毕业设计电气类开题报告

1、湖北汽车工业学院毕业设计开题报告毕 业 设 计 开 题 报 告课题名称发动机缸体螺栓拧紧机控制系统设计课题来源 生产实际专 业机械设计制造及其自动化班 级T1013-3学 号20100130304学生姓名虞华松指导教师袁海兵 完成日期2014.3.10一课题来源、目的及意义1 课题的来源本课题是应东风汽车有限公司商用车发动机厂的要求，经东风设备专业制造厂审核而定，源于生产实际。工业是一个国家生产力发展水平的重要标志。而制造业又是工业中的一个核心部分，尤其是汽车制造业。近些年随着汽车业的不断快速发展，汽车零部件的需求量不断增大，发动机作为汽车的“心脏”，需求也是与日俱增，而实现发动机缸体安全、高

2、效地装配就成了一个必须解决的问题，随着科学技术的不断进步，机械设计和电气设计应相互配合也越来越多。那么如何将机电控制技术应用到发动机缸体装配上，在此情况下本课题应运而生。2 课题的目的通过对本课题的研究，针对发动机下缸体螺栓的拧紧，完成螺栓拧紧机的设计，用以指导螺栓的拧紧装配，达到提高装配效率，获得整个发动机缸体装配的高效的目标，而随着经济的发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，PLC技术已经进入了一个崭新的时代，其应用越来越广泛，故而将PLC技术运用到螺栓拧紧机上就能很好的达到这一目的。3 课题的研究意义螺纹联接由于简单可靠、拆卸方便,而广泛应用于众多的机构装配中,因此

3、螺纹装配技术是机电工业的共性技术。重要的机电产品,如发电、输变电、汽车、拖拉机、机床、仪表等对装配质量的要求很高,对螺栓拧紧的扭矩和角度等变量必须加以控制。为适应汽车等现代机电产品的高性能、高可靠、高安全性能的要求和自动化生产的需要,螺栓自动拧紧装备的研制和开发已成为市场必需。当前,我国的汽车保有量正在急剧上升,全国范围内掀起的汽车消费的浪潮将会使汽车的装配效率和质量问题显得更加突出和尖锐。由于汽车装配质量是直接影响汽车行驶安全的关键问题,而装配效率也直接影响汽车的产量和规模,因而通过使用螺栓自动拧紧机来提高汽车上各个零部件的装配效率和质量,已成为各个汽车生产厂家不得不关注的问题。 二国内外概

4、况、预测和文献综述1课题的国内外研究概况螺栓自动拧紧设备的应用场合非常广泛,凡是对螺栓的装配有定扭矩或定角度等要求的地方,就需要该设备,它可以对螺纹的预紧实现比较精确的控制。在压力容器行业,压力容器上的螺栓都要有确定的扭矩值;在汽车行业,由于有很多地方对螺纹装配要求较高,因此应用尤其广泛。下面是一些应用举例:汽车主锥螺母拧紧、发动机主轴承盖螺栓拧紧、发动机气缸缸盖螺栓拧紧、发动机连杆螺栓拧紧、底盘变速箱拧紧工位、凸轮轴盖螺栓拧紧、轮胎螺栓拧紧、差速器盘螺栓拧紧、差速器壳轴承盖螺栓拧紧、前后桥U形螺栓拧紧、泵体端盖螺栓拧紧、助力转向器端盖螺栓拧紧、端面法兰螺栓拧紧、离合器总成拧紧1。螺纹拧紧技术

5、是从国外发展起来的,比较有代表性的有:美国的英格索兰、德国DGD公司,以及日本的一些公司。为适应定扭矩加载的可控制拧紧场合需求,在80年代未,国外的机电、汽车制造行业己普遍采用可控制扭矩、可控转角和控制屈服点的拧紧工具。近年来,伴随着电机调速等控制技术、扭矩控制等技术的迅速发展,国外的装配作业线上的装配工具逐步从手工、风动或电动工具向低能耗、低噪声、控制精确等可控制拧紧设备发展,通过微机控制的自动型装配系统实现对装配对象的定扭矩、定转角监控或屈服强度监控2。同国外相比,我国机电、汽车产品的螺纹拧紧工具目前还比较落后,尚不能系列、批量地供应生产中急需的拧紧工具及设备,每年都要花费大量外汇购买国外

6、产品。近年来特别2000年以来,随我国汽车业的迅猛发展,为了提高整体素质,增强国际竞争力,正朝着规模化、自动化方向大踏步前进,对装配质量和生产率的提出了更高的要求,因此对大量使用的螺栓(螺母)的拧紧效率,也提出了越来越高的要求,这种要求促进了现阶段我国在拧紧技术方面的发展。但目前现状是,多数国内公司和企业主要以代理方式,销售或组装国外的设备,如北京自动化研究院是美国英格索兰的代理、大连豪森公司以德国设备为代理;同时也有少数企业也进行了自主开发,比如中国科学院沈自动化研究所、东风公司设备制造厂、山东龙口气动机械厂等等,但从技术方面角度,同国外产品有相当大的差距。2.国内拧紧机的发展预测近些年，中

