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AC伺服拧紧系统说明 – Z40系列
最新型的小型化、高性能拧紧系统Z40系列为ESTIC的第四代产品，为了应对不断发展的螺栓种类和拧紧方法的多样化、满足用户更高的期望，ESTIC在集结了当今世界上最新的拧紧技术的基础上，专门开发了新一代的最高品质和操作性能的Z40系列AC伺服拧紧系统。和以往的产品相比较，其主要有以下的特长：
（1）小型、轻量化
新开发的小型高性能控制器只有原来品的1/3（和本社产品比较）
采用了小型高速伺服马达，工具单元也更加小型化
（2）数字化高速处理
采用了32Bit CPU，内部处理速度提高
可进行31组×20步骤的拧紧编程
高速串行通信方式，节省配线实现大容量的数据通讯
最适合的马达控制，拧紧停止精度提高
（3）维护性能的提高
故障时的更换时间只要2分钟（本社实际测定值）
前面集中快速配线方式
控制器本体内存储有拧紧结果和系统错误的历史记录，并可模拟输出信号，维护时状态的完全把握
（4）优越的操作界面
通过高速通信，实现对拧紧结果显示和维护等的快速响应
通过外接的PC和显示器（安装了专用管理软件），可方便地使用菜单进行设定、结果显示、维护测试等
（5）更完备的功能被做为标准的装备
内置扭矩/角度法、扭矩/角度监视、假想角度、屈服点法等多种标准拧紧方式，对应各式各样的拧紧要求
扭矩变化率判定、区间判定功能等在拧紧过程检测出拧紧的异常
（6）全面的数据管理输出模式
拧紧结果、判定、监视数据和系统错误等可通过标准接口输出到PC、PLC和打印机等外部机器
灵活对应现场的网络，实现数据上传
专门的数据管理软件，对数据进行数据库管理
1、系统构成
ESTIC的AC伺服拧紧系统采用一个轴对应一个控制器的设计，每一个单元系统由轴控制器、工具单元和连接电缆组成，系统结构图如下：
本系统为一轴一控制的对应方式，出现故障时可迅速查找排除；
一一对应的电缆接头避免了在维修和更换过程中的误连接。
1：扭矩法
一般情况下使用最多的紧固控制方式。到达预先设定的目标扭矩时即停止拧紧，同时对峰值扭矩是否位于所设定的上下限进行判定，输出OK或NG。而对于整个系统而言，在扭矩上下限的基础上，还包含了对拧紧时间的综合判定。
2：扭矩法角度监控
使用扭矩法为基础进行紧固，在判定扭矩上下限的同时，对角度数据进行采样并判定是否在设定范围内。
3：扭矩或角度法
与扭矩法角度监控类似的控制方式，目标扭矩和目标角度同时有效，系统将以先检测到的目标值做为停止控制并加以判定。
4：角度法
从角度计测开始扭矩直到到达了所设定的目标角度时停止拧紧，同时判定是否位于所设定角度和扭矩的上下限范围内，OK或NG输出。
5：假想角度法
如果没有摩擦、贴合状态等不安定因素，扭矩的上升率和螺栓轴向力的增加成正比。这种方法是利用此原理，以扭矩的上升率为基准进行角度控制。根据扭矩变化率稳定的区间内的扭矩变化数据，来求出假想的角度起点，并由这个假想的角度起点开始，以目标角度为基础演算出追加拧紧的角度进行拧紧。停止后判定扭矩和角度是否在设定的范围内。
6：屈服极限法
这种拧紧方法是把螺栓所具有的拉力（夹紧里）最大限度拉出的拧紧方法。先由扭矩变化率求出屈服点，并由此点开始追加拧紧所设定的角度值，在处于稳定的塑性域初期状态下完成拧紧。拧紧过程中对角度数据进行采样，演算扭矩变化率，检测到目标变化率以后，追加拧紧目标角度。
3：主要功能说明
（1）拧紧系统整体上由标准化、模块化的单品组成，可根据用户的实际使用要求进行功能上的组合，并实现了相对应单元的自由互换。
（2）以菜单方式对拧紧程序、控制方式、目标值、数据输出以及其它各种功能进行设定。设定可在控制器上进行，也可通过PC和其它专用显示器（DP40）来进行。
（3）最大可进行30组×20步骤的拧紧程序编程。通过主控制器可以实现各单元（轴）之间的同步协调动作、分别动作以及分组动作等，满足各种复杂的多轴拧紧工艺要求。
（4）在每个拧紧步骤中可对拧紧方向、控制方式以及扭矩/角度/速度/时间/扭矩变化率/速度变化时间等（上限值、下限值、目标值）进行设定，通过各步骤的组合对整个拧紧过程实现控制。
（5）标准配置6种拧紧控制方式：扭矩法、扭矩法/角度监视、扭矩或角度法、角度法、假想角度法、屈服点法，可根据工艺要求任意选择。对应每种控制方式有相应的参数设定菜单。
（6）显示功能：对于拧紧过程中每一阶段的拧紧结果、监视数据和运行状况等实时显示并输出。并可以对显示的内容和切换速度根据需要进行设定调整。
（7）目标监视功能：对于在拧紧过程中扭矩、角度、时间、扭矩变化率等超出设定范围时发出报警并以代码形式显示超出内容，方便判断。
（8）判定功能：对拧紧过程中每一阶段的拧紧结果进行判定，在显示屏上进行OK/NG显示，并将判定信号输出。对NG内容以代码形式显示，方便判断。
（9）动态扭矩保持功能：到达目标值后进行扭矩保持，使轴向力稳定，防止扭矩下降，特别适用于连接件中间带有垫圈和密封件等情况。
（10）速度切换功能：可按到达目标扭矩的百分比对转速进行切换，提高停止精度。并可以对加速和减速时间进行设定，缓和速度变化所产生的惯性冲击。
（11）扭矩变化率监视功能：在拧紧稳定阶段分区间按角度（时间）采样对扭矩变化量进行判定，以监视工件的拧紧过程状态。
（12）螺栓（品质）检知功能：通过对设定区间扭矩变化的监视可检测出螺栓加工品质不良（毛刺、变形、打滑等），提高拧紧质量。
