工業(yè)擰緊技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀分析

朱博

（大連康展機(jī)電工程有限公司，遼寧 大連 116000）

擰緊的方法發(fā)展至今也有很多種，下面就介紹一下目前最常用的三種擰緊方法：

（1）扭矩控制法。是擰緊扭矩達(dá)到設(shè)定的落座扭力值的時(shí)候，即刻停止的擰緊工藝方法，是現(xiàn)在工業(yè)中最為基礎(chǔ)的。當(dāng)螺紋連接時(shí)，其周向摩擦力與擰緊時(shí)所施加的擰緊扭矩成正比的關(guān)系。

（2）扭矩、轉(zhuǎn)角控制法。是把螺栓擰到第一次要求的落座扭矩后，再開始擰緊，轉(zhuǎn)動(dòng)工藝上要求的一定角度的擰緊方法。它的優(yōu)點(diǎn)是把螺栓或螺母擰到工件之間的緊密接觸面時(shí)，并克服一些工件表面粗糙度不好的因素。而螺栓軸的預(yù)緊力主要是在為后面的旋轉(zhuǎn)角度而做的鋪墊而獲得的。因此其精度比第一種扭力控制法在精度要求上高不少。

（3）落座點(diǎn)、轉(zhuǎn)角控制法。落座點(diǎn)、轉(zhuǎn)角控制法是最近新出現(xiàn)的一種控制方法，它是在扭矩、轉(zhuǎn)角控制法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。扭矩、轉(zhuǎn)角控制法是以某一預(yù)扭矩點(diǎn)為轉(zhuǎn)角的起點(diǎn)，而落座點(diǎn)、轉(zhuǎn)角控制法是計(jì)算轉(zhuǎn)角的起點(diǎn)，采用扭矩曲線的線性段與轉(zhuǎn)角顯示的坐標(biāo)交點(diǎn)。

1 從螺栓擰緊扭力的檢查方法

1.1 螺栓擰緊扭力定義

（1）圖示扭力。設(shè)計(jì)圖所指示的擰緊扭力（也稱之為設(shè)計(jì)扭力）。

（2）擰緊扭力。實(shí)際擰緊螺栓時(shí)，擰完后的擰緊扭力。

（3）檢查扭力。朝擰緊方向檢查擰緊螺栓得到的扭力值。

1.2 檢查扭力的測(cè)定方法

測(cè)定擰緊后螺栓的擰緊扭力：（1）用扭力扳手朝擰緊的方向測(cè)定；（2）測(cè)定螺栓開始移動(dòng)時(shí)的扭力值。

螺栓移動(dòng)時(shí)的扭力值：（1）即將到峰頂時(shí)叫作谷底扭力值；（2）沒有峰谷變化時(shí)叫作剛移動(dòng)之后的扭力值。

1.3 檢查扭力的決定條件

（1）檢查扭力測(cè)定時(shí)的誤差（測(cè)定誤差）：測(cè)定誤差。

（2）沿?cái)Q緊方向測(cè)定：測(cè)定的偏差。

扭矩槍緊固螺釘通過傳感器顯示的動(dòng)態(tài)扭矩，而你用扭力板手檢測(cè)其松動(dòng)扭矩，這時(shí)候你是檢測(cè)其靜態(tài)扭矩，這個(gè)扭矩比上面一個(gè)扭矩低很多。規(guī)范要求的一般為動(dòng)態(tài)扭力。所以不能說明你這個(gè)扭矩不符合規(guī)范。建議你同時(shí)用扭力板手檢查螺栓滑牙時(shí)候的扭矩，如果這個(gè)扭矩小于規(guī)范，說明扭矩不在范圍內(nèi)。

2 擰緊機(jī)的工作原理

2.1 擰緊機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成（圖1）

（1）應(yīng)用集散體系理念，系統(tǒng)集中管理和分散控制。

（2）采用直接控制層、操作監(jiān)控層、生產(chǎn)管理層三層結(jié)構(gòu)。

（3）模塊化管理可靈活地配置成小、中、大系統(tǒng)。

圖1

2.2 控制系統(tǒng)介紹

該套方案中的擰緊機(jī)控制系統(tǒng)采用開放式、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和系列化設(shè)計(jì)，由過程控制級(jí)、控制管理級(jí)和企業(yè)管理級(jí)所組成的一個(gè)以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的集中顯示操作管理，控制相對(duì)分散，具有靈活配置的多級(jí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。并且系統(tǒng)控制權(quán)限逐級(jí)下放，每個(gè)擰緊軸的軸控單元都有獨(dú)立控制運(yùn)行的能力，使得系統(tǒng)具有高可靠性、高實(shí)時(shí)性、高可用性、高精度，分布式數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的信息采集和存儲(chǔ)，完善的統(tǒng)計(jì)過程控制體系保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。擰緊機(jī)設(shè)備主要由上位工控機(jī)、專用軸控制模塊、驅(qū)動(dòng)執(zhí)行單元和檢測(cè)單元等部分組成。驅(qū)動(dòng)執(zhí)行單元直接對(duì)螺栓進(jìn)行擰緊等各種操作，并通過檢測(cè)單元把擰緊的過程變化量和狀態(tài)變化量反饋給控制單元；控制單元又與驅(qū)動(dòng)執(zhí)行單元連接，按照接受到的參數(shù)直接對(duì)其操作，并實(shí)時(shí)將擰緊軸的特性數(shù)據(jù)和采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳遞給上位工控機(jī)，以便實(shí)現(xiàn)顯示、設(shè)定、存儲(chǔ)等。并實(shí)時(shí)將擰緊軸的特性數(shù)據(jù)和采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳遞給上位工控機(jī)，以便實(shí)現(xiàn)顯示、設(shè)定、存儲(chǔ)等。