7、国的拧紧机机产业取得了长足的发展，虽然与国外相比还有一定的差距，但是这个差距正在逐渐的缩小。随着电子技术水平的不断提高，新型的传感器技术的发展，以及对拧紧技术的更深入研究，将会出现精度和自动化程度更高的自动拧紧机；或者会出现采用全新技术的自动拧紧机。可以预见，中国的汽车装配行业会越来越多地使用自动拧紧机，使汽车的装配质量和效率得到极大提高。在走向国际市场的过程中，我国自动拧紧机产业近几年品质水平的快速提高，也得到了国际拥护的高度肯定，由于产品使用规范，用户的专业素质较高，这都为中国自动拧紧机行业的发展打下了良好的基础3-4。三系统设计方案及可行性分析1.系统设计方案下缸体螺栓拧紧机主要是通过压

8、头气缸控制拧紧头升降，变距气缸实现拧紧头纵向张合变距，拧紧控制箱控制扭矩大小及伺服电机+丝杠的方式控制拧紧头横向位移来实现下缸体的拧紧装配。伺服系统是采用西门子CPU315-2DP，型号为6ES7 315-2AG10-0AB0的PLC控制完成。1、 设备工作流程：工件到位停止识别缸体定位插销机构工作缸体下压机构下降伺服平移到第4排位置变距气缸关闭拧紧头下降右侧2个拧紧头拧紧第4排中间2个螺栓拧紧头上升变距气缸打开拧紧头下降右侧2个拧紧头拧紧第4排外侧2个螺栓拧紧头上升伺服平移到第2,3排位置变距气缸关闭拧紧头下降左侧右侧各2个拧紧头拧紧第2,3两排中间2个螺栓拧紧头上升变距气缸打开拧紧头下降左

9、侧右侧各2个拧紧头拧紧第2,3两排外侧2个螺栓拧紧头上升伺服平移到第5,6排位置变距气缸关闭拧紧头下降左侧右侧各2个拧紧头拧紧第5,6排中间2个螺栓变距气缸打开拧紧头下降左侧右侧各2个拧紧头拧紧第5,6两排外侧2个螺栓拧紧头上升伺服平移到第7排位置变距气缸关闭拧紧头下降右侧2个拧紧头拧紧第7排螺栓变距气缸打开拧紧头下降右侧2个拧紧头拧紧第7排外侧2个螺栓拧紧头上升伺服平移到第1排位置变距气缸关闭拧紧头下降左侧2个拧紧头拧紧拧紧第1排螺栓变距气缸打开拧紧头下降左侧2个拧紧头拧紧第1排外侧2个螺栓拧紧头上升回位伺服回原位缸体下压机构上升回位定位插销机构回位完成下缸体螺栓拧紧图1下缸体的螺栓分布图

10、图2拧紧头的工作方式图3 下缸体螺栓拧紧机2.硬件系统设计：下缸体螺栓拧紧机电气核心部分采用西门子公司S7系列可编程控制器。设备层采用Profibus DP工业总线控制方式, 低压元器件全部采用施耐德等原装进口产品，接近开关采用TURCK产品，使该设备具有高可靠性及操作简单、维修方便的特点。远程IO模块采用图尔克IP67系列IO模块，采用接插式连接，可以快速插拔、拧接，使维修变的方便很多。电柜是缸下缸体螺栓拧紧机电气控制系统的核心组成部分。在电柜里面装有配电系统、PLC控制系统以及控制系统的主要低压电器元件。电柜的左侧安装有电柜空调，用于调节电柜内部的温度。在电柜的内部设置有电柜电源的总开关。

11、该开关用于切断主电柜的电源，在正常的生产周期内，该开关可以长期保持接通状态。下缸体螺栓拧紧机设置一个按钮站：按钮站操作面板的上部为西门子的OP277 6”键控屏（HMI），主要功能包括显示本工位状态、传感器状态、工艺状态和数据、与区域PLC以及其他设备（伺服，变频器等）的接口信号、报警以及维护（包括总线状态、用户口令更改及伺服控制的参数设置等）。按钮站操作面板的下部为按钮和指示灯，主要功能包括启动自动运行、手动控制本工位的所有气缸和电机动作、设置伺服电机的零点以及实现设备的回原位等。按钮站的顶部设置有一个三色指示灯，用于指示系统的运行状态。3、 软件系统设计：控制系统程序包括自动控制和手动控制

