畢業(yè)設(shè)計電氣類開題報告

1、湖北汽車工業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計開題報告畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告課題名稱發(fā)動機缸體螺栓擰緊機控制系統(tǒng)設(shè)計課題來源 生產(chǎn)實際專 業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化班 級T1013-3學 號20100130304學生姓名虞華松指導教師袁海兵 完成日期2014.3.10一課題來源、目的及意義1 課題的來源本課題是應(yīng)東風汽車有限公司商用車發(fā)動機廠的要求，經(jīng)東風設(shè)備專業(yè)制造廠審核而定，源于生產(chǎn)實際。工業(yè)是一個國家生產(chǎn)力發(fā)展水平的重要標志。而制造業(yè)又是工業(yè)中的一個核心部分，尤其是汽車制造業(yè)。近些年隨著汽車業(yè)的不斷快速發(fā)展，汽車零部件的需求量不斷增大，發(fā)動機作為汽車的“心臟”，需求也是與日俱增，而實現(xiàn)發(fā)動機缸體安全、高

2、效地裝配就成了一個必須解決的問題，隨著科學技術(shù)的不斷進步，機械設(shè)計和電氣設(shè)計應(yīng)相互配合也越來越多。那么如何將機電控制技術(shù)應(yīng)用到發(fā)動機缸體裝配上，在此情況下本課題應(yīng)運而生。2 課題的目的通過對本課題的研究，針對發(fā)動機下缸體螺栓的擰緊，完成螺栓擰緊機的設(shè)計，用以指導螺栓的擰緊裝配，達到提高裝配效率，獲得整個發(fā)動機缸體裝配的高效的目標，而隨著經(jīng)濟的發(fā)展，微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動控制技術(shù)也得到了迅速發(fā)展，PLC技術(shù)已經(jīng)進入了一個嶄新的時代，其應(yīng)用越來越廣泛，故而將PLC技術(shù)運用到螺栓擰緊機上就能很好的達到這一目的。3 課題的研究意義螺紋聯(lián)接由于簡單可靠、拆卸方便,而廣泛應(yīng)用于眾多的機構(gòu)裝配中,因此

3、螺紋裝配技術(shù)是機電工業(yè)的共性技術(shù)。重要的機電產(chǎn)品,如發(fā)電、輸變電、汽車、拖拉機、機床、儀表等對裝配質(zhì)量的要求很高,對螺栓擰緊的扭矩和角度等變量必須加以控制。為適應(yīng)汽車等現(xiàn)代機電產(chǎn)品的高性能、高可靠、高安全性能的要求和自動化生產(chǎn)的需要,螺栓自動擰緊裝備的研制和開發(fā)已成為市場必需。當前,我國的汽車保有量正在急劇上升,全國范圍內(nèi)掀起的汽車消費的浪潮將會使汽車的裝配效率和質(zhì)量問題顯得更加突出和尖銳。由于汽車裝配質(zhì)量是直接影響汽車行駛安全的關(guān)鍵問題,而裝配效率也直接影響汽車的產(chǎn)量和規(guī)模,因而通過使用螺栓自動擰緊機來提高汽車上各個零部件的裝配效率和質(zhì)量,已成為各個汽車生產(chǎn)廠家不得不關(guān)注的問題。 二國內(nèi)外概

4、況、預(yù)測和文獻綜述1課題的國內(nèi)外研究概況螺栓自動擰緊設(shè)備的應(yīng)用場合非常廣泛,凡是對螺栓的裝配有定扭矩或定角度等要求的地方,就需要該設(shè)備,它可以對螺紋的預(yù)緊實現(xiàn)比較精確的控制。在壓力容器行業(yè),壓力容器上的螺栓都要有確定的扭矩值;在汽車行業(yè),由于有很多地方對螺紋裝配要求較高,因此應(yīng)用尤其廣泛。下面是一些應(yīng)用舉例:汽車主錐螺母擰緊、發(fā)動機主軸承蓋螺栓擰緊、發(fā)動機氣缸缸蓋螺栓擰緊、發(fā)動機連桿螺栓擰緊、底盤變速箱擰緊工位、凸輪軸蓋螺栓擰緊、輪胎螺栓擰緊、差速器盤螺栓擰緊、差速器殼軸承蓋螺栓擰緊、前后橋U形螺栓擰緊、泵體端蓋螺栓擰緊、助力轉(zhuǎn)向器端蓋螺栓擰緊、端面法蘭螺栓擰緊、離合器總成擰緊1。螺紋擰緊技術(shù)

