CN104384911B - 防爆防潮塞自动拧紧专机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在防爆防潮塞自动拧紧专机。本发明含有防爆防潮塞定位块、防爆伺服拧紧机构、控制硬件和控制程序。专机的防爆防潮塞定位块位于防爆伺服拧紧机构前方，防爆防潮塞定位块和防爆伺服拧紧机构安装在机座上。控制程序设置在控制硬件的控制器中，控制器和控制程序控制整个机械结构的工作。本发明的防爆防潮塞自动拧紧专机能自动完成防潮塞预拧和防潮塞拧紧的控制。解决了防潮塞拧紧过程中的异常对丝、螺刀跳口和螺纹划伤等现象，实现了最终防潮塞拧紧最终拧紧力矩的精确控制，保证了防潮塞拧紧的最终拧紧质量。

Description

防爆防潮塞自动拧紧专机

技术领域

本发明属于火箭弹装配领域，涉及一种在火箭弹体上自动拧紧防潮塞的装置，尤其是能自动进行螺刀对口、螺纹对丝和旋入拧紧的防爆火箭弹防潮塞全自动拧紧专机。

背景技术

火箭弹的防潮塞拧紧工序大多是人工将防潮塞在火箭弹弹体上预拧后再采用专用螺刀或简单机械进行拧紧，这种靠人工用手去感觉或者用扭力限制器进行简单粗糙限制的装配方式，无法自动识别合格对丝和精确控制防潮塞预紧力，工人劳动强度大，且具有相当大的危险性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种防爆防潮塞自动拧紧专机。

本发明的一种防爆防潮塞自动拧紧机。包括：防爆防潮塞定位块、防爆伺服拧紧机构、控制硬件和控制程序。

防潮塞定位机构用于拧紧时保证防潮塞沿弹体轴向垂直的姿态。

防爆伺服拧紧机构用于防潮塞的自动拧紧，包括螺刀自动对口、防潮塞自动对丝预拧，防潮塞自动拧紧及螺刀与防潮塞轴向预压力的控制。

控制硬件用于控制防爆伺服拧紧机构的轴向分段预压、螺刀对口速度和方向、防潮塞对丝速度、力矩和方向、拧紧速度和最终预紧力等动作。

控制程序用于防爆防潮塞自动拧紧专机的初始化、参数设置、数据采集、数据处理、拧紧力矩、速度和位置控制、专机工作状态监控、容错处理、向上一级控制系统发送工作报告。

本发明的防爆防潮塞自动拧紧专机中其连接关系为：防爆防潮塞定位块位于防爆伺服拧紧机构前方，与防潮塞输送装置的定位滑道末端相连定位在机座上，防爆防潮塞定位块和防爆伺服拧紧机构安装在机座上。控制程序设置在控制硬件的控制器中，控制器和控制程序控制整个机械结构的工作。

防爆伺服拧紧机构包括：防爆伺服电机及减速器、同步带轮Ⅰ、同步带、同步带轮Ⅱ、传动轴、旋转伸出轴、预压气缸、螺刀和机座。其连接关系为：防爆伺服电机及减速器安装于机座上，通过传动轴与同步带轮Ⅰ相连，位于其后方；同步带轮Ⅱ通过同步带与同步带轮Ⅰ相连，位于其下方；气缸与旋转伸出轴相连，位于其后方；螺刀与旋转伸出轴相连，位于其前方；防爆防潮塞定位块安装在机座上，与防爆防潮塞相连，位于螺刀前方。

防爆伺服拧紧机构工作原理：防潮塞放置在防爆防潮塞定位块上，弹体放置在机座上；防爆伺服电机及减速器通过传动轴带动同步带轮Ⅰ旋转，再由同步带轮Ⅰ通过同步带带动同步带轮Ⅱ旋转，然后由同步带轮Ⅱ通过旋转伸出轴带动螺刀旋转，最后由气缸通过推动旋转伸出轴带动螺刀接触防潮塞拧入弹体。