（13）复制备份功能：对于已设定的程序可进行复制和备份，快速完成各轴的同时设定以及在程序丢失时使用备份文件快速复制。
（14）具有拧紧曲线显示功能。
（15）系统自动识别功能：主控制器可自动识别所连接的各轴控制器和工具单元的型号和数量，不匹配时以及和设定值不相符合时报警提示，并停止动作。对于各单元的设定不满足设定条件和不相配合时，系统也不动作，报警并用代码提示。
（16）数据通讯功能：以ASCⅡ码方式通过串行通讯接口和 PC、PLC和其它显示装置进行数据通讯，可配置条形码扫描和ID读写接口，将工件编号和拧紧结果数值等对应用户网络情况灵活配置上传方式。
（17）可连接打印机将拧紧机数据打印输出，可根据要求设定打印的格式和内容，打印的内容包括：序列号、日期和时间、通道、步骤、各种拧紧数据结果以及各种判定信号等。
（18）传动比设定：当输出轴下安装增（减）速齿轮时，可使用菜单设定来自动调整输出和显示的数值，方便使用。
（19）系统检查功能：系统可对编码器、扭矩传感器以及放大回路部分进行检查并自动调整，超出范围报警提示。检查范围可设定。由于工件原因所导致的显示值和实际值之间有误差时，可以手动进行调整，可仅对单轴调整，也可对整个系统同时调整。
（20）可对系统日期和时间进行设定。
（21）测试功能：带有对各信号进行输入/输出状态检测的菜单，可在试运转、调整和维护时非常方便地观察测试。
（22）自诊断和保护功能：系统电源接通以及每阶段启动以前，会自动进行内部检查，当出现系统错误的时候，会报警并以代码方式提示错误内容。自诊断的内容包括：内部EEP-ROM检查、RAM检查、各传感器部检查、设定内容检查、内存检查、应答检查、电源输入检查、CPU检查、配置检查、FLASH ROM检查、HIC检查、控制电源电压、过电压保护、过电流保护、过热保护、过负荷保护、通信检查、过速度保护、以及其它异常等。
（23）数据记忆功能：系统内部保存有历史数据和报警数据等，方便维护管理。记忆内容如下表。
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数据项目 |
记忆数量 |
记忆方式 |
|
系统参数 |
―― |
FLASH-ROM back-up |
|
拧紧参数 |
31 CH分 |
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紧固历史数据 |
2048件 |
Ring buffer方式 （FLASH-ROM back-up） |
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系统错误记录 |
50件 |
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扭矩曲线数据 |
20000 point分 |
无电池备分 |
4：各单元技术规格
主控制器规格
|
型号 |
ENRZ-MU40 |
|
使用环境 |
无腐蚀性气体、尘埃、冻结和结露 |
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周围温度 |
0~45 ℃ |
|
周围湿度 |
90% RH以下 |
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抗扰度 |
电源线：1500Vp-p 1μs 方形波（noise simulator） |
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显示部分 |
6字符×2行、2字符×1行 7段LED（液晶）显示 |
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最大编程数量 |
31 channel |
|
最大编程步骤 |
20 step |
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NET最大连接局数 |
31 局（含自局） |
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控制输入 |
21点，光耦合器隔离（DC24V 进线电流10mA/点） |
|
控制输出 |
38点，光耦合器开路集电极输出（DC24V时，最大50mA/点） |
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外部输入输出接口 |
RS-232C接头（PLC用）X 1个 RS-232C接头（PC用）X 1个 打印接口（Centronic标准）X 1个 |
轴控制器规格
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型号 |
ENRZ－AU40－10 |
ENRZ－AU40－20 |
ENRZ－AU40－40 |
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|
适用马达 |
100W |
200W |
400W |
|
|
控制电源电压 |
单相 AC200～230V±10% 50/60 Hz |
|||
|
主电源电压 |
单相AC200～230V±10% 50/60 Hz |
三相 AC200～230V±10% 50/60 Hz |
||
|
显示・操作部 |
