汽車減振器儲(chǔ)油缸三槍同步焊接機(jī)床設(shè)計(jì)

卞金玉，文秀海

（河南機(jī)電高等專科學(xué)校，河南 新鄉(xiāng) 453002）

0 前言

汽車減振器是用來衰減車身和車輪之間彈性元件所貯存振動(dòng)能的懸架部件，其性能的優(yōu)劣直接影響車輛的乘坐舒適性、操縱穩(wěn)定性、動(dòng)力性能和油耗指標(biāo)等，因而越來越受到人們的重視[1]。

貯油缸作為汽車減振器流體介質(zhì)的存儲(chǔ)部件，其性能直接影響到汽車減振器的壽命與安全。傳統(tǒng)汽車減振器貯油缸在加工時(shí)，使用一臺(tái)焊機(jī)分時(shí)進(jìn)行三條不同焊縫的焊接，容易因?yàn)楹附硬黄胶舛霈F(xiàn)焊接質(zhì)量問題，且耗時(shí)、耗工。針對(duì)此情況，研制了三槍同步自動(dòng)焊接機(jī)床，該機(jī)床采用PLC控制、觸摸操作屏和變頻控制技術(shù)，能對(duì)不同型號(hào)的減震器焊縫進(jìn)行程序存儲(chǔ)、參數(shù)設(shè)定以及過程監(jiān)控，減少了更換不同型號(hào)產(chǎn)品時(shí)重新編程、重新調(diào)整焊接參數(shù)的工作，減少了人工誤差，提高了工作效率。該機(jī)床不僅可以三槍同時(shí)焊接，也可單槍、雙槍焊接，只需根據(jù)不同的工件選擇不同的焊接程序即可，達(dá)到一機(jī)多用的功能。

1 焊接工藝要求

汽車減振器儲(chǔ)油缸結(jié)構(gòu)示意如圖1所示（普利馬等車型）。貯油缸為精軋管（20鋼），彈簧托盤、連接總成為2.5冷軋板。其三條焊縫為：①貯油缸和彈簧托盤之間為一條三等份斷續(xù)焊縫；②連接板總成一邊與貯油缸為一條環(huán)形焊縫，中間有85°不焊；③連接板總成另一端與貯油缸缸底為一環(huán)形焊縫，此焊縫有85°焊縫為貯油缸與缸底兩層金屬，另外的焊縫為連接板總成、貯油缸、缸底三層金屬，且要求焊槍焊接時(shí)自動(dòng)移位/變位，焊接規(guī)范也需變換。在批量生產(chǎn)中，傳統(tǒng)焊接工藝主要靠焊接機(jī)器人完成，而機(jī)器人造價(jià)高、維修費(fèi)用高，且焊接質(zhì)量無法完全得到保證。研制的三槍同步焊接機(jī)床不僅能完全滿足減震器焊接的所有要求，且焊接質(zhì)量可靠，價(jià)格便宜，設(shè)備不易損壞，維修方便。

圖1 汽車減振器結(jié)構(gòu)示意

2 三槍同步焊接機(jī)床的整體設(shè)計(jì)

機(jī)床整體采用“包廂式”設(shè)計(jì)，除了焊接電源和操作箱外，全部封閉在箱體內(nèi)。箱體上裝有自動(dòng)門（由汽缸驅(qū)動(dòng)），自動(dòng)門上裝有觀察窗。箱體內(nèi)置自動(dòng)排煙裝置，可與車間內(nèi)自動(dòng)排氣管道對(duì)接，煙塵直接由排煙管道排出。箱體內(nèi)部安置床頭箱、變頻傳動(dòng)電機(jī)、焊件加緊胎具、焊槍調(diào)整架、焊槍移位機(jī)構(gòu)（直線導(dǎo)軌）、氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)等組成部件。操作面板采用觸摸屏（GTO-40）作為人機(jī)對(duì)話界面進(jìn)行操作和參數(shù)修改。該焊接機(jī)床配備三臺(tái)DKR-500型CO2氣體保護(hù)焊焊機(jī)作為其焊接電源。“包廂式”設(shè)計(jì)具有遮光、防腐、防塵等人性化功能[2]。其整體結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。

圖2 設(shè)備組成及焊接示意

3 系統(tǒng)焊接工藝流程設(shè)計(jì)

機(jī)床以PLC作為系統(tǒng)的中心控制單元；以控制面板、傳感器件以及自身計(jì)數(shù)功能作為命令發(fā)起單元；以氣缸、傳動(dòng)電機(jī)以及焊接電源等作為程序執(zhí)行單元。系統(tǒng)啟動(dòng)后，PLC根據(jù)已經(jīng)設(shè)置好的程序?qū)碜酝鈬慕o定信號(hào)和感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行邏輯處理，然后輸出命令，控制氣缸運(yùn)動(dòng)、主軸轉(zhuǎn)動(dòng)以及焊機(jī)焊接，并開始由單元計(jì)數(shù)，從而控制焊接的分段（包括焊槍的位移以及焊接規(guī)范）和焊接的完成周期。