控制硬件包括：控制器PLC、防爆伺服电机驱动器、对射式光纤传感器、磁感应开关、电磁阀。其连接方式为：控制器PLC的模拟量输出点与防爆伺服电机驱动器的速度模拟输入点和力矩模拟输入点相连、PLC的模拟量输出点与防爆比例减压电磁阀的模拟量输入信号相连；控制器PLC的数字量输出点与防爆伺服电机驱动器的伺服使能、故障消除开关输入点相连；控制器PLC的数字量输入点与防爆伺服电机驱动器的扭力限制开关输出点相连；控制器PLC的数字量输入端与防爆伺服电机驱动的故障报警、零速检测、力矩限制输出点相连；控制器PLC的数字量输入点分别与磁感应开关、对射式光纤传感器相连。

控制程序用于防爆防潮塞自动拧紧专机的初始化、参数设置、数据采集、数据处理、拧紧力矩、速度和位置控制、专机工作状态监控、容错处理、向上一级控制系统发送工作报告。

防爆防潮塞自动拧紧专机的初始化包括：防爆伺服电机停动，拧紧螺刀在气缸带动下缩回。

防爆防潮塞自动拧紧专机的参数设置包括自动螺刀对口的反向速度，正向对丝的力矩、速度和时间，反向退丝速度和角度，拧紧的速度和拧紧力矩等。

防爆防潮塞自动拧紧专机的数据采集、数据处理、拧紧力矩、速度和位置控制包括：判断在正向对丝预置时间内，接收伺服电机的反馈力矩，当反馈力矩过预置对丝力矩后则反向退丝一定角度（按预置时间计算）重新对丝，当正向对丝力矩在正向对丝预置时间内反馈力矩达到预置对丝力矩时则按预置拧紧速度进行拧紧，同时开始接收伺服电机反馈的拧紧力矩，当拧紧力矩达到拧紧预置力矩后停止伺服电机，螺刀在气缸带动下返回。

防爆防潮塞自动拧紧专机工作状态监控包括：开机时，专机是否初始化成功；防潮塞是否缺料；判断防爆伺服电机是否报报警；拧紧过程中各力矩是否达到预置力矩；螺刀对口位置是否到达；专机工作的预置时间结束时，各个机械结构是否回到初始位置。

防爆防潮塞自动拧紧专机的容错处理包括：判断在专机工作过程中是否出现误动作；判断在专机工作过程中是否出现危险情况：对出现的错误或危险及时作出处理。

防爆防潮塞自动拧紧专机的向上一级控制系统发送工作报告包括：实时地向上一级控制系统报告专机工作情况；实时地向上一级控制系统报告专机工作过程中是否出现错误或危险动作。

本发明的防爆防潮塞自动拧紧专机较好地解决了防潮塞拧紧过程中出现的下列技术问题，实现火箭弹防潮塞拧紧工序的技术指标。

① 采用力矩控制策略纠正防潮塞拧紧时的异常对丝。对丝时若防潮塞螺纹入口落后于弹体螺纹入口约60度以内，则会出现异常对丝，螺纹旋入会时引起螺纹咬合错位，螺纹卡死现象。采用 伺服电机的力矩反馈可在正向对丝1圈以内感知这一螺纹卡死的力矩变化，然后通过加大力矩退丝一定角度后重新对丝达到螺纹正常咬合的目的。若仅靠机械式扭力限制器，则在异常对丝后退丝时出现力矩无法控制，机械打滑等现象，无法纠正异常对丝。通过该控制策略，将对丝合格率由机械对丝的43%提高到100%。

② 采用比例减压阀控制拧紧预压力。为了保证拧紧效果，拧紧的预压力在拧紧过程中是变化的。螺刀对口和对丝的过程中，预压力力度适中，过大力度预压在螺纹还未咬合时会引起螺纹之间的冲击，从而引起螺纹的机械损坏，过小力度则出现螺刀无法进入防潮塞螺刀口部现象；拧紧到位时，则必须加大预压力，防止螺刀跳出螺刀口部。传统的预压控制方式一般采用气缸和弹簧调节的方式，预压力为一定值，容易出现被拧物表面螺纹划伤或螺刀滑出等现象。通过比例减压阀根据拧紧的不同过程控制预压力，避免了螺刀滑出和螺纹划伤现象。

③ 伺服电机、比例减压阀等采用防爆器具，传感器为本安型，控制信号线，电机电源线采用阻燃电缆，达到防爆、防燃等级BⅡT4标准。

④采用分段力矩和速度联合控制方式来实现最终拧紧力矩的精确控制。为了保证生产节拍，对丝结束后需快速旋入防潮塞，在拧紧开始发生弹性塑变时需要减速和逐步加大力矩的方式来保证最终拧紧力矩精度。通过该方式，将拧紧力矩的精度由10%提高到3%以内。满足技术协议5%的控制精度要求。

