張華忠，王廣業(yè)，國(guó) 兵

（日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 日照 276826）

基于PLC控制的自動(dòng)環(huán)縫焊機(jī)的設(shè)計(jì)

張華忠，王廣業(yè)，國(guó) 兵

（日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 日照 276826）

為解決液力變矩器在焊接過(guò)程中焊件變形、焊件同軸度較差、焊接效率不高的問(wèn)題，論文設(shè)計(jì)以PLC為控制核心自動(dòng)控制系統(tǒng)，配以機(jī)械裝置組成自動(dòng)環(huán)縫焊機(jī)。通過(guò)實(shí)踐中應(yīng)用證明，此環(huán)縫焊機(jī)比傳統(tǒng)焊接具有更高的焊接穩(wěn)定性、更好的焊接質(zhì)量、較高的焊接質(zhì)量，具有廣泛的推廣價(jià)值。

液力變矩器；PLC；自動(dòng)焊接；控制系統(tǒng)

0 引言

液力變矩器在工作過(guò)程中，需要承受大的沖擊力矩、高轉(zhuǎn)速、高溫度，因此裝配時(shí)，需要將上蓋和泵輪焊接成為一體增加強(qiáng)度，提高抗震能力。在實(shí)際焊接過(guò)程中，焊接溫度非常高，很容易造成液力變矩器的變形，且殼體與泵輪極易出現(xiàn)同軸度誤差，最終結(jié)果是汽車(chē)性能受到較大影響。為液力變矩器的效率、緩和沖擊力、加強(qiáng)自適應(yīng)能力，在液力變矩器上增設(shè)止鎖離合器，用來(lái)控制渦輪機(jī)構(gòu)與泵輪機(jī)構(gòu)的機(jī)械連接和斷開(kāi)[1]。這要求渦輪輸出軸套焊接后與殼體內(nèi)表面保持一定的距離，保證當(dāng)離合器處于分離時(shí)，能有足夠的間隙，這要求在焊接時(shí)殼體與泵輪的同軸度要求十分嚴(yán)格。為解決上述難題，本文選擇基于PLC控制的自動(dòng)環(huán)焊縫機(jī)對(duì)液力變矩器進(jìn)行焊接，通過(guò)在五征集團(tuán)的實(shí)際應(yīng)用，該焊機(jī)可明顯提高焊機(jī)質(zhì)量和焊機(jī)效率。

1 自動(dòng)環(huán)縫焊機(jī)機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

液力變矩器是現(xiàn)代汽車(chē)無(wú)極調(diào)速重要的結(jié)構(gòu)組成部分，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，它能夠在汽車(chē)起步時(shí)，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)啟動(dòng)，且在加速過(guò)程中，起到增大扭矩的作用。自動(dòng)環(huán)縫焊機(jī)整體機(jī)械結(jié)構(gòu)十分緊湊，焊槍在空間結(jié)構(gòu)相對(duì)固定，工件通過(guò)夾具在工作臺(tái)上可旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。為防止在焊接過(guò)程中工件變形，采取三只焊槍或者更多焊槍在空間上均分同時(shí)工作，可以有效的減小焊接應(yīng)力。

自動(dòng)環(huán)縫焊機(jī)在機(jī)械結(jié)構(gòu)上分為焊槍定位裝置、工件旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置、工件壓緊裝置。

圖1 液力變矩器結(jié)構(gòu)圖

1.1 焊槍定位裝置

為提高自動(dòng)環(huán)縫焊機(jī)焊的靈活性和通用性，在設(shè)計(jì)時(shí)，焊件裝置設(shè)計(jì)為可多維度調(diào)整的機(jī)構(gòu)。焊槍的定位移動(dòng)采用精密氣缸實(shí)現(xiàn)，根據(jù)工件的大小和形狀來(lái)調(diào)節(jié)氣缸的位置進(jìn)行焊槍的定位。此裝置可以通過(guò)微調(diào)焊槍位置提高焊接質(zhì)量，同時(shí)增加自動(dòng)環(huán)縫焊機(jī)的通用性。

1.2工件旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置

此裝置采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)可以準(zhǔn)確連續(xù)的調(diào)整速度和角度，根據(jù)工件的大小、形狀調(diào)節(jié)焊接的速度和角度，很好的與焊槍的焊接速度相配合，保證焊接質(zhì)量與效率，在工件旋轉(zhuǎn)的工程中，可通過(guò)觸摸屏調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的各種參數(shù)，實(shí)現(xiàn)焊接生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化。

1.3 工件壓緊裝置

為保證自動(dòng)環(huán)縫焊機(jī)在焊接過(guò)程中的安全和焊接質(zhì)量，本裝置采用專(zhuān)門(mén)的壓緊裝置，如圖2所示，裝置能夠保證設(shè)備在停氣、斷電的特殊情況下焊機(jī)動(dòng)作不會(huì)發(fā)生誤動(dòng)作。夾具的動(dòng)力裝置由氣缸驅(qū)動(dòng)，氣缸在直線(xiàn)導(dǎo)軌上驅(qū)動(dòng)滑塊進(jìn)行調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)。放置工件時(shí)，將工件下半部分放置在回轉(zhuǎn)定位工裝內(nèi)，定位機(jī)構(gòu)將其鎖緊，后將工件上半部分放置工裝內(nèi)與下半部分對(duì)齊定位，此定位機(jī)構(gòu)能夠保證焊件的同軸度要求，然后焊接。

圖2 工件壓緊裝置

2 硬件控制部分的設(shè)計(jì)

