卞金玉，文秀海

（河南機電高等?？茖W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、動力性能和油耗指標等，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，使用一臺焊機分時進行三條不同焊縫的焊接，容易因為焊接不平衡而出現(xiàn)焊接質(zhì)量問題，且耗時、耗工。針對此情況，研制了三槍同步自動焊接機床，該機床采用PLC控制、觸摸操作屏和變頻控制技術(shù)，能對不同型號的減震器焊縫進行程序存儲、參數(shù)設(shè)定以及過程監(jiān)控，減少了更換不同型號產(chǎn)品時重新編程、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。該機床不僅可以三槍同時焊接，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，達到一機多用的功能。

1 焊接工藝要求

汽車減振器儲油缸結(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，且要求焊槍焊接時自動移位/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器人完成，而機器人造價高、維修費用高，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 三槍同步焊接機床的整體設(shè)計

機床整體采用“包廂式”設(shè)計，除了焊接電源和操作箱外，全部封閉在箱體內(nèi)。箱體上裝有自動門（由汽缸驅(qū)動），自動門上裝有觀察窗。箱體內(nèi)置自動排煙裝置，可與車間內(nèi)自動排氣管道對接，煙塵直接由排煙管道排出。箱體內(nèi)部安置床頭箱、變頻傳動電機、焊件加緊胎具、焊槍調(diào)整架、焊槍移位機構(gòu)（直線導軌）、氣壓傳動系統(tǒng)等組成部件。操作面板采用觸摸屏（GTO-40）作為人機對話界面進行操作和參數(shù)修改。該焊接機床配備三臺DKR-500型CO2氣體保護焊焊機作為其焊接電源?！鞍鼛健痹O(shè)計具有遮光、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

機床以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數(shù)功能作為命令發(fā)起單元；以氣缸、傳動電機以及焊接電源等作為程序執(zhí)行單元。系統(tǒng)啟動后，PLC根據(jù)已經(jīng)設(shè)置好的程序?qū)碜酝鈬慕o定信號和感應信號進行邏輯處理，然后輸出命令，控制氣缸運動、主軸轉(zhuǎn)動以及焊機焊接，并開始由單元計數(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)工作時是三條焊縫同時焊接，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高級計數(shù)功能對這些焊縫的起點和終點進行判斷，采用增量型光電編碼器發(fā)出的脈沖進行計數(shù)，每個焊接周期設(shè)置720個脈沖，每兩個脈沖代表工件旋轉(zhuǎn)1°。對于①、②兩條焊縫，只需PLC按照預定的脈沖個數(shù)控制焊機的起動、停止即可。對于焊縫③，先用小電流（210 A、24 V）焊接，當焊接到移位點時，PLC控制移位汽缸動作，焊槍往外移2.5 mm（氣缸的移動由光電感應傳感器反饋給PLC），同時PLC控制對應焊接電源，焊機焊接規(guī)范自動調(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統(tǒng)一的起始點作為參考點，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行定位，鋁胎具上各定位點有磁鐵吸合工件，踩下腳踏閥，汽缸驅(qū)動內(nèi)漲式夾具夾緊工件，此設(shè)計定位可靠，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 焊接機床控制系統(tǒng)設(shè)計[3]

4.1 電路控制系統(tǒng)

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

4.2 氣動控制系統(tǒng)

該專機大量采用氣動硬件實現(xiàn)自動化動作，焊接工件的夾緊與放開、安全門的開與閉、焊槍的進與退等功能都是由氣閥來帶動完成。氣動系統(tǒng)的應用既提高了設(shè)備的工作效率，又可使各部件的運動更加精確、及時。在控制過程中，PLC根據(jù)外部采集到的信號或內(nèi)部設(shè)置的時間來控制氣閥，從而控制各個氣缸帶動零部件動作。焊接機床的氣動工作原理如圖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

系統(tǒng)采用觸摸屏作為人機對話界面，既可以完全替代傳統(tǒng)的控制面板和鍵盤操作，又彌補了PLC人機對話較為單一的缺陷，簡化了PLC的控制程序，同時還可以動態(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、焊接時間等）、系統(tǒng)手動調(diào)試窗口、工件型號選擇窗口等。正常焊接時，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，通過窗口上“畫面選擇切換”按鈕進入相應的畫面進行查詢或設(shè)置。觸摸屏（GTO-40）通過數(shù)據(jù)線RS-232與PLC進行通信，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)氣動工作原理

6 結(jié)論

三槍同步焊接機床的設(shè)計與單槍以及雙槍焊接專機相比，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.變頻器和變頻電機的使用使傳動系統(tǒng)更加穩(wěn)定和可控，焊縫邊緣更加整齊；c.運用旋轉(zhuǎn)編碼器計數(shù)，使得焊接更加精確，收弧、引弧準確到位；d.觸摸屏的運用使程序的現(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，做到了一機多用。該設(shè)備經(jīng)過多家企業(yè)使用表明：整套設(shè)備運行穩(wěn)定，焊接質(zhì)量可靠，自動化水平高，操作簡單，是理想的減震器焊接設(shè)備，應用前景良好。

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[1]王少純，戴達軍，韓秀芹，等.汽車減振器半自動裝配線設(shè)計[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：機械工業(yè)出版社，2004.

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

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