本发明的防爆防潮塞自动拧紧专机能够自动完成螺刀对口，螺纹对丝，拧紧预压力自动调节，拧紧力控制。提高了火箭弹防潮塞自动拧紧的合格率和效率，避免了螺刀划伤被拧物体的情况，保证螺纹塑性变形区的力矩精度，工作时人机分离，保证了生产人员的安全，工作效率提高。

附图说明

图1是本发明的防爆防潮塞自动拧紧专机实施例的整体结构示意图；

图2是本发明的防爆防潮塞自动拧紧专机实施例的控制器框图；

图3是本发明的防爆防潮塞自动拧紧专机实施例的控制程序流程图；

图中：1.防爆伺服电机及减速器 2.传动轴 3.同步带轮Ⅰ 4.同步带 5. 同步带轮Ⅱ 6.旋转伸出轴 7.气缸 8.防潮塞 9. 防爆防潮塞定位块 10.机座 11. 螺刀 12.弹体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明的一种防爆防潮塞自动拧紧专机，其特点是：含有防爆防潮塞定位块、防爆伺服拧紧机构、控制硬件和控制程序。

控制硬件用于控制防爆伺服拧紧机构的轴向分段预压、螺刀对口速度和方向、防潮塞对丝速度、力矩和方向、拧紧速度和最终预紧力。

控制程序用于防爆防潮塞自动拧紧专机的初始化、参数设置、数据采集、数据处理、拧紧力矩、速度和位置控制、专机工作状态监控、容错处理、向上一级控制系统发送工作报告。

防爆防潮塞自动拧紧专机的连接关系为：防爆防潮塞定位块位于防爆伺服拧紧机构前方，与防潮塞输送装置的定位滑道末端相连，防爆防潮塞定位块和防爆伺服拧紧机构安装在机座上。控制程序设置在控制硬件的控制器中，控制器和控制程序控制整个机械结构的工作。

由图1可知，本发明实施例的机械结构形式为座式，它包括：防爆伺服电机及减速器1、传动轴2、同步带轮Ⅰ3、同步带4、同步带轮Ⅱ5、旋转伸出轴6、气缸7、防潮塞8、防爆防潮塞定位块9、机座10、螺刀11。防爆伺服电机及减速器1安装于机座10上，通过传动轴2与同步带轮Ⅰ3相连，位于其后方；同步带轮Ⅱ5通过同步带4与同步带轮Ⅰ3相连，位于其下方；气缸7与旋转伸出轴6相连，位于其后方；螺刀11与旋转伸出轴6相连，位于其前方；防爆防潮塞定位块9安装在机座10上，与防潮塞8相连，位于螺刀11前方。

工作原理是防潮塞8放置在防爆防潮塞定位块9上，弹体12放置在机座10上；防爆伺服电机及减速器1通过传动轴2带动同步带轮Ⅰ3旋转，再由同步带轮Ⅰ3通过同步带4带动同步带轮Ⅱ5旋转，然后由同步带轮Ⅱ5通过旋转伸出轴6带动螺刀11旋转，最后由气缸7通过推动旋转伸出轴6带动螺刀11接触防潮塞8拧入弹体12。

由图2可知，本发明实施例的控制硬件中的控制器PLC 14采用德国西门子公司的S7-300。

控制器PLC 14的数字量输出点Q8.7与防爆伺服电机驱动器15的防爆伺服电机使能信号输入端口相连，控制器PLC 14的数字量输出点Q9.0与防爆伺服电机驱动器15的伺服使能输入端口相连，控制器PLC 14的数字量输出点Q9.1与防爆伺服电机驱动器15的故障消除输入端口相连，控制器PLC 14的数字量输入点I1.0与防爆伺服电机驱动器15的扭力限制输出端口相连，控制器PLC 14的数字量输入点I1.1与防爆伺服电机驱动器15的故障报警输出端口相连，控制器PLC 14的数字量输入点I1.5与防爆伺服电机驱动器15的零速检测输出端口相连，控制器PLC 14的数字量输入点I1.6与防爆伺服电机驱动器15的力矩限制输出端口相连，控制器PLC 14的模拟量输出点AQ12与防爆伺服电机驱动器15的速度模拟输入点相连，控制器PLC 14的模拟量输出点AQ14与防爆伺服电机驱动器15的力矩模拟输入点相连，防爆伺服电机驱动器15与防爆伺服电机1相连。控制器PLC 14的模拟量输出点AQ10与比例减压阀16相连，比例减压阀16与气缸7相连。控制器PLC 14的数字量输入点I2.0与磁感应开关17相连，控制器PLC 14的数字量输入点I2.1与对射式光纤传感器18相连。