系統(tǒng)工作時(shí)是三條焊縫同時(shí)焊接，且包含了分段焊、移位焊和不同焊接規(guī)范的焊接，所以采取PLC高級(jí)計(jì)數(shù)功能對(duì)這些焊縫的起點(diǎn)和終點(diǎn)進(jìn)行判斷，采用增量型光電編碼器發(fā)出的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，每個(gè)焊接周期設(shè)置720個(gè)脈沖，每兩個(gè)脈沖代表工件旋轉(zhuǎn)1°。對(duì)于①、②兩條焊縫，只需PLC按照預(yù)定的脈沖個(gè)數(shù)控制焊機(jī)的起動(dòng)、停止即可。對(duì)于焊縫③，先用小電流（210 A、24 V）焊接，當(dāng)焊接到移位點(diǎn)時(shí)，PLC控制移位汽缸動(dòng)作，焊槍往外移2.5 mm（氣缸的移動(dòng)由光電感應(yīng)傳感器反饋給PLC），同時(shí)PLC控制對(duì)應(yīng)焊接電源，焊機(jī)焊接規(guī)范自動(dòng)調(diào)節(jié)到大電流（260 A、23 V）焊接，直至焊接結(jié)束。

以上的焊接流程需要有一個(gè)統(tǒng)一的起始點(diǎn)作為參考點(diǎn)，也就是工件的定位至關(guān)重要。采用內(nèi)漲式定位鋁胎具來進(jìn)行定位，鋁胎具上各定位點(diǎn)有磁鐵吸合工件，踩下腳踏閥，汽缸驅(qū)動(dòng)內(nèi)漲式夾具夾緊工件，此設(shè)計(jì)定位可靠，保證了焊縫各段焊縫焊接的精確性。

系統(tǒng)的焊接工藝流程如圖3所示。

4 焊接機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[3]

4.1 電路控制系統(tǒng)

該機(jī)床的電路控制系統(tǒng)主要包括可編程控制器PLC（FX1N-60MT）、人機(jī)對(duì)話觸摸屏（GTO-40），信息采樣電路（E6B2-CWZ6C旋轉(zhuǎn)編碼器），光電感應(yīng)傳感器（EE-670），氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（焊槍行進(jìn)、工件夾緊、自動(dòng)門開關(guān)等裝置）、焊接電源（DKR-500型電焊機(jī)）、工件傳動(dòng)系統(tǒng)（變頻器FR-540E、變頻電機(jī)）等系統(tǒng)組成。電氣控制原理框圖如圖4所示。

4.2 氣動(dòng)控制系統(tǒng)

該專機(jī)大量采用氣動(dòng)硬件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化動(dòng)作，焊接工件的夾緊與放開、安全門的開與閉、焊槍的進(jìn)與退等功能都是由氣閥來帶動(dòng)完成。氣動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用既提高了設(shè)備的工作效率，又可使各部件的運(yùn)動(dòng)更加精確、及時(shí)。在控制過程中，PLC根據(jù)外部采集到的信號(hào)或內(nèi)部設(shè)置的時(shí)間來控制氣閥，從而控制各個(gè)氣缸帶動(dòng)零部件動(dòng)作。焊接機(jī)床的氣動(dòng)工作原理如圖5所示。

圖3 系統(tǒng)焊接工藝流程

圖4 電氣控制原理框圖

5 觸摸屏組態(tài)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用觸摸屏作為人機(jī)對(duì)話界面，既可以完全替代傳統(tǒng)的控制面板和鍵盤操作，又彌補(bǔ)了PLC人機(jī)對(duì)話較為單一的缺陷，簡化了PLC的控制程序，同時(shí)還可以動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的工作狀態(tài)。觸摸屏顯示窗口主要分為：主監(jiān)控窗口（焊接速度、焊接電流、焊接電壓、焊接時(shí)間等）、系統(tǒng)手動(dòng)調(diào)試窗口、工件型號(hào)選擇窗口等。正常焊接時(shí)，觸摸屏以主監(jiān)控顯示為主，在需要查詢和設(shè)置系統(tǒng)工作參數(shù)時(shí)，通過窗口上“畫面選擇切換”按鈕進(jìn)入相應(yīng)的畫面進(jìn)行查詢或設(shè)置。觸摸屏（GTO-40）通過數(shù)據(jù)線RS-232與PLC進(jìn)行通信，方便工藝參數(shù)的現(xiàn)場設(shè)置和修改[4]。觸摸屏主監(jiān)控窗口和產(chǎn)品選擇窗口如圖6所示。

圖5 系統(tǒng)氣動(dòng)工作原理

6 結(jié)論

三槍同步焊接機(jī)床的設(shè)計(jì)與單槍以及雙槍焊接專機(jī)相比，其優(yōu)越性表現(xiàn)為：a.極大的提高了焊接效率和焊接質(zhì)量，節(jié)約了生產(chǎn)成本；b.變頻器和變頻電機(jī)的使用使傳動(dòng)系統(tǒng)更加穩(wěn)定和可控，焊縫邊緣更加整齊；c.運(yùn)用旋轉(zhuǎn)編碼器計(jì)數(shù)，使得焊接更加精確，收弧、引弧準(zhǔn)確到位；d.觸摸屏的運(yùn)用使程序的現(xiàn)場修改和設(shè)置更加方便簡單，能夠適用于多種產(chǎn)品的焊接，做到了一機(jī)多用。該設(shè)備經(jīng)過多家企業(yè)使用表明：整套設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，焊接質(zhì)量可靠，自動(dòng)化水平高，操作簡單，是理想的減震器焊接設(shè)備，應(yīng)用前景良好。

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[1]王少純，戴達(dá)軍，韓秀芹，等.汽車減振器半自動(dòng)裝配線設(shè)計(jì)[J].汽車工藝與材料，2003（7）：17-20.

圖6 觸摸屏主監(jiān)控窗口和產(chǎn)品選擇窗口

[2]沈惠塘.焊接技術(shù)與高招[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[3]張萬忠.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[4]廖常初.西門子人機(jī)界面[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.