3 各主件分別進(jìn)行介紹

3.1 監(jiān)控操作站（工控機(jī)）

（1）監(jiān)控操作站采用研華/研祥/華北工控生產(chǎn)的模塊化工作站。

（2）也可以根據(jù)客戶要求選定。

3.2 軸控制單元（PLC）

（1）軸控單元是選用國外進(jìn)口知名品牌，本套系統(tǒng)的先進(jìn)性、穩(wěn)定性為國內(nèi)領(lǐng)先水平，優(yōu)于國內(nèi)其他廠家，產(chǎn)品質(zhì)量可比進(jìn)口的電動(dòng)擰緊軸品牌。

（2）顯示功能，扭矩、角度顯示以及合格、不合格、扭矩上下限等多種LED 指示燈

（3）具有電機(jī)接口、傳感器接口、電源接口，RS232 通訊接；控制器的小型輕量化：采用數(shù)字技術(shù)，體積輕巧，控制精準(zhǔn)。融通性、靈活性：針對(duì)各種螺栓擰緊不同需要,實(shí)現(xiàn)多軸自由搭配選擇。

（4）聯(lián)網(wǎng)功能齊全：工業(yè)以太網(wǎng),現(xiàn)場(chǎng)總線以及符合OPC 等協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸。

3.3 擰緊機(jī)軸

電動(dòng)扳手總成含電機(jī)、減速器、扭矩傳感器及動(dòng)力輸出軸四部分，其中電機(jī)、傳感器為進(jìn)口知名品牌，是擰緊機(jī)設(shè)備的主要核心部件。

行星減速器：（1）高精減速器采用三級(jí)行星減速；（2）有不同的扭矩區(qū)間可選，可選能力由(0 ～5)到(0 ～3000)N.m 多個(gè)品種；（3）密閉結(jié)構(gòu)不需要維護(hù)添加潤滑油；（4）有多種結(jié)構(gòu)直式,偏置箱式,直角式可選。

3.4 扭矩傳感器

（1）扭矩傳感器選用進(jìn)口，是應(yīng)用外國智能技術(shù)的工藝制作而成，將應(yīng)變彈性片體在高標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)環(huán)境下制作，并高標(biāo)準(zhǔn)地保證了傳感器可靠性及抗蠕變特性。

（2）測(cè)量不確定度0.5%FS；供橋電壓：10 ～15V DC。

（3）適應(yīng)環(huán)境溫度-20 ～60℃；頻率響應(yīng)100μs；過載能力：120%；

（4）傳感器壽命：200 萬次不失精度。

3.5 動(dòng)力輸出軸

（1）動(dòng)力輸出軸是扭矩傳輸?shù)慕K端元件，連接套筒后，可以直接接觸螺栓進(jìn)行擰緊（如圖2）。

圖2

其特點(diǎn)如下：

（1）采用了模塊化設(shè)計(jì)和制造，如減速器、軸控模塊、控制系統(tǒng)及電控柜、操作體、懸掛裝置等，性能穩(wěn)定、可靠。

（2）減速器采用2 級(jí)結(jié)構(gòu)，擰緊軸的尺寸大大縮短，在水平使用時(shí)，無震動(dòng)現(xiàn)象。

（3）輸出扭矩調(diào)整上，采用了一端調(diào)整方式，方便快捷。

（4）變位結(jié)構(gòu)采用了直線導(dǎo)軌傳動(dòng)裝置，變位準(zhǔn)確可靠。

（5）設(shè)計(jì)上，考慮了人機(jī)工程的人性化設(shè)計(jì)，如操作體上的操控盒對(duì)稱分布兩側(cè)，便于操作。

（6）懸掛裝置采用平衡氣缸加導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，防止氣缸活塞轉(zhuǎn)動(dòng)，保護(hù)了氣缸，移動(dòng)平穩(wěn)，安全可靠。導(dǎo)向部分為直線軸承+圓柱導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，上下靈活。

（7）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：采用了atlas-copco 公司的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品的精度及性能達(dá)到了atlas-copco 公司的標(biāo)準(zhǔn)。如康展的擰緊機(jī)設(shè)備，出廠前每臺(tái)都經(jīng)過atlas-copco 公司儀器的檢測(cè)，合格后出廠。

（8）抗扭特性：擰緊機(jī)采用獨(dú)特的控制方式，可自動(dòng)消減大部分?jǐn)Q緊時(shí)設(shè)備顫動(dòng)現(xiàn)象。

雙量程扭矩標(biāo)定：擰緊機(jī)配備大量程扭矩傳感器，傳統(tǒng)標(biāo)定方式當(dāng)擰緊機(jī)采用小扭矩?cái)Q緊時(shí)，會(huì)出現(xiàn)擰緊精度低的現(xiàn)象，我公司研發(fā)的雙量程標(biāo)定形式，可對(duì)全量程拆分兩個(gè)區(qū)間段進(jìn)行分別標(biāo)定，提高小扭矩時(shí)設(shè)備應(yīng)用精度。