论文总字数：25055字

摘 要

随着自动化设备的快速发展，人们对打螺丝作业的任务要求越来越智能、快速、高效。自动螺丝机在现代工业技术中得到了广泛的应用，发展方向也趋向于智能化和简洁化，朝着人性化和自动化方向发展。

本文对自动螺丝机进行了研究，首先简述了引入自动螺丝机的原因以及自动螺丝机的现状和发展趋势。根据自动螺丝机的工作原理对自动螺丝机控制系统方案进行了设计，采用LM系列PLC作为控制系统的控制器，根据实际情况对I/O端口进行分配。然后重点对控制系统软件编程进行了设计，结合实际情况采用语句表（STL）进行程序设计。为了操作过程的方便，进行自动螺丝机控制系统的人机界面设计。

关 键 词：自动化， 螺丝机，PLC，上位机，触摸屏

Abstract：With the rapid development of automation equipment, the task of hammering screws is required to be faster, more intelligent and efficient. Automatic screwing machines are widely applied in modern industrial technology and they are developing to the direction of intelligence, simplicity, hommization and automation.

This thesis studies on automatic screwing machines. Firstly, reasons of the introduction of automatic screwing machines as well as their current situation and development tendency are introduced. The design of the control system scheme of automatic screwing machines is based on its working principle. LM series PLC is adopted as the controller of the control system and I/O port is allocated according to practical situation. Secondly, the paper focuses on designing software programming of the control system and the system is programmed with STL. In order to facilitate the process of the operation, the control system of automatic screwing machines is designed with the help of human machine interaction.

Keywords: automation, screwing machine, PLC,PC, touch screen

目录

1 绪论 4

1.1 引言 4

1.2 自动螺丝机现状与发展趋势 4

1.3 本课题的主要任务 5

2 自动螺丝机控制系统方案设计 5

2.1 自动螺丝机控制系统方案设计 5

2.2 PLC选型 9

2.3 本章小结 11

3 控制系统软件设计 11

3.1 LM系列 PLC编程语言 11

3.2 PowerPro 软件编程 13

3.3 本章小结 22

4 人机界面设计与通讯 22

4.1 螺丝机控制系统人机界面设计 22

4.2 Modbus通讯 24

4.3 PLC与上位机及触摸屏之间的通讯 26

4.4 本章小结 26

结论 27

参考文献 28

致谢 29

1 绪论

1.1 引言

在家电产品、机械产品、低压电器产品以及儿童玩具等产品的生产过程中，采用螺丝钉进行连接是常用的方法。所以，在这些产品的生产过程中，打螺丝便成为一种常用的操作工序。随着自动化与半自动化设备高速发展的需求，人们对打螺丝工作的要求越来越智能、快速高效，然而在传统的生产工艺中，传统打螺丝是通过一只手持螺丝，另一只手持电批或风批来完成操作，采用手动操作的方式需要较多的装配，其生产效率十分低下，而且人工成本较高。因此有必要对打螺丝机装置稍加改进以实现打螺丝的自动化，从而降低人工成本。

为了达到预期的目的，该设计所设计的自动螺丝机的工作过程是把需要进行装配的螺丝钉倒进料筒中，通过步进电机带动齿轮附把滚筒里的螺丝旋转带起掉进预设的导料轨上，导料轨装在直震器上，直震器通过震动把螺丝钉送到加料口，加料口上装有一个加料气缸，气缸把螺丝一个个放进透明的导料管里，通过气阀控制气压把螺丝吹进锁嘴上，用一个上下气缸带动旋转的电批把螺丝钉拧进指定的螺丝孔中。X-Y轴自动螺丝机装配机械手臂单元的主要功能是在X轴上装有螺纹孔板进行前后位置的移动；Y轴上装有螺丝机锁批头，带动它可以进行左右位置的移动；X-Y轴能同时动作运动到指定的螺丝孔位置上完成螺丝钉的装配。

1.2 自动螺丝机现状与发展趋势

螺丝是用来连接固定两个或多个物体，是生活中比较常用的连接部件之一，主要分为手动拧螺丝和自动拧螺丝两种基本类型。在一些小批量作业时，可以利用螺丝刀进行人工旋拧，但在大批量作业的情况下，人工旋拧其生产效率较低，因此有必要考虑进行自动化旋拧。自动化旋拧螺丝可划分为手持式自动锁螺丝机和全自动化式锁螺丝机两种类型。

(1) 手持式自动锁螺丝机

手持式自动锁螺丝机，其工作过程中螺丝钉配送、螺丝钉锁付流程一气呵成，不需要人工拿取螺丝，这就极大地提高了生产流程的工作效率，而且还减少了工人的数量。当打完一颗螺丝时，机器会直接地把螺丝输送到批嘴，去掉了人用手拿螺丝的流程。此时只需把螺丝钉直接对准螺丝孔就可以了，轻轻按下螺丝机的按钮螺丝就锁好了，简便快捷。该种自动锁螺丝机具有小巧轻便，放台上台下均可以，没有任何噪音的特点。主要应用于电子、玩具、塑料、通讯、电器设备等行业的生产过程中，然而必须在各个工位位置上分派工人来完成手工旋拧。

(2) 全自动化式锁螺丝机

目前市场上所进口的振盘式自动化锁螺丝机和国产的振盘式自动化锁螺丝机均采取振动盘气动元件作为驱动器件，采用PLC光电传感器和接近开关相互辅助控制，螺丝由驱动器件驱动，经压缩空气高速吹到螺丝刀头来完成锁螺丝作业，具有简便高效的特点。再配置上自动化专机可以实现全自动式无人化锁螺丝工作，然而实际应用到国内企业中该类产品又有一些产品的局限性主要体现在：①对螺丝形状有严格的要求，螺丝直径要求在2.5-5mm，长度5-18mm，超过该范围时打螺丝成功概率比较小；②自动螺丝机对螺丝尺寸方面的精度比较严格，否则会经常造成机器卡堵的状况；③螺丝钉制造周期比较长。由于螺丝种类众多，自动化锁螺丝机属于自动化专用设备，从拿到螺丝钉样品到加工完成通常不低于30个工作日；④造价比较昂贵。由于该种螺丝机属于自动化式专机，此种螺丝机进口价格为4-6万元，国产价格也将近2万元，因此此类自动锁螺丝机应用于手工操作场合不太经济，然而配置到自动化专业设备中才能最大实现其真正的价值。

工业机器人的问世，促进了自动锁螺丝向工业机械手方向的发展，螺丝机具备稳定性好、操作方便、维护方便、控制精度高、人机界面人性化等优点。主要采用单轴和多轴机器人自动运行和单独动作的运行方式，实现了快速的控制响应，且对拧紧扭矩和角度进行了控制，确保了系统的准确性和精度。螺丝机的装置组成包括电动螺丝刀、工业机械手、精装夹具以及螺丝自动上料系统等等。

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