5、是從國外發(fā)展起來的,比較有代表性的有:美國的英格索蘭、德國DGD公司,以及日本的一些公司。為適應(yīng)定扭矩加載的可控制擰緊場合需求,在80年代未,國外的機電、汽車制造行業(yè)己普遍采用可控制扭矩、可控轉(zhuǎn)角和控制屈服點的擰緊工具。近年來,伴隨著電機調(diào)速等控制技術(shù)、扭矩控制等技術(shù)的迅速發(fā)展,國外的裝配作業(yè)線上的裝配工具逐步從手工、風動或電動工具向低能耗、低噪聲、控制精確等可控制擰緊設(shè)備發(fā)展,通過微機控制的自動型裝配系統(tǒng)實現(xiàn)對裝配對象的定扭矩、定轉(zhuǎn)角監(jiān)控或屈服強度監(jiān)控2。同國外相比,我國機電、汽車產(chǎn)品的螺紋擰緊工具目前還比較落后,尚不能系列、批量地供應(yīng)生產(chǎn)中急需的擰緊工具及設(shè)備,每年都要花費大量外匯購買國外

6、產(chǎn)品。近年來特別2000年以來,隨我國汽車業(yè)的迅猛發(fā)展,為了提高整體素質(zhì),增強國際競爭力,正朝著規(guī)?；?、自動化方向大踏步前進,對裝配質(zhì)量和生產(chǎn)率的提出了更高的要求,因此對大量使用的螺栓(螺母)的擰緊效率,也提出了越來越高的要求,這種要求促進了現(xiàn)階段我國在擰緊技術(shù)方面的發(fā)展。但目前現(xiàn)狀是,多數(shù)國內(nèi)公司和企業(yè)主要以代理方式,銷售或組裝國外的設(shè)備,如北京自動化研究院是美國英格索蘭的代理、大連豪森公司以德國設(shè)備為代理;同時也有少數(shù)企業(yè)也進行了自主開發(fā),比如中國科學院沈自動化研究所、東風公司設(shè)備制造廠、山東龍口氣動機械廠等等,但從技術(shù)方面角度,同國外產(chǎn)品有相當大的差距。2.國內(nèi)擰緊機的發(fā)展預(yù)測近些年，中

7、國的擰緊機機產(chǎn)業(yè)取得了長足的發(fā)展，雖然與國外相比還有一定的差距，但是這個差距正在逐漸的縮小。隨著電子技術(shù)水平的不斷提高，新型的傳感器技術(shù)的發(fā)展，以及對擰緊技術(shù)的更深入研究，將會出現(xiàn)精度和自動化程度更高的自動擰緊機；或者會出現(xiàn)采用全新技術(shù)的自動擰緊機?？梢灶A(yù)見，中國的汽車裝配行業(yè)會越來越多地使用自動擰緊機，使汽車的裝配質(zhì)量和效率得到極大提高。在走向國際市場的過程中，我國自動擰緊機產(chǎn)業(yè)近幾年品質(zhì)水平的快速提高，也得到了國際擁護的高度肯定，由于產(chǎn)品使用規(guī)范，用戶的專業(yè)素質(zhì)較高，這都為中國自動擰緊機行業(yè)的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)3-4。三系統(tǒng)設(shè)計方案及可行性分析1.系統(tǒng)設(shè)計方案下缸體螺栓擰緊機主要是通過壓

8、頭氣缸控制擰緊頭升降，變距氣缸實現(xiàn)擰緊頭縱向張合變距，擰緊控制箱控制扭矩大小及伺服電機+絲杠的方式控制擰緊頭橫向位移來實現(xiàn)下缸體的擰緊裝配。伺服系統(tǒng)是采用西門子CPU315-2DP，型號為6ES7 315-2AG10-0AB0的PLC控制完成。1、 設(shè)備工作流程：工件到位停止識別缸體定位插銷機構(gòu)工作缸體下壓機構(gòu)下降伺服平移到第4排位置變距氣缸關(guān)閉擰緊頭下降右側(cè)2個擰緊頭擰緊第4排中間2個螺栓擰緊頭上升變距氣缸打開擰緊頭下降右側(cè)2個擰緊頭擰緊第4排外側(cè)2個螺栓擰緊頭上升伺服平移到第2,3排位置變距氣缸關(guān)閉擰緊頭下降左側(cè)右側(cè)各2個擰緊頭擰緊第2,3兩排中間2個螺栓擰緊頭上升變距氣缸打開擰緊頭下降左

