可调扭矩电动拧紧机自控设计方案

AEROGRC 北京固瑞驰航空设备技术有限公司 项 目 设 计 方 案 合同名称：可调扭矩电动拧紧机自控设计方案编 写：批 准：北京固瑞驰航空设备技术有限公司AEROGRC2012年08月16日一、项目概述：电动扳手又称拧紧机，是集机械传动、电气传动、电子技术、自动检测于一体的机电一体化设备。据设备管理权威机构统计，有50%以上的设备运行故障是由螺栓问题引起的，因螺栓问题而造成重大事故的数量也非常惊人，因此新的设备安装和检修规范都对螺栓紧固力矩要求非常严格，尤其是承受载荷及强烈冲击振动的重型机械设备，需要精确控制联结螺栓的预紧力。但所需预紧力又很大，再加空间条件限制，不能采用大规格工具，就必须使用扭矩扳手。而作为扭矩扳手关键部件的控制器对其性能影响很大。本文提供了一种可以精确显示拧紧扭矩值，并能按预定设定的扭矩值拧紧螺栓的电动扳手控制器的解决方案。我们根据客户要求，输出力矩范围0500 Nm，工作头转速1015rpm，控制进度能达到3% Nm2、 拧紧机结构： 1、主要组成部件拧紧机主要由驱动电机、行星齿轮减速机构、编码器、力矩传感器等组成。 （1）编码器：编码器起到传感器的作用，把电动机旋转的转角（或位置）信号输出送给驱动器，及时向控制器反馈转速、扭矩、角位移的单元； （2）驱动电机：驱动电机主要供给拧紧机动力，把电能转化为机械能； （3）行星齿轮减速机构：行星齿轮减速机构是起到降低齿轮转速，增大扭矩的作用； （4）力矩传感器：力矩传感器是把旋转扭矩由驱动杆传递输出拧紧工件所用的模拟信号变成数字信号传递给控制器的单元。2、 主要组成部件技术参数及报价 3、拧紧机的电气连接 如上图所示，我们设定拧紧机伺服电机驱动器，像拧紧模式，最大、最小拧紧力矩和目标力矩等功能，最后加电，这样PLC集中控制，则拧紧机开始在控制器系统参数设定下进行拧紧。拧紧机在工作过程中，扭矩由小变大，依靠力矩传感器、编码器等单元向PLC控制器反馈拧紧数据，当拧紧力矩到达目标力矩后，拧紧轴自动停止转动，同时伺服控制器向PLC发送转矩到达输出信号。PLC进行判断，进行下一步动作，如此循环往复。三、拧紧机的控制系统原理图如下： 由图可见，自动拧紧机的控制及检测系统主要分为主控单元、电机驱动器、拧紧头等几大部分。下面仅对其中主要环节的功能予以简要介绍。4.2.2 主控单元 采用西门子S7-200PLC控制人机界面，主要功能是： (1) 通过控制、协调各轴控单元来实现整个系统拧紧动作的协调控制。 (2) 输入、保存拧紧过程所需的各种参数，并提供用户修改参数的界面。 (3) 统计拧紧产量及拧紧结果，并加以保留，以便显示或打印。 (4) 对拧紧结果进行判断，并发出合格、不合格、拧紧完成的控制信号。 (5) 判别工艺参数的合理性，有非法参数则报警。 (6) 对与之有关的硬件进行检测，如有故障，自动报警。 3.2.4 电机驱动器 采用无锡通惠电机的标准产品，与该公司的伺服电动机配套使用。其电源电压为交流单相200V，其主要功能如下： (1) 按主控单元发出的指令，输出功率，驱动伺服电机旋转。 (3) 按拧紧系统的要求，处理转换转矩信号。 (4) 监视伺服电动机运行状况，并发出相应显示信息。 3.2.5 拧紧头 主要包含有：交流伺服电动机、减速器（减速比为150：1 的行星齿轮减速器）、扭矩传感器（电阻应变式）、驱动杆等部件。 其中电动机为三相交流伺服电动机，在实际应用时，通常与电机驱动器配套使用。其主要功能是： (1) 把由驱动器输入的电能转换成旋转的机械能输出以驱动负载。 (2) 把电动机旋转的转角（或位置）信号输出送给驱动器。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。 4/4