５文字×１桁 ７段LED显示器、 功能键（５个） 指示灯 （OK／ALM／NG） |
|||
|
控制输入 |
Photo Coupler Isolation 12点 （DC24V 引入电流６mA／点） |
|||
|
控制输出 |
Photo Coupler Open Collector Output 22点 （DC24V max.50mA／点） |
|||
|
Channel数 |
31Channel |
|||
|
NET Ports |
RS-485×2 ports （最大连接数量：31局） |
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|
外部通信接口 |
RS-232C×1 port （9600bps ～ 115.2kbps可变） |
|||
|
推荐打印机 |
Serial打印机 EPSON制：VP－700 （80桁输出时） CITIZEN制：IDP3423－40RJ （40桁输出时） |
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|
控制电源容量 |
５０ VA |
|||
|
主电源容量 （额定运转时） |
０．４５ kVA |
１．１０ kVA |
２．００ kVA |
|
|
控制电源接入时 突入电流值 |
约 ２６ Ao-p （收束时间：约 ５ms） |
约 ２６ Ao-p （收束时间：约 ５ms） |
||
|
主电源接入时 突入电流值 |
约 ２３ Ao-p （收束时间：约 ２００ms） |
约 ６ Ao-p （收束时间：约 ４００ms） |
||
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重量 |
约 ２.５ (kg) |
约 ３.２ (kg) |
约 ３.４ (kg) |
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环境 |
ENRZ-AU40-** （AXIS控制器） |
ENRZ-TU***-* （工具单元） |
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使用温度 |
0 ～ 55℃ （无冻结） |
0 ～ 45℃ （无冻结） |
|
使用湿度 |
35～90％RH （无结露） |
|
|
保管温度 |
－10 ～ 70℃（无冻结） |
－20 ～ 60℃（无冻结） |
|
保管湿度 |
35～90％RH （无结露） |
|
|
周围气氛 |
无腐蚀性气体、尘埃、金属粉末、油雾、爆炸性气体 |
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标高 |
1000m 以下 |
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（1）ENRZ-AU40-10---重量：2.5kg
（2）ENRZ-AU40-20 / ENRZ-AU40-40---重量：3.2kg(AU40-20) / 3.4kg(AU40-40)
拧紧轴工具单元
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型号 |
马达输出 （W） |
紧固能力 ( N･m ) |
扭矩分辨率 ( N･m ) |
角度分辨率 ( deg ) |
最大转速 ( rpm ) |
|
ENRZ-TU001-※ |
100 |
10 |
0.01 |
0.1 |
1224 |
|
ENRZ-TU003-※ |
30 |
0.02 |
468 |
||
|
ENRZ-TU008-※ |
200 |
80 |
0.1 |
714 |
|
|
ENRZ-TU013-※ |
130 |
0.2 |
500 |
||
|
ENRZ-TU020-※ |
200 |
0.2 |
291 |
||
|
ENRZ-TU040-※ |
400 |
0.5 |
148 |
||
|
ENRZ-TU060-S |
400 |
600 |
0.5 |
113 |
|
|
ENRZ-TU080-S |
800 |
1 |
83 |
Straight type
Offset type
|
TOOL UNIT MODEL |
A |
Ｂ |
Ｃ |
Ｄ |
Ｅ |
Ｆ |
Ｇ |
Ｈ |
Ｉ |
Ｊ |
Ｋ |
Ｌ |
Weight (kg) |
|
ENRZ－TU001－S |
28 |
286 |
42 |
M5 |
□38 |
－ |
－ |
－ |
－ |
8 |
φ3 |
9.5 |
1.9 |
|
ENRZ－TU001－O |
28 |
343 |
28 |
M5 |
38 |
18 |
－ |
－ |
79.5 |
8 |
φ3 |
9.5 |
2.3 |
|
ENRZ－TU003－S |
28 |
292 |
42 |
M5 |
□38 |
－ |
－ |
－ |
70 |
8 |
φ3 |
9.5 |
1.9 |
|
ENRZ－TU003－O |
28 |
349 |
28 |
M5 |
38 |
18 |
－ |
－ |
79.5 |
8 |
φ3 |
9.5 |
2.3 |
|
ENRZ－TU008－S |
35 |
329 |
65 |
M8 |
80 |
－ |
85.5 |
65.5 |