控制程序用于防爆防潮塞自动拧紧专机的初始化、参数设置、数据采集、数据处理、拧紧力矩、速度和位置控制、专机工作状态监控、容错处理、向上一级控制系统发送工作报告。

防爆防潮塞自动拧紧专机的初始化包括：防爆伺服电机停动，拧紧螺刀在气缸带动下缩回。

防爆防潮塞自动拧紧专机的参数设置包括自动螺刀对口的速度，正向对丝的力矩、速度和时间，反向退丝的力矩、速度和角度，拧紧的速度和拧紧力矩等。

防爆防潮塞自动拧紧专机的数据采集、数据处理、拧紧力矩、速度和位置控制包括：判断在正向对丝预置时间内，接收伺服电机的反馈力矩，当反馈力矩过预置对丝力矩后则反向退丝一定角度（按预置时间计算）重新对丝，当正向对丝力矩在正向对丝预置时间内反馈力矩达到预置对丝力矩时则按预置拧紧速度进行拧紧，同时开始接收伺服电机反馈的拧紧力矩，当拧紧力矩达到拧紧预置力矩后停止伺服电机，螺刀在预压气缸带动下返回。

防爆防潮塞自动拧紧专机工作状态监控包括：开机时，专机是否初始化成功；防潮塞是否缺料；判断防爆伺服电机是否报报警；拧紧过程中各力矩是否达到预置力矩；螺刀对口位置是否到达；专机工作的预置时间结束时，各个机械结构是否回到初始位置。

防爆防潮塞自动拧紧专机的容错处理包括：判断在专机工作过程中是否出现误动作；判断在专机工作过程中是否出现危险情况：对出现的错误或危险及时作出处理。

图3是本发明的防爆防潮塞自动拧紧专机实施例的控制程序流程图。如图3所述，本发明的防爆防潮塞自动拧紧专机的工作过程为：

开机后，检查各部分机构是否处于初始位置，若有机构不处于初始位置，则向上一级控制系统报告出错。若各部分机构都处于初始位置，即防爆伺服电机停动，螺刀在气缸带动下缩回，当接受到启动信号后启动专机。

启动后，防爆伺服拧紧机构的防爆伺服电机反向旋转，同时气缸伸出，带动螺刀与防潮塞表面接触并相对滑动，直至螺刀落入防潮塞螺刀口部，此时安装在预压气缸传感器安装槽内的磁感应开关动作，向PLC发出螺刀对口位置到达信号，自动完成螺刀对口动作。

螺刀对口完成后，（1）防爆伺服电机按预设对丝力矩值和速度低速正向旋转，带动螺刀使防潮塞与弹体螺纹开始对丝。在预设正向对丝的预置时间内力矩不超过预设对丝力矩，对丝成功，进入加速拧紧过程；（2）在预设正向对丝的预置时间内力矩超过预设对丝力矩，对丝异常，防爆伺服电机按预设退丝力矩值和速度低速反向旋转一定角度后重复步骤（1）。

对丝成功后，防爆伺服电机按预设拧紧力矩值和速度快速正向旋转，带动螺刀使防潮塞与弹体螺纹拧紧。在超出拧紧的预设时间后力矩一旦超过1/3预设拧紧力矩，防爆伺服电机开始减速至快速拧紧速度的1/8，同时增大拧紧力矩，直到达到预设拧紧力矩，防爆伺服电机速度减为0，拧紧成功。

