西门子SINUMERIK 840D在自动钻铆机数控托架集成系统研制中的应用.docx

502011年9月中国制造业信息化第40卷第17期

西门子SINUMERIK840D在自动钻铆机数控托架集成系统研制中的应用

朱孝峰，高长水

(南京航空航天大学机电学院，江苏南京210016)

摘要：针对钻铆设备(RMS335),重新设计了其数控托架系统，由于托架各轴轴间跨距大，所以以西门子SINUMERIK840D数控系统作为开发平台，采用同步轴驱动方案，由840D中龙门轴功能实现各轴同步运动，设计了全闭环位置检测系统，实现了托架的自动定位，从而使定位精度达到设计要求。

关键词：840D;自动钻铆；托架；龙门轴

中图分类号：TH39文献标识码：A文章编号：1672-1616(2011)17-0050-05

自动钻铆技术是飞机制造业中重要的技术，国内外铆接装配技术数十年的应用证明，采用自动钻铆机后的装配效率至少比手工铆接装配高10倍[1],并节省安装成本，改善劳动条件，确保安装质量和大大减少人为因素造成的缺陷。而自动钻铆机托架是自动钻铆设备的重要组成部分，用于壁板的支撑、夹紧、移动、定位，是铆接装配的指挥部。我国钻铆机托架，基本都是进口，而且基本上属于手动、半自动化托架，加上年久老化，难以满足当代飞机制造业的自动化铆接装配。而从战略和技术上来说，飞机制造业又是一个重中之重的环节，通过自动钻铆机托架集成系统的开发研制，不但可以实现钻孔、划窝、送铆钉、铆接和铣平埋头铆钉钉头的自动化，而且由于数控托架的开发，可以在工件的定位方面、铆接的精度上全面实现自动化的控制，在提高质量的同时，效率上也将有极大的提升；同时保留其手动控制环节，使其更具有灵活性，针对不同情况，实行不同方案，因而对托架进行数控化设计十分必要。

1数控托架机构及控制要求

自行设计的自动钻铆机托架结构如图1所示，控制轴数为4个轴，分别为X,Y,Z轴和A轴。托架的总负载在800kg左右，线性轴定位精度为±0.2mm,线性轴重复定位精度±0.1mm。要实现托

架与自动钻铆设备互相配合联动，托架X和Y轴联

动，Z轴和转动轴可调的功能，其中X轴最大运动速度为40mm/s、Y轴最大运动速度为40mm/s、Z轴最大运动速度为20mm/s;A轴最大运动角速度为2°/s,其他参数见表1。系统可以实现自动和手动控制，自动控制可应急关闭，达到满足平板类构件的自动铆装的目标。研究内容涉及到数控定位系统结构设计与制造、数控定位系统的开发、自动钻铆机与自动定位系统集成平台的开发。

表1托架系统控制参数

坐标轴最大行程

最大

运行速度

线性轴定位精度

线性轴重复

定位精度

X轴6000mm

40mm/s

±0.2mm

±0.1mm

Y轴1500mm

40mm/s

±0.2mm

±0.1mm

Z轴200mm

40mm/s

±0.2mm

±0.1mm

坐标轴最大角位移

最大

旋转轴

旋转轴重复

角速度

定位精度

定位精度

A轴±30°

2°/s

±0.2°

±0.1°

2自动钻铆机托架的数控系统结构

2.1数控托架控制系统硬件配置

在对托架进行控制系统配置时，为了保证系统的绝对可靠性、动态品质、控制精度以及开放性，满足托架的控制要求，最终选择西门子840D数控系统作为托架的控制系统。SINUMERIK840D运动控制系统具有高度的模块化和开放性结构，适合操作、编程和监控，其开放性使我们在系统中可以集成自动钻铆的专业知识，也可以根据我们的控制

收稿日期：2011-01-13

作者简介：朱孝峰(1986-),男，江苏盱眙人，南京航空航天大学硕士研究生，主要研究方向为机电控制系统及自动化。

·智能控制技术·朱孝峰高长水西门子SINUMERIK840D在自动钻铆机数控托架……51

1-X轴导轨；2-Z轴导轨；3—围框；4-Y轴导轨；5-X轴同步电机1;6-Y轴同步电机图1自动钻铆机托架示意图

要求构建自己的全闭环的位置检测系统。840D与SIMODRIVE611数字驱动系统和SIMATICS7可编程控制器一起，构成了一个全数字控制系统，具有优于其他系统的动态品质和控制精度。其中NC-CPU和PLC-CPU合为一体，合成在NCU(Numerica