淺述大型壓鉚機改造電氣控制設(shè)計及調(diào)試

龍志華 牛博雅 蘆海濤

摘 要 為了解決飛機裝配中壓鉚設(shè)備老舊，性能降低，不能自動壓鉚等問題，利用PLC控制技術(shù)和壓力傳感器檢測技術(shù)改造成了半自動壓鉚機，大幅度提高了產(chǎn)品工藝質(zhì)量和設(shè)備使用效率。

關(guān)鍵詞 PLC;壓力傳感器;壓鉚補償

引言

在現(xiàn)代飛機制造的過程中，其制造、裝配工藝越來越先進，但傳統(tǒng)的鉚接工藝仍占有相當大的比重，一架次的大型飛機上有超過20萬個鉚釘，鉚接工作量在飛機裝配工作中比重約為30%。

對于傳統(tǒng)飛機制造中，鉚釘壓鉚方式主要有：人工錘鉚、壓鉚設(shè)備壓鉚，設(shè)備壓鉚適合肋、框、梁、壁板等開敞性好的組合件之間的鉚接，其鉚接主要分為三步：制孔、鉚釘放置、鉚釘壓鉚。目前，在先進飛機制造領(lǐng)域，自動鉆鉚設(shè)備已經(jīng)廣泛應(yīng)用，所有連接件的鉆孔、鉚接均由設(shè)備自動完成，一次成型，其工作效率和裝配精度相比傳統(tǒng)的壓鉚方式已大幅度提高。

1改造設(shè)備狀況

該改造壓鉚設(shè)備為20世紀60年代引入的蘇聯(lián)產(chǎn)品，采用氣動動力源進行壓鉚，配腳踏板操作開關(guān)，單人操作。該設(shè)備采用機械測量控制技術(shù)，因使用年限已久，設(shè)備老化，其測量功能已損壞，無法修復，壓鉚操作時全靠操作人員根據(jù)經(jīng)驗來控制壓鉚參數(shù)，其壓鉚性能參數(shù)無法保證，工藝穩(wěn)定性差，壓鉚廢品率較高，難以滿足生產(chǎn)需要[1]。

2改造內(nèi)容

（1）機械改造利用原設(shè)備的床身，將壓鉚機原氣動控制鉚頭更換為電機控制方式，上下鉚頭分別由1臺4.5kW伺服電機控制，配變速箱及絲杠，驅(qū)動上下移動鉚頭運動;在下鉚頭上安裝壓力傳感器，實時采集壓鉚力。

（2）電氣控制采用臺達PLC可編程控制器，配數(shù)字量和模擬量I/O模塊，對壓力傳感器和各開關(guān)信號進行實時采集和處理;配置兩臺伺服控制器、利用電機所帶編碼器的反饋信號，對上下鉚頭進行速度及位置控制;采用觸摸屏操作方式，其壓鉚參數(shù)設(shè)置、輔助功能控制均在觸摸屏上操作，并顯示實時壓力顯示和各類報警信息等[2]。

3設(shè)備調(diào)試

3.1 硬件配置

在便攜式計算機上安裝PLC和觸摸屏調(diào)試軟件，設(shè)置好計算機網(wǎng)口IP地址，使用網(wǎng)線將攜式計算機PLC主機連接，進行系統(tǒng)硬件配置，設(shè)置PLC與觸摸屏通訊為RS485方式，聯(lián)機檢查各硬件的接線是否正確？各I/O端口是否正常？模擬量輸入模塊讀取壓力傳感器數(shù)據(jù)是否正確？

3.2 驅(qū)動器配置

設(shè)定驅(qū)動器控制為外部脈沖輸入控制模式;設(shè)定P2-10-19值，定義DI、DO端口，包括驅(qū)動使能、報警、限位等參數(shù);根據(jù)機械特點，設(shè)定驅(qū)動系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)特性;設(shè)定驅(qū)動系統(tǒng)的電子齒輪比，該系統(tǒng)電機編碼器脈沖為1280000/圈，變速箱減速比43.5∶1，絲杠導程20mm，調(diào)試時將電子齒輪比設(shè)定為5568/10后，PLC每發(fā)出100000個脈沖，上下鉚頭移動20mm。

3.3 程序編制

壓鉚機主要程序包括：上鉚頭上升/下降程序、下鉚頭上升/下降程序、下鉚頭壓鉚循環(huán)程序，一個完整的壓鉚流程為：

3.4 程序壓鉚測試

使用測試塊模擬產(chǎn)品，對壓鉚精度進行測試，其壓鉚效果不佳，達不到壓鉚工藝參數(shù)要求，其壓鉚誤差在1mm到2.5mm之間。

3.5 調(diào)試問題分析及結(jié)構(gòu)剛性試驗

對壓鉚測試結(jié)果進行分析，其問題可能因為壓鉚機剛性不夠，在壓鉚力作用下，上鉚頭產(chǎn)生退讓，從而導致壓鉚不到位。為取得上鉚頭的退讓情況參數(shù)值，所以進行了壓鉚機定壓力壓鉚測試，得出在某壓力下上鉚頭的退讓行程，當壓力值為1000kg時，退讓值為0.45mm，當壓力值為12000kg時，退讓值為2.53mm，在該壓力范圍內(nèi)，其退讓值基本呈線性關(guān)系。

3.6 程序優(yōu)化處理

經(jīng)過對定壓力壓鉚測試結(jié)果進行分析，決定在壓鉚行程壓鉚到位時，實時讀取該時刻壓力傳感器的壓力值，判斷壓力值處于哪一個壓力區(qū)間，自動進行一次補償壓鉚，以減小上鉚頭退讓而產(chǎn)生的壓鉚偏差，其補償值根據(jù)下圖表由程序自動完成，如當壓力值為5600kg時，程序判斷其處于5000～6000kg區(qū)間，其補償值為1.21mm。

3.7 產(chǎn)品壓鉚測試

將壓鉚機進行產(chǎn)品壓鉚測試，其壓鉚鉚釘高度要求在技術(shù)要求公差范圍內(nèi)，壓鉚工藝參數(shù)符合要求，壓鉚試驗成功。

3.8 程序優(yōu)化、觸摸屏程序編制

將PLC程序進行優(yōu)化，完善保護、報警功能;編制觸摸屏程序，主要有壓鉚機輔助操作、壓鉚參數(shù)輸入、報警顯示及處理和急停操作等。

4結(jié)束語

本次改造解決了壓鉚設(shè)備老舊，性能降低，不能自動壓鉚等問題，利用PLC控制技術(shù)和壓力傳感器檢測技術(shù)設(shè)計成了一種半自動壓鉚機，并試驗和論證解決了設(shè)備剛性不足而產(chǎn)生變形問題。此次成功的改造經(jīng)驗可以應(yīng)用到后續(xù)壓鉚設(shè)備的改造中，提高設(shè)備生產(chǎn)效率，滿足生產(chǎn)需要。

參考文獻

[1] 李春義，梁東東，穆建森.基于PLC控制的大型機翼壓鉚機設(shè)計[J]. 中國高新技術(shù)企業(yè)，2012，（3）：37-39.

[2] 佚名.ASDA-A2系列伺服驅(qū)動器應(yīng)用技術(shù)手冊[ED/OL].http：//www.cechina.cn/member/delta/DownloadList.aspx？Id=143418，2011-04-28.