主体、橡胶圈、出钉口夹持器三部分构成, 整套装置共装有三个出钉口分别与水表机芯相应的位置一一对应。

2 控制原理

控制部分选用工业PLC为控制器, 完成对振动盘的开关控制、记录每个行钉轨道的螺钉数量、缺钉时报警提醒、风批、转盘、出钉口位置的确定、工位中有无水表机芯的确认等, 具体工作过程如下:

通上电源后, 振动盘开关打开, 如果60 秒后行钉轨 ( 三个行钉轨任意一个) 计数开关没有检测到螺钉, 控制器认为振动盘中缺少螺钉, 则停止振动盘, 报警, 提醒给振动盘加螺钉;当有螺钉通过时, 计数开始, 同时检测出钉口中有无螺钉, 如没有, 则电磁气控阀动作, 为出钉口送钉, 如仍未检测到螺钉, 则报警, 当三个行钉轨中螺钉数量积累到设定数目时, 停振动盘。 一切准备就绪后, 启动转盘开关, 检测到转盘到位且工位中有水表机芯时, 出钉口气缸和风批支架气缸动作, 完成螺钉拧紧。

3 结束语

试验证明, 该自动拧紧设备可以实现自动送钉功能, 使用者只要把散螺钉放入振动盘, 把水表机芯放入转盘工位中, 打开开关, 即可通过出钉口和风批连续拧紧螺钉, 每分钟最多可以完成水表机芯五个左右, 大大降低了劳动强度, 提高了工作效率。

摘要：针对目前水表机芯手动安装螺钉的情况, 设计了一种带转盘的8工位自动送螺钉自动拧紧设备, 通过振动盘把散螺钉排序后送到出钉口, 然后由风批带动螺丝刀拧紧。该设备代替手工操作后, 达到了降低劳动强度, 提高劳动效率的目的。