9、側(cè)右側(cè)各2個擰緊頭擰緊第2,3兩排外側(cè)2個螺栓擰緊頭上升伺服平移到第5,6排位置變距氣缸關(guān)閉擰緊頭下降左側(cè)右側(cè)各2個擰緊頭擰緊第5,6排中間2個螺栓變距氣缸打開擰緊頭下降左側(cè)右側(cè)各2個擰緊頭擰緊第5,6兩排外側(cè)2個螺栓擰緊頭上升伺服平移到第7排位置變距氣缸關(guān)閉擰緊頭下降右側(cè)2個擰緊頭擰緊第7排螺栓變距氣缸打開擰緊頭下降右側(cè)2個擰緊頭擰緊第7排外側(cè)2個螺栓擰緊頭上升伺服平移到第1排位置變距氣缸關(guān)閉擰緊頭下降左側(cè)2個擰緊頭擰緊擰緊第1排螺栓變距氣缸打開擰緊頭下降左側(cè)2個擰緊頭擰緊第1排外側(cè)2個螺栓擰緊頭上升回位伺服回原位缸體下壓機構(gòu)上升回位定位插銷機構(gòu)回位完成下缸體螺栓擰緊圖1下缸體的螺栓分布圖

10、圖2擰緊頭的工作方式圖3 下缸體螺栓擰緊機2.硬件系統(tǒng)設(shè)計：下缸體螺栓擰緊機電氣核心部分采用西門子公司S7系列可編程控制器。設(shè)備層采用Profibus DP工業(yè)總線控制方式, 低壓元器件全部采用施耐德等原裝進口產(chǎn)品，接近開關(guān)采用TURCK產(chǎn)品，使該設(shè)備具有高可靠性及操作簡單、維修方便的特點。遠程IO模塊采用圖爾克IP67系列IO模塊，采用接插式連接，可以快速插拔、擰接，使維修變的方便很多。電柜是缸下缸體螺栓擰緊機電氣控制系統(tǒng)的核心組成部分。在電柜里面裝有配電系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)的主要低壓電器元件。電柜的左側(cè)安裝有電柜空調(diào)，用于調(diào)節(jié)電柜內(nèi)部的溫度。在電柜的內(nèi)部設(shè)置有電柜電源的總開關(guān)。

11、該開關(guān)用于切斷主電柜的電源，在正常的生產(chǎn)周期內(nèi)，該開關(guān)可以長期保持接通狀態(tài)。下缸體螺栓擰緊機設(shè)置一個按鈕站：按鈕站操作面板的上部為西門子的OP277 6”鍵控屏（HMI），主要功能包括顯示本工位狀態(tài)、傳感器狀態(tài)、工藝狀態(tài)和數(shù)據(jù)、與區(qū)域PLC以及其他設(shè)備（伺服，變頻器等）的接口信號、報警以及維護（包括總線狀態(tài)、用戶口令更改及伺服控制的參數(shù)設(shè)置等）。按鈕站操作面板的下部為按鈕和指示燈，主要功能包括啟動自動運行、手動控制本工位的所有氣缸和電機動作、設(shè)置伺服電機的零點以及實現(xiàn)設(shè)備的回原位等。按鈕站的頂部設(shè)置有一個三色指示燈，用于指示系統(tǒng)的運行狀態(tài)。3、 軟件系統(tǒng)設(shè)計：控制系統(tǒng)程序包括自動控制和手動控制

12、 2 個模塊。 在總程序中可以采用條件轉(zhuǎn)移指令來實現(xiàn)各個程序塊是否執(zhí)行。當“自動/手動”旋轉(zhuǎn)開關(guān)轉(zhuǎn)到手動位置時，輸入點接通，系統(tǒng)進入手動工作狀態(tài)。 手動控制程序在控制系統(tǒng)中是非常必要的。 當擰緊機在工作中途停電或系統(tǒng)發(fā)生未知故障時,可以用來實現(xiàn)擰緊機各個動作的點動控制，便于檢查維修，也可以實現(xiàn)點動復(fù)位5-6。以下表3.1和3.2是擰緊機機電氣系統(tǒng)I/O地址分配表：表3.1電氣系統(tǒng)I/O地址分配表32點輸入模塊（1槽）16點輸出模塊（2槽）序號符 號地 址功 能序號符 號地 址功 能1KM2607I0.0啟動接觸器檢測18YV12107Q0.0舉升氣缸上升2QF4107I0.1M01斷路器檢測1