－ |
8 |
φ4.5 |
12.7 |
4.2 |
|
ENRZ－TU008－O |
35 |
399 |
46 |
M8 |
60 |
29 |
85.5 |
－ |
－ |
8 |
φ4.5 |
12.7 |
4.7 |
|
ENRZ－TU013－S |
40 |
329 |
65 |
M10 |
80 |
－ |
85.5 |
65.5 |
－ |
9 |
φ4.5 |
15.9 |
4.2 |
|
ENRZ－TU013－O |
40 |
412 |
44 |
M10 |
60 |
32 |
71.5 |
－ |
86.5 |
9 |
φ4.5 |
15.9 |
5.2 |
|
ENRZ－TU020－S |
40 |
384 |
65 |
M10 |
80 |
－ |
85.5 |
65.5 |
－ |
9 |
φ4.5 |
19 |
5.5 |
|
ENRZ－TU020－O |
40 |
468 |
36.5 |
M10 |
60 |
36.5 |
85.5 |
－ |
100 |
9 |
φ4.5 |
19 |
6.5 |
|
ENRZ－TU040－S |
55 |
398 |
84 |
M12 |
100 |
－ |
100 |
71 |
－ |
14.5 |
φ6.3 |
25.4 |
6.3 |
|
ENRZ－TU060－S |
55 |
455 |
88 |
M12 |
80 |
－ |
113 |
－ |
|
14.5 |
φ6.3 |
25.4 |
12.0 |
|
ENRZ－TU080－S |
55 |
455 |
88 |
M12 |
80 |
－ |
113 |
－ |
|
14.5 |
φ6.3 |
31.8 |
12.0 |
工具单元和控制器的组合
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工具单元 |
可以组合的控制器 |
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ENRZ－TU001－※ |
ENRZ－AU40－10 |
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ENRZ－TU003－※ |
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ENRZ－TU008－※ |
ENRZ－AU40－20 |
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ENRZ－TU013－※ |
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ENRZ－TU020－※ |
|
|
ENRZ－TU040－※ |
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ENRZ－TU060－S |
ENRZ－AU40－40 |
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ENRZ－TU080－S |
5、关于AC伺服拧紧系统
ESTIC的拧紧系统采用交流伺服马达及即时控制技术。
AC伺服系统是现今世界上最成熟的应用技术之一，已被应用于几乎所有相关的工业领域，目前绝大部分的机床控制系统、自动控制系统以及数字控制系统均采用了AC伺服系统。
20世纪70年代，ESTIC和PANASONIC联合开发了专门应用于拧紧机的交流伺服马达以后，此项技术已历经三代革新并日趋完美，并逐步取代了传统的拧紧系统而得到了广泛的应用，与传统的DC伺服马达驱动系统以及其它驱动方式相比较，主要具有以下特点：
免维护系统，无须更换电刷；
由定子散热，并且在瞬间大电流时损失小，因此具有极好的散热性能，运行稳定可靠。
高速时可保持大扭矩，具有最好的扭矩/转速比，在同样的扭矩输出下可以获得更高的扭矩，适应客户更高要求；
结构简单，没有DC伺服系统所必须的霍尔（位置）传感器和电子换向装置，因而故障率低，操作方便，具有更好的维护性能和更低的使用成本；
抗干扰能力强，受外界电磁影响小，可适应更广泛更复杂的工业现场环境。
另外由于交流伺服系统响应速度更快，以及ESTIC采用了高精度传感器方面的科学设计，选用了最新的32-bit CPU，大大提高了处理速度（0.5ms），使得精度方面保证了：
扭矩控制精度3σ/χ≤2%；
角度控制精度≤±1°。
选用了ESTIC最新型的工具单元系统（ENRZ系列），更加小巧和结构紧凑，比以往减少了30%的体积空间。同时应用了高强度减速齿轮，严格遵照ISO9593质量控制体系，以及伴随着设计、工艺和材料的改进，从而使ESTIC的拧紧系统寿命大大提高：
拧紧系统寿命：≥200万次循环
（注：在使用寿命内，可保证其使用精度）
6、扭矩管理和数据统计分析（ENRZ-PC40和DATA LOGGER）
应用Window95、98、2000、NT操作系统，中、日、英文操作界面
紧固结果监控
拧紧步骤编程
控制参数设定
扭矩曲线显示
I/O监控
系统诊断
扭矩数据记录、存储、管理、分析等处
7、HMI DISPLAY UNIT ENRZ-DP40（多轴集中管理）
参数设定和修改
拧紧步骤编程
扭矩曲线显示
拧紧结果显示和记录
系统报警和记录
I/O监控
多轴集中管理控制（BYPASS）
测试功能
