发动机主轴承盖拧紧机说明书

南柴主轴承盖电动两轴拧紧机

操作手册

机床号 : NJJ042（加工线）

编制者 : 肖宁

日期 : 2000年10月

东风汽车公司设备制造厂

目录

1 拧紧机控制系统概述 (2)

2 MPRO-300系统 (4)

2-1MPRO-300系统的性能特点 (4)

2-2MPRO-300系统原理及控制方式 (7)

2-2MPRO-300系统原理及控制方式 (7)

2-3MPRO-300系统功能电路板 (10)

2-4MPRO-300系统的测试与调整 (11)

3 电机与电机伺服系统 (12)

3-1电机 (12)

3-2电机伺服系统 (13)

4 传感器 (14)

4-1扭矩传感器 (14)

4-2角度编码器 (14)

5 南柴装配线主轴承盖拧紧机 (15)

5-1拧紧机结构与工艺参数 (15)

5-1-1拧紧机结构 (15)

5-1-2工艺参数 (15)

5-2拧紧机操作说明 (17)

5-2-1 动作说明 (17)

5-2-3操作说明 (19)

5-3简单故障分析 (20)

5-4工作环境 (21)

1 拧紧机控制系统概述

拧紧机控制系统由MPRO-300系统, 扳手的驱动电机以及电机伺服系统, 传感器( 包括扭矩传感器, 转角编码器 ),可编程控制器(PLC)等组成。MPRO-300系统是由微机控制的拧紧控制专用系统, 通过对传感器的信号处理, 来控制电机伺服系统工作;电机伺服系统通过调压调速驱动直流伺服电机,再经过齿轮减速以提高输出转矩,带动扳手将螺栓拧紧。PLC 通过MPRO-300的I/O 口进行拧紧生产组的选择, 拧紧启动, 离合器的控制, 拧紧结果合格/ 不合格等处理, PLC 与操作面板的按钮, 信号灯以及其它机床开关信号进行输入输出处理。

电动拧紧扳手根据用户扭矩的要求进行选择, 我厂的电动扳手产品覆盖了数十牛米至六百牛米范围。电动扳手可以应用于发动机的螺栓装配、汽车后悬架的U 型螺栓拧紧、汽车轮胎紧固螺栓的装配等多种应用场合,通常采用多轴组合工作方式,简易的应用形式一般为平衡器悬挂,人工把持操纵;也可以采用定位控制系统,实现全自动的螺栓拧紧工作。

拧紧机控制系统框图:

图1. 拧紧控制系统框图

2 MPRO-300系统

2-1 MPRO-300系统的性能特点

该控制系统针对组合式拧紧机的应用, 具有以下特点:

1.自动化程度高, 可同时控制十六个电动拧紧轴工作, 操作更加省力方便;

2.具备CRT 显示器以及键盘等人机对话设施; 软件功能完备, 采用多重菜单

提示, 可方便地进行参数的输入, 修改以及系统的测试维护等各项操作;

3.系统具备标准的打印机接口, 显示器显示的运行结果可输出到打印机中;

4.对拧紧的控制方式, 可选用: 扭矩控制方式; 扭矩控制 /转角检测方式; 转

角控制/ 扭矩检测方式. 系统通过扭矩与转角的监控, 可对拧紧的效果进行判断 ,提供优化的拧紧效果; 可设定六组工作参数; 系统具备参数存储器的锂电池保护, 设臵的参数可存储保留; 系统通过写保护的钥匙开关保证参数不会被随意修改。

扳手生产运行的主要工作参数:

STATION-NUM : 拧紧机的工作站编号(0-99). 在输出打

印中区分工作站的编号。

SPINDLE-CONST : 拧紧轴参数, 包括扭矩传感器的标定值

(MDCAL)与转角编码器的角度系数(WI-

FACTOR),其中:

扳手转角 =编码器脉冲数/角度数。

TA(Sec) : 启动抑制延时, 在扳手从静止转为启动

瞬间,有较大的启动冲击扭矩.在启动抑

制时间里, 扳手忽略冲击扭矩的影响,拧

紧机不会因冲击扭矩超过设定扭矩而停

机。

TN(Sec) : 延时测量, 扳手在控制系统发出停机指令

后, 在惯性作用下, 不会马上停止转动,系

统在TN延时期间保持测量状态 ,以便记

录扭矩过冲的峰值扭矩。

T1(Sec) : 高速运行时间. 拧紧扳手在螺栓贴合前,近

似于空载状态, 扳手以高速低扭矩工作,

提高装配效率。

T2(Sec) : 低速运行时间. 螺栓贴合后, 螺栓扭矩上

升很快,扳手内部离合器切换扳手的传动

比,进行低速大扭矩工作。

DIAGRAM(3,5) : 拧紧方式的选择, 设定“3”时为扭矩/转

角方式;设定为“5”时采用转角/ 扭矩方

式。

MF(Nm) : 贴合扭矩, 扳手由高速切换为低速的设定

值。

MS(Nm) : 阈值扭矩, 系统在扭矩上升到这一刻时,

启动转角监控计数器。

WP(Grd) : 旋转角度, 扳手从阈值扭矩开始到停机的

转角设定值, 在转角/ 扭矩方式中, WP为

扳手停机控制值。

WIMAX(Grd) : 转角上限, 转角检测合格窗口的上限值。

WIMIN(Grd) : 转角下限, 转角检测合格窗口的下限值。

MP(Nm) : 设定扭矩, 在扭矩/ 转角方式中, MP为扳

手停机控制值。

MDMAX(Nm) : 扭矩上限, 检测合格窗口的扭矩上限值。

MDMIN(Nm) : 扭矩下限, 检测合格窗口的扭矩下限值。

5. 系统有较完善的自我测试功能, 对电路的工作电压, 传感器电压进行测试并通过CRT显示; 对系统的程序, 设定的参数可以进行自我检测; 对I/ O接口进行检测; 对总线的检测; 对扭矩放大器的测试、校正标定等功能. 可使用户能够较方便地进行设备维护。

6. 系统具有高精度的扭矩与转角的检测控制精度, 拧紧工具在标准软联接与标准硬联接的情况下, 拧紧的扭矩控制精度可达±3.5%,角度控制精度可达±1?。

标准硬联接: 螺栓从贴合后, 旋转30度角, 达到要求的扭矩;

标准软联接: 螺栓从贴合后, 旋转720 度角, 达到要求的扭矩;

从标准硬联接到标准软联接, 覆盖了螺栓扭矩/ 转角斜率变化的一个很大范围, 是对拧紧工具的适用性的有效判定. 在此二种情形下对控制扭矩的结果进行统计分析后,则可准确地衡量拧紧工具的精度。

2-2 MPRO-300系统原理及控制方式

MPRO-300系统可进行“扭矩控制/ 角度监测”或“角度控制/ 扭矩监测”的工作方式。在装配中, 螺栓的拉伸力才是需要控制的对象, 但是人们还没有掌握准确而便捷的直接测量拉伸力的方法, 只能以控制拧紧的扭矩来间接监控螺栓联接的拉伸力. 螺栓联接的拧紧过程中, 扳手输出的拧紧扭矩消耗在: 端面间摩擦力, 螺栓付间摩擦力, 以及螺栓拉伸力沿螺纹斜面的分量上。(见图2)其中, 由螺栓付间以及螺栓头与被紧固件端面的摩擦力而形成的负载力矩分量, 估计约为总扭矩的90% 左右。由于摩擦力矩变化的影响, 使拧紧力矩在相同的情况下, 螺栓贴紧后拧紧的“扭矩/转角斜率”会因摩擦系数的变化而有较大改变。在弹性范围内, 联接件紧固的拉伸力与螺栓产生的拉伸形变量成线性关系, 即与螺栓的转角成比例,仅依靠扭矩来控制螺栓的拧紧是不足以判断拧紧效果优劣的。

例如: 同样的螺栓, 在贴合端面以及螺栓付施加润滑剂后, 摩擦系数较未润滑前大大降低 , 拧紧至同样力矩时所旋转的角度比未施加润滑剂前要大得多, 螺栓的紧固拉伸力量显然提高了。

同样性能的螺栓, 在同样的工作状态, 扭矩/ 转角斜率的特性是接近一致的, 如果特性曲线发生较大变化, 偏离了经大量的实验统计分析后,得到的该性能螺栓的正常变化范围, 螺栓的紧固力也就不符合要求。例如图3 中: 曲线1 的扭矩/ 转角斜率过大, 螺栓转动角度小, 拧紧后的螺栓紧固力量不足; 曲线3 的斜率过小, 拧紧后的螺栓紧固拉力超过要求, 有可能使被紧固工件严重变形, 螺栓也可能因形变过大而损伤。