由于液力變矩器在焊接過(guò)程中，工序復(fù)雜、焊接精度要求較高，因此控制部分采用PLC和觸摸屏等智能儀器來(lái)提升環(huán)縫焊機(jī)的自動(dòng)化程度。驅(qū)動(dòng)部分則采用精度較高的細(xì)分步進(jìn)電機(jī)?？刂葡到y(tǒng)硬件主要分為以下幾部分：主電路、控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、輔助控制電路，如圖3所示。

圖3 控制部分硬件組成

2.1 控制電路設(shè)計(jì)

在焊接過(guò)程中， 所有的焊接運(yùn)行動(dòng)作都由 PLC發(fā)出指令， 工件位置信號(hào)和焊機(jī)狀態(tài)信號(hào)是由位置檢測(cè)元件光電傳感器、限位開(kāi)關(guān)和接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)，并將其輸送給PLC，分別用于工件的檢測(cè)、限位和定位?？刂葡到y(tǒng)所需要數(shù)字量和模擬量，通過(guò)接口電路與PLC相連，PLC根據(jù)檢測(cè)信號(hào)發(fā)出相應(yīng)的控制運(yùn)行指令。主要的控制動(dòng)作有：工作臺(tái)沿直線(xiàn)導(dǎo)軌在水平方向的平動(dòng)、工件在水平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及在垂直方向的運(yùn)動(dòng)，均由步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)控制指令所要求的動(dòng)作。焊接加工過(guò)程所需要的焊接電源和相應(yīng)的送絲機(jī)都有直接的遠(yuǎn)程控制接口.可以通過(guò)接口電路接至PLC，控制系統(tǒng)可對(duì)起弧、熄弧及電流切換等過(guò)程進(jìn)行控制。PLC電氣原理圖設(shè)計(jì)如圖4所示。

2.2 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

圖5 步進(jìn)電機(jī)控制原理圖

在環(huán)縫焊機(jī)的工作過(guò)程中，步進(jìn)電機(jī)的的旋轉(zhuǎn)量和旋轉(zhuǎn)速度決定了工件焊接的位置量和焊接的速度[2]。通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)控制器可以準(zhǔn)確的控制焊接速度和焊接的位置，同時(shí)速度的調(diào)整可以較好地改變焊接質(zhì)量，對(duì)同一位置焊接時(shí)間的長(zhǎng)短能夠改變焊接的效果。驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)如圖5所示。

3 控制系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)環(huán)縫焊機(jī)自動(dòng)焊接，根據(jù)焊接工藝過(guò)程，采用PLC梯形圖編制程序?qū)崿F(xiàn)焊接的邏輯過(guò)程[3]?？刂葡到y(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)主要分為：壓緊裝置動(dòng)作程序、焊機(jī)速度調(diào)整程序、焊接過(guò)程動(dòng)作程序、觸摸屏與PLC通訊程序等等。圖6為壓緊裝置動(dòng)作程序梯形圖設(shè)計(jì)；圖7為焊機(jī)速度調(diào)整程序梯形圖設(shè)計(jì)；圖8為焊接過(guò)程動(dòng)作梯形圖設(shè)計(jì)。

4 結(jié)論

自動(dòng)環(huán)縫焊機(jī)為解決在焊接液力變矩器過(guò)程中工件發(fā)生變形、焊接質(zhì)量不穩(wěn)、焊件效率不高的難題，采用三支焊槍均布工藝，通過(guò)PLC對(duì)焊機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制，較好地解決了上述難題。焊槍的焊接速度和工件的旋轉(zhuǎn)速度較好地配合，不但大幅度的提高了焊接效率，同時(shí)保證了焊接質(zhì)量。且當(dāng)焊接工件發(fā)生變化時(shí)，只需通過(guò)觸摸屏調(diào)整相關(guān)參數(shù)，即能完成不同工件的焊接，大大提高此裝置的通用性和廣泛性。

圖6 壓緊裝置動(dòng)作程序梯形圖設(shè)計(jì)

圖7 焊機(jī)速度調(diào)整程序梯形圖設(shè)計(jì)

圖8 焊接過(guò)程動(dòng)作梯形圖設(shè)計(jì)

[1]張小云，張延松，等．基于焊點(diǎn)壓痕的伺服焊槍電焊質(zhì)量在線(xiàn)檢測(cè)方法[J].焊接學(xué)報(bào)，2003，10．

[2]杜偉國(guó)，張小云，等.伺服焊槍中頻直流電阻點(diǎn)焊優(yōu)勢(shì)探討[J].電焊機(jī)，2009，8．

[3]洪志育.例說(shuō)PLC[M].北京：人民郵電出版社，2007.

Design of Welding Seam Automatic Loop Control Based on PLC

ZHANG Hua-Zhong，WANG Guang-Ye，GUO Bing
（Rizhao Polytechnic，Rizhao Shandong 276826,China）

In order to solve the problem of hydraulic torque converter in the welding process welding deformation,welding,welding coaxiality of poor efficiency is not high,this design with PLC as the control core of the automatic control system,with a mechanical device automatic girth welding machine.Through the practice of application shows that,this ring seam welding machine than traditional welding has higher welding stability,better welding quality,high welding quality,and wide popularization value.

torque converter；PLC；automatic welding；control system

TP3993

：Adoi:10.3969/j.issn.1002-6673.2014.03.059

1002－6673（2014）03－155－03

2014－03－20

張華忠 （1974-），男，山東濰坊人，研究生，講師?，F(xiàn)主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的教學(xué)與科研工作。