12、 2 个模块。 在总程序中可以采用条件转移指令来实现各个程序块是否执行。当“自动/手动”旋转开关转到手动位置时，输入点接通，系统进入手动工作状态。 手动控制程序在控制系统中是非常必要的。 当拧紧机在工作中途停电或系统发生未知故障时,可以用来实现拧紧机各个动作的点动控制，便于检查维修，也可以实现点动复位5-6。以下表3.1和3.2是拧紧机机电气系统I/O地址分配表：表3.1电气系统I/O地址分配表32点输入模块（1槽）16点输出模块（2槽）序号符 号地 址功 能序号符 号地 址功 能1KM2607I0.0启动接触器检测18YV12107Q0.0举升气缸上升2QF4107I0.1M01断路器检测1

13、9YV12111Q0.1举升气缸下降3SQ10135I0.7原位开关20YV12115Q0.2定位气缸上升4SQ10207I1.0举升气缸上升到位122YV12123Q0.4压头气缸后退5SQ10211I1.1举升气缸下降到位123YV12127Q0.5压头气缸前进6SQ10215I1.2举升气缸上升到位224YV12131Q0.6变矩气缸打开7SQ10219I1.3举升气缸下降到位225YV12135Q0.7变矩气缸关闭8SQ10307I2.0定位气缸上升到位26YV12207Q1.0定位气缸解锁9SQ10311I2.1定位气缸下降到位27YV12211Q1.1定位辅助支撑阀10SQ1031

14、5I2.2压头气缸后退到位11SQ10319I2.3压头气缸下压到位12SQ10323I2.4变矩气缸开到位13SQ10327I2.5变矩气缸关到位14SQ10331I2.6X轴伺服左越位15SQ10335I2.7X轴伺服右越位16SQ10411I3.1工件有无检测17I3.2气压检测开关表3.2电气系统I/O分配表11#站地址分配图 输入端11#站地址分配图 输出端序号符 号地 址注 释序号符 号地 址注 释1SA14307I20.0手动/自动12HL15107Q20.0系统运行指示-绿灯2SB14315I20.1自动生效13HL15115Q20.1系统启动指示-黄灯3SA14323I20.

15、2多位选择0114HL15123Q20.2系统故障指示-红灯4I20.3多位选择0215HL15131Q20.3系统故障报警-电笛5I21.0多位选择0316SB14315Q21.0自动生效6SB14423I21.2功能正17SB14423Q21.1功能正7SB14431I21.3功能负18SB14431Q21.2功能负8SB14507I22.0单机回位19SB14507Q21.3单机回位9SB14515I22.1试灯按钮10SB15123I22.2报警解除11SB14531I22.3急停按钮四课题研究进展计划毕业设计具体进度安排见表1表1序号设计（论文）各阶段名称日 期1熟悉、分析毕业设计的

16、具体技术要求；调研、查阅相关文献资料和设备；初步制定课题方案完成开题报告。31/12-10/32确定课题总体方案。进行方案的优劣分析、比较；最终选择确定应用方案.11/3-24/33翻译与专业相关外文资料一份;进行具体的设计、计算、数据处理，最后完成总体设计的总图。25/3-14/44进行传动系统设计、计算；进行主要零部件的设计计算。15/4-28/45整理设计资料；撰写完成毕业设计论文。29/4-12/56整理、检查、汇总毕业设计资料、交毕业设计资料. 13/5-25/57准备毕业答辩并整理资料。26/5-2/6五参考文献1 朱祥庭,任冬梅.智能组合螺栓拧紧机PLC控制系统研究J.济南职业学

17、院学报,2009,01:65-66. 2 李文,严良文,徐凤平.基于PLC的螺栓组顺序拧紧监控系统J.制造业自动化,2010,12:30-31-48 3 王惠.基于PLC控制的轨道螺栓作业机研究与设计J.机械工程与自动化,2010,06:146-148 4 林湖.发动机关键螺栓紧固理论与实验研究D.上海海运学院,20025 陈立定.吴玉香等.电气控制与可编程控制器.广州:华南理工大学出版社20016 黄恭伟.自动螺纹拧紧机的控制系统设计J.滁州学院学报,2008,03:61-64.7 黄恭伟.螺纹拧紧技术研究及拧紧机控制系统设计D.合肥工业大学,2007李俊秀，赵黎明.可编程控制应用技术实训指导.北京：化学工业出版社，2002.18 钟福金，吴晓梅.可编程序控制器.南京：东南大学出版社，2003.19 程周.可编程序控制器原理与应用.北京：高等教育出版社，2003.4开 题 报 告 要 求1、 开题报告必须在收集和阅读有关资料，考查生产现场，参考类似产品，进行分析、对比