拉伸紧固力

图2 螺栓联结件图3 螺栓扭矩/转角特性

采用扭矩控制/ 转角检测方式可以避免上述情况的发生。扭矩的上限(MDMAX),扭矩的下限(MDMIN), 转角的上限(WIMAX), 转角的下限(WIMIN) 形成螺栓拧紧的控制与检测窗口, 以阈值扭矩(MS)为起点, 系统开始记录从MS到停机时的峰值扭矩间的转动角度。扭矩/转角方式的停机是由停机扭矩(MP)或转角上限(WIMAX)或扭矩上限(MDMAX)参数确定的。拧紧结束后, 若检测到的实际扭矩与转角均在合格窗口范围, 说明拧紧的扭矩/ 转角特性是合乎要求的, 则本次拧紧为合格, 如同图 4的曲线2 ; 若转角已超过了保护上限(WIMAX),说明特性曲线的上升斜率过小, 如同曲线3, 为不合格拧紧; 若转角不到下限(WIMIN), 说明斜率过大, 如同曲线1 , 虽然扭矩可能合格, 但实际紧固拉伸力未合乎要求, 本次拧紧仍然不合格。

采用转角控制/ 扭矩检测方式与扭矩控制/ 转角检测方式的原理是一样的, 转角/ 扭矩方式的停机是由停机转角(WP)或转角上限(WIMAX) 或扭矩的上限(MDMAX) 参数确定的;图5中, 在曲线1 的情况下, 转角未达到要求的停机值WP, 但由于扭矩上升斜率大, 扭矩已达到上限值MDMAX , 扳手将停机,由于检测到的角度小于WIMIN,判断本次拧紧不合格; 在曲线2 的情况下, 转角达到设定的停机值WP, 扳

手停机, 此时检测的扭矩, 转角均在合格窗口内, 本次拧紧为合格; 在曲线3 的情况下, 扭矩上升的斜率小, 转角达到了设定的上限WIMAX , 扳手将停机, 由于检测到的扭矩小于MDMIN, 判断本次拧紧不合格。

二种方式的区别在于决定停机的主要参数不同, 扭矩/ 转角方式以扭矩为停机控制对象, 实际扭矩的分散度小, 而转角则因不同螺栓拧紧特性的差异而分散度较大; 转角/ 扭矩方式则相反, 转角分散度小于扭矩的分散程度。在刚性联接中, 螺栓弹性小, 贴紧后可转动角度小, 采用转角/ 扭矩方式可使转角控制在较小的分散度内; 而在柔性联接中, 螺栓弹性好, 采用扭矩/ 转角方式可有较好的扭矩控制效果。

图4. 扭矩控制/转角检测方式图5. 转角控制/扭矩检测方式

2-3 MPRO-300系统功能电路板

MPRO-300系统采用STD-BUS控制技术,由主机板 (CPU) ,存储器板 (MEM),CRT 显示卡(VTI), A/D转换板 (ADT) , 总线接口板 (CBV),输入/ 输出板(IO), IO接线板(KIO) ,基准电源板(REF) , 测量板 (CAM), 主机总线(BUS1) ,测量总线(BUS2),, 以及键盘(TASTAT)等多种功能电路板组成。

⑴由CPU 功能板 , MEM功能板 , VTI功能板 , ADT功能板, BUS1总线板构成具备CRT屏幕显示以及 A/D转换功能的主机系统. 这部分电路构成拧紧过程控制的主机心脏.。VTI 板外接一个24键的专用键盘, 可进行数据的输入与修改等操作。

⑵由 BUS2 功能板, CAM 功能板对扭矩信号放大以及转角脉冲的计数。主机系统通过CBV 功能板选通各个CAM 板, 对各个扳手轴的扭矩进行扭矩的 A/D转换并读取角度计数器, 通过对CAM 的臵位/ 复位来控制电机伺服系统的启动/ 停止。

