浅述大型压铆机改造电气控制设计及调试

龙志华 牛博雅 芦海涛

摘 要 为了解决飞机装配中压铆设备老旧，性能降低，不能自动压铆等问题，利用PLC控制技术和压力传感器检测技术改造成了半自动压铆机，大幅度提高了产品工艺质量和设备使用效率。

关键词 PLC;压力传感器;压铆补偿

引言

在现代飞机制造的过程中，其制造、装配工艺越来越先进，但传统的铆接工艺仍占有相当大的比重，一架次的大型飞机上有超过20万个铆钉，铆接工作量在飞机装配工作中比重约为30%。

对于传统飞机制造中，铆钉压铆方式主要有：人工锤铆、压铆设备压铆，设备压铆适合肋、框、梁、壁板等开敞性好的组合件之间的铆接，其铆接主要分为三步：制孔、铆钉放置、铆钉压铆。目前，在先进飞机制造领域，自动钻铆设备已经广泛应用，所有连接件的钻孔、铆接均由设备自动完成，一次成型，其工作效率和装配精度相比传统的压铆方式已大幅度提高。

1改造设备状况

该改造压铆设备为20世纪60年代引入的苏联产品，采用气动动力源进行压铆，配脚踏板操作开关，单人操作。该设备采用机械测量控制技术，因使用年限已久，设备老化，其测量功能已损坏，无法修复，压铆操作时全靠操作人员根据经验来控制压铆参数，其压铆性能参数无法保证，工艺稳定性差，压铆废品率较高，难以满足生产需要[1]。

2改造内容

（1）机械改造利用原设备的床身，将压铆机原气动控制铆头更换为电机控制方式，上下铆头分别由1台4.5kW伺服电机控制，配变速箱及丝杠，驱动上下移动铆头运动;在下铆头上安装压力传感器，实时采集压铆力。

（2）电气控制采用台达PLC可编程控制器，配数字量和模拟量I/O模块，对压力传感器和各开关信号进行实时采集和处理;配置两台伺服控制器、利用电机所带编码器的反馈信号，对上下铆头进行速度及位置控制;采用触摸屏操作方式，其压铆参数设置、辅助功能控制均在触摸屏上操作，并显示实时压力显示和各类报警信息等[2]。

3设备调試

3.1 硬件配置

在便携式计算机上安装PLC和触摸屏调试软件，设置好计算机网口IP地址，使用网线将携式计算机PLC主机连接，进行系统硬件配置，设置PLC与触摸屏通讯为RS485方式，联机检查各硬件的接线是否正确？各I/O端口是否正常？模拟量输入模块读取压力传感器数据是否正确？

3.2 驱动器配置

设定驱动器控制为外部脉冲输入控制模式;设定P2-10-19值，定义DI、DO端口，包括驱动使能、报警、限位等参数;根据机械特点，设定驱动系统动态响应特性;设定驱动系统的电子齿轮比，该系统电机编码器脉冲为1280000/圈，变速箱减速比43.5∶1，丝杠导程20mm，调试时将电子齿轮比设定为5568/10后，PLC每发出100000个脉冲，上下铆头移动20mm。

3.3 程序编制

压铆机主要程序包括：上铆头上升/下降程序、下铆头上升/下降程序、下铆头压铆循环程序，一个完整的压铆流程为：

3.4 程序压铆测试

使用测试块模拟产品，对压铆精度进行测试，其压铆效果不佳，达不到压铆工艺参数要求，其压铆误差在1mm到2.5mm之间。

3.5 调试问题分析及结构刚性试验

对压铆测试结果进行分析，其问题可能因为压铆机刚性不够，在压铆力作用下，上铆头产生退让，从而导致压铆不到位。为取得上铆头的退让情况参数值，所以进行了压铆机定压力压铆测试，得出在某压力下上铆头的退让行程，当压力值为1000kg时，退让值为0.45mm，当压力值为12000kg时，退让值为2.53mm，在该压力范围内，其退让值基本呈线性关系。

3.6 程序优化处理

经过对定压力压铆测试结果进行分析，决定在压铆行程压铆到位时，实时读取该时刻压力传感器的压力值，判断压力值处于哪一个压力区间，自动进行一次补偿压铆，以减小上铆头退让而产生的压铆偏差，其补偿值根据下图表由程序自动完成，如当压力值为5600kg时，程序判断其处于5000～6000kg区间，其补偿值为1.21mm。

3.7 产品压铆测试

将压铆机进行产品压铆测试，其压铆铆钉高度要求在技术要求公差范围内，压铆工艺参数符合要求，压铆试验成功。

3.8 程序优化、触摸屏程序编制

将PLC程序进行优化，完善保护、报警功能;编制触摸屏程序，主要有压铆机辅助操作、压铆参数输入、报警显示及处理和急停操作等。

4结束语

本次改造解决了压铆设备老旧，性能降低，不能自动压铆等问题，利用PLC控制技术和压力传感器检测技术设计成了一种半自动压铆机，并试验和论证解决了设备刚性不足而产生变形问题。此次成功的改造经验可以应用到后续压铆设备的改造中，提高设备生产效率，满足生产需要。

参考文献

[1] 李春义，梁东东，穆建森.基于PLC控制的大型机翼压铆机设计[J]. 中国高新技术企业，2012，（3）：37-39.

[2] 佚名.ASDA-A2系列伺服驱动器应用技术手册[ED/OL].http：//www.cechina.cn/member/delta/DownloadList.aspx？Id=143418，2011-04-28.