13、9YV12111Q0.1舉升氣缸下降3SQ10135I0.7原位開關(guān)20YV12115Q0.2定位氣缸上升4SQ10207I1.0舉升氣缸上升到位122YV12123Q0.4壓頭氣缸后退5SQ10211I1.1舉升氣缸下降到位123YV12127Q0.5壓頭氣缸前進6SQ10215I1.2舉升氣缸上升到位224YV12131Q0.6變矩氣缸打開7SQ10219I1.3舉升氣缸下降到位225YV12135Q0.7變矩氣缸關(guān)閉8SQ10307I2.0定位氣缸上升到位26YV12207Q1.0定位氣缸解鎖9SQ10311I2.1定位氣缸下降到位27YV12211Q1.1定位輔助支撐閥10SQ1031

14、5I2.2壓頭氣缸后退到位11SQ10319I2.3壓頭氣缸下壓到位12SQ10323I2.4變矩氣缸開到位13SQ10327I2.5變矩氣缸關(guān)到位14SQ10331I2.6X軸伺服左越位15SQ10335I2.7X軸伺服右越位16SQ10411I3.1工件有無檢測17I3.2氣壓檢測開關(guān)表3.2電氣系統(tǒng)I/O分配表11#站地址分配圖 輸入端11#站地址分配圖 輸出端序號符 號地 址注 釋序號符 號地 址注 釋1SA14307I20.0手動/自動12HL15107Q20.0系統(tǒng)運行指示-綠燈2SB14315I20.1自動生效13HL15115Q20.1系統(tǒng)啟動指示-黃燈3SA14323I20.

15、2多位選擇0114HL15123Q20.2系統(tǒng)故障指示-紅燈4I20.3多位選擇0215HL15131Q20.3系統(tǒng)故障報警-電笛5I21.0多位選擇0316SB14315Q21.0自動生效6SB14423I21.2功能正17SB14423Q21.1功能正7SB14431I21.3功能負18SB14431Q21.2功能負8SB14507I22.0單機回位19SB14507Q21.3單機回位9SB14515I22.1試燈按鈕10SB15123I22.2報警解除11SB14531I22.3急停按鈕四課題研究進展計劃畢業(yè)設(shè)計具體進度安排見表1表1序號設(shè)計（論文）各階段名稱日 期1熟悉、分析畢業(yè)設(shè)計的

16、具體技術(shù)要求；調(diào)研、查閱相關(guān)文獻資料和設(shè)備；初步制定課題方案完成開題報告。31/12-10/32確定課題總體方案。進行方案的優(yōu)劣分析、比較；最終選擇確定應(yīng)用方案.11/3-24/33翻譯與專業(yè)相關(guān)外文資料一份;進行具體的設(shè)計、計算、數(shù)據(jù)處理，最后完成總體設(shè)計的總圖。25/3-14/44進行傳動系統(tǒng)設(shè)計、計算；進行主要零部件的設(shè)計計算。15/4-28/45整理設(shè)計資料；撰寫完成畢業(yè)設(shè)計論文。29/4-12/56整理、檢查、匯總畢業(yè)設(shè)計資料、交畢業(yè)設(shè)計資料. 13/5-25/57準備畢業(yè)答辯并整理資料。26/5-2/6五參考文獻1 朱祥庭,任冬梅.智能組合螺栓擰緊機PLC控制系統(tǒng)研究J.濟南職業(yè)學

17、院學報,2009,01:65-66. 2 李文,嚴良文,徐鳳平.基于PLC的螺栓組順序擰緊監(jiān)控系統(tǒng)J.制造業(yè)自動化,2010,12:30-31-48 3 王惠.基于PLC控制的軌道螺栓作業(yè)機研究與設(shè)計J.機械工程與自動化,2010,06:146-148 4 林湖.發(fā)動機關(guān)鍵螺栓緊固理論與實驗研究D.上海海運學院,20025 陳立定.吳玉香等.電氣控制與可編程控制器.廣州:華南理工大學出版社20016 黃恭偉.自動螺紋擰緊機的控制系統(tǒng)設(shè)計J.滁州學院學報,2008,03:61-64.7 黃恭偉.螺紋擰緊技術(shù)研究及擰緊機控制系統(tǒng)設(shè)計D.合肥工業(yè)大學,2007李俊秀，趙黎明.可編程控制應(yīng)用技術(shù)實訓指導.北京：化學工業(yè)出版社，2002.18 鐘福金，吳曉梅.可編程序控制器.南京：東南大學出版社，2003.19 程周.可編程序控制器原理與應(yīng)用.北京：高等教育出版社，2003.4開 題 報 告 要 求1、 開題報告必須在收集和閱讀有關(guān)資料，考查生產(chǎn)現(xiàn)場，參考類似產(chǎn)品，進行分析、對比