在CBV 板上还设计了一个标准的打印机接口(CENTRONI口) , 可外接打印机, 输出各拧紧轴的拧紧结果。

REF 板提供系统模数转换的稳定基准电压及传感器+12V电源。

⑶主机系统扩展的IO功能板以及KIO构成具有16点输入, 24点输出的开关量控制接口; KIO 板将I/O 信号进行光耦隔离, 并将信号转接至接线端。

主要输入信号: 急停, 生产组1-6 的选择 (可选定6组拧紧控制参数) , 启动,复位等。

主要输出信号:系统运行准备,拧紧结束,拧紧合格,拧紧不合格,离合器接入,轴1-16合格信号输出等。

⑷开关电源模块(NT)Q-120B,S-150-24提供±5V,±12V,+24V电源给MPRO-300电路系统。

2-4 MPRO-300系统的测试与调整

系统进入测试状态后,选择TEST菜单中的AD-KARTE项进入电压测试状态,屏幕将显示相应电压数值,并可通过电位器调整。

MOMENTE 可观察各主轴扭矩测试电压;

REF 基准电压; REF板的三个电位器可分别调整–5VD/A转换器基

准电压，+12V传感器电源电压、+5VREF基准电压。

TTL TTL电压; Q-120B输出端子右侧的电位器可

对+5VTTL电压微调。当+5VTTL电压低于4.75V

或高于5.25V时,系统将不能正常工作。

GTEBER 传感器电源电压;+12V传感器电源电压的调整

范围为11.90-12.10V。

⒉系统进入测试状态后,选择TEST菜单中的KALIBRIERE项,

屏幕将显示各主轴最大扭矩标定电压的数值。

通过调整CAM板上电位器可对扭矩精度进行微调,调整电位器, 使该电压数值上升或下降所需要的调整比率。扭矩精度的调整,可以以“扭矩测量标定仪”为参照,通过对CAM板的调节,使拧紧的扭矩显示与“扭矩测量标定仪”的误差小于 2%(相对于拧紧轴的最大标称扭矩值 )。

3 电机与电机伺服系统

3-1电机

电机采用稀土永磁直流伺服电机,机械特性好, 转速接近7000RPM。电机及相应伺服系统功率根据不同扭矩档次的扳手有三种规格:

EDR3型: 电源电压 +42VDC, 额定功率34W, 峰值功率250W; 配用伺服系统DCM1.1型

EDR5型: 电源电压 +110VDC,额定功率90W, 峰值功率500W; 配用伺服系统DCM1.2型

EDR7型: 电源电压 +110VDC,额定功率270W,峰值功率1300W; 配用伺服系统DCM1.3型

3-2电机伺服系统

电机伺服系统采用功率晶体管的直流脉冲宽度调制式(PWM)调压调速方式驱动直流伺服电机工作。它选用国产优质器件,采用组合插板式结构,一个DCBUS底板可以插入四个通道的伺服系统,减少了公共连线, 非常适合于多轴驱动的组合。伺服系统还增加了电流控制功能, 通过控制电机的电流,间接控制扳手的扭矩;采用这种方式,伺服系统可独立于MPRO-300系统,应用于柔性联结的场合,是一种经济的拧紧控制方式。

伺服板面板上有四个LED显示:

RUN(绿色) : 运行

I〃STP(黄色): 电流设定停机

FUSE(红色) : 熔断器故障

ERR(红色) : 电机过载保护

通过面板上调节孔可对四个电位器进行调节:

H〃V : 电机高速调节,顺时针旋速度降低

L〃V : 电机低速调节,顺时针旋速度降低

I〃SET : 电机停机电流设定,顺时针旋电流减小

I〃OUT : 电机电流反馈放大器微调

4 传感器

4-1扭矩传感器

扭矩传感器由传感器弹性本体粘贴电阻应变片, 应变片组成电桥,将本体扭转的机械变形转换为电信号, 见图6 ; 根据不同扭矩档次的扳手有五种规格的扭矩传感器: 25NM, 50NM, 140NM, 300NM, 630NM。

A相放大

- 磁敏元件 B相放大

计数齿盘

0V

图6. 扭矩应变电桥图7. 编码器示意图

4-2 角度编码器

角度编码器由计数齿盘, 磁敏感应元件, 放大电路构成, 输出为二相相差90度的脉冲方波, 见图7。

5 南柴装配线主轴承盖拧紧机

5-1拧紧机结构与工艺参数

5-1-1拧紧机结构

本产品应用于柴油机主轴承盖拧紧, 装备两个拧紧轴, 可以同时对螺栓进行拧紧或松开工作。两种机型通用,中心距可调.拧紧机包括:主床身、拧紧轴、液压系统、润滑系统、电气控制系统。电气控制系统包括拧紧控制系统与机床运动控制系统。