（3）防爆伺服拧紧机构伺服电机停动，预压气缸缩回带动螺刀返回。

（4）预压气缸缩回带动螺刀返回。

若在生产节拍设定时间内，达不到步骤（4）的状，则向上一级控制系统报告出错信息，转到步骤(3) （4）进行设备复位，并向上一级控制系统发送出错报表。

判断防潮塞输送不到位，若报告出错时，控制程序处于等待接收防潮塞定位滑道底部的对射式光纤传感器检测信号时，报告防潮塞输送不到位。

判断螺刀对口错误，若报告出错时，控制程序处于等待接收预压气缸磁感应传感器检测信号时，报告螺刀对口错误。

判断螺纹对丝异常，若报告出错时，控制程序处于螺刀对丝步骤中，报告螺纹对丝错误，此状态一般为螺纹异常。

判断螺纹拧紧异常，若报告出错时，控制程序在拧紧预设时间以内诊断到力矩达到最终预设拧紧力矩，报告螺纹拧紧错误，此状态一般为螺纹异常。

判断伺服电机驱动器故障，在整个专机动作过程中，伺服电机驱动器故障报警点输出为1，则立即向上级控制系统报告伺服电机驱动器故障，控制系统及时将伺服电机驱动器使能端口置0，关闭驱动器使能，同时预压气缸缩回。

Claims (3)

1.一种防爆防潮塞自动拧紧专机，其特征在于：所述的防爆防潮塞自动拧紧专机包括防潮塞定位块、防爆伺服拧紧机构、控制硬件及控制程序；

防潮塞定位块用于拧紧时保证防潮塞沿弹体轴向垂直的姿态；

防爆伺服拧紧机构用于防潮塞的自动拧紧，包括螺刀自动对口判断、螺刀的自动对口速度调节、防潮塞对丝速度和力矩，自动纠正防潮塞对丝失误，对丝后加速拧紧速度和最终拧紧的预紧力及螺刀与防潮塞轴向预压力的控制；

控制硬件用于控制防爆伺服拧紧机构的轴向分段预压、螺刀对口速度和方向、防潮塞对丝速度、力矩和方向、拧紧速度和最终预紧力；

控制程序用于防爆防潮塞自动拧紧专机的初始化、参数设置、数据采集、数据处理、拧紧力矩、速度和位置控制、专机工作状态监控、容错处理、向上一级控制系统发送工作报告；

其连接关系为：防爆防潮塞定位块位于防爆伺服拧紧机构前方，与防潮塞输送装置的定位滑道末端相连定位在机座上，防爆防潮塞定位块和防爆伺服拧紧机构安装在机座上；控制程序设置在控制硬件的控制器中，控制硬件和控制程序控制整个机械结构的工作。

2.根据权利要求1所述的防爆防潮塞自动拧紧专机，其特征在于，所述的防爆伺服拧紧机构包括：防爆伺服电机及减速器（1）、传动轴（2）、同步带轮Ⅰ（3）、同步带（4）、同步带轮Ⅱ（5）、旋转伸出轴（6）、气缸（7）、防潮塞（8）、防爆防潮塞定位块（9）、机座（10）、螺刀（11）；防爆伺服电机及减速器(1)安装于机座（10）上，通过传动轴（2）与同步带轮Ⅰ（3）相连，位于其后方；同步带轮Ⅱ（5）通过同步带（4）与同步带轮Ⅰ（3）相连，位于其下方；气缸（7）与旋转伸出轴（6）相连，位于其后方；螺刀（11）与旋转伸出轴（6）相连，位于其前方；防爆防潮塞定位块（9）安装在机座（10）上，与防潮塞（8）相连，位于螺刀（11）前方。

3.根据权利要求1所述的防爆防潮塞自动拧紧专机，其特征在于，所述的控制硬件包括：控制器PLC(14)、防爆伺服电机驱动器(15)、对射式光纤传感器(18)、磁感应开关(17)、防爆比例减压电磁阀（16）；其连接方式为：控制器PLC（14）的模拟量输出点与防爆伺服电机驱动器（15）的速度模拟输入点和力矩模拟输入点相连、控制器PLC（14）的模拟量输出点与防爆比例减压电磁阀（16）的模拟量输入信号相连；控制器PLC（14）的数字量输出点与防爆伺服电机驱动器（15）的伺服使能、故障消除开关输入点相连；控制器PLC（14）的数字量输入点与防爆伺服电机驱动器（15）的扭力限制开关输出点相连；控制器PLC（14）的数字量输入端与防爆伺服电机驱动器（15）的故障报警、零速检测、力矩限制输出点相连；控制器PLC（14）的数字量输入点分别与磁感应开关（17）、对射式光纤传感器（18）相连。