拧紧控制系统装备于800×600×530mm(高×宽×厚)的电柜中,以MPRO-300系统为核心, 完成对拧紧轴的扭矩与转角的监控, 并能通过CRT屏幕显示数据,通过打印机接口实时打印。

机床运动控制系统装备于固定在床身上的1000×600×350mm(高×宽×厚)的电柜中, 伺服系统控制横向定位动作,液压系统控制垂直滑台动作,并定时启动机床润滑系统。

5-1-2工艺参数

⑴根据用户的要求,拧紧机实施如下拧紧过程:

拧紧机采用扭矩控制/角度监测工作方式

⑵生产率: 全自动状态下,生产节拍满足4分钟/台

⑶该机床各型螺栓转角 扭矩合格绿色窗口区限及各项拧紧参数见附表. GR1(生产组1): 机型1双头螺栓拧紧参数

GR2(生产组2): 机型1螺母预拧紧参数

GR3(生产组3): 机型1螺母终拧紧参数

GR4(生产组4): 机型2单头螺栓预拧紧参数

GR5(生产组5): 机型2单头螺栓终拧紧参数

5-2拧紧机操作说明

5-2-1 动作说明

1.拧紧动作说明

图8. 拧紧动作流程图

注：对于双头螺栓，“反转卸荷”程序更换为“套筒退出”程序

⒉机床动作说明

本机床用于主轴承盖加工线，两种机型通用，中心距可调，由“机型1/机型2”旋钮确定。每种机型可对四缸、六缸进行拧紧，由“四缸/六缸”旋钮确定。可在同一工位完成双头螺栓和螺母的拧紧，由“螺栓/螺母”旋钮确定。

调整：用各自的按钮使各个负载单独接通或断开。对于拧紧操作，通过“螺栓/螺母”旋钮、“步序1/步序2/步序3”旋钮、“拧紧/松开”旋钮的选择确定扳手工作状态，由“启动”按钮执行扳手动作。

横向：机床每次上电须在横向状态执行一次“回零”操作。通过“工位选择”拨码开关与“启动”按钮，可将扳手移至任意工位。

自动：

1）启动条件:拧紧系统准备好、油泵启动、扳手在1工位、滑台原位、缸体到位、夹具伸出

2）满足启动条件，按“启动”，滑台落下并启动拧紧控制系统工作。机床从1工位开始，按照1-7工位进行顺序拧紧，若本工位动作结束并合格，滑台抬起至工进位，并移至下一工位。若不合格，扳手自动补拧一次，仍不合格则滑台抬起至原位，操作者更换不合格螺栓后，按“启动”，继续进行自动动作。

3）对于机型1双头螺栓，首先选择“螺栓”，一步完成所有工位拧紧，之后滑台回原位，横向回1工位等待。操作者手工装好螺母后，切换至“螺母”，按“启动”，进行螺母的拧紧。

4）依工艺要求分预拧紧、松开、终拧紧三步完成所有工位拧紧后，滑台上升至原位，横向回1工位，夹具退回，自动动作结束。

5-2-3操作说明

1．机床上电，启动油泵，滑台须位于原位。将“调整/横向/自动”旋钮臵于“横向”，拨码开关臵于1工位，并点按“回零”按钮。机床回零并处于1工位。2．选好机型（机型1：B4/B6-02001 / 机型2：4110/6110-02001）、缸体类型（四缸/六缸）和拧紧对象（螺栓/螺母）,将“调整/横向/自动”旋钮臵于“自动”，按“右定位抬起”，抬起到位后，轻拉缸体就位，按“启动”按钮，左侧夹具自动伸出，自动拧紧过程开始。

3．对于机型1，应先将“螺栓/螺母”旋钮臵于“螺栓”位臵，完成双头螺栓拧紧后，扳手箱回1工位等待。操作者装完前中后主轴承盖，旋上主轴承螺母后，应将“螺栓/螺母”旋钮臵于“螺母”位臵，按“启动”，机床自动分三步完成主轴承螺母的拧紧

4．中途若有不合格拧紧现象，扳手会自动松开补拧一次，若仍不合格，将全部松开且滑台退回原位等待，更换不合格螺栓后，点按“启动”按钮，自动过程从停止处继续进行。

若润滑灯闪烁，则有润滑故障，可按“故障撤除”按钮排除，保障设备正常润滑。

5．自动拧紧过程结束，此时滑台横向位于1工位，纵向位于原位，左右夹具退回，为自动动作起始准备状态，可进行下一台缸体的拧紧。