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（1.運(yùn)城職業(yè)技術(shù)學(xué)院，運(yùn)城 044000；2.山西大運(yùn)汽車(chē)制造有限公司，運(yùn)城 044000）

基于PLC的汽車(chē)后橋殼焊接自動(dòng)找正校直裝置設(shè)計(jì)與研究

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（1.運(yùn)城職業(yè)技術(shù)學(xué)院，運(yùn)城 044000；2.山西大運(yùn)汽車(chē)制造有限公司，運(yùn)城 044000）

本文針傳統(tǒng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋后橋殼總成工藝——先焊接后找正校直，尺寸誤差較大且出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，提出新方案，使得焊接校直同步化。利用自動(dòng)控制原理，引進(jìn)PLC控制，實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)后橋殼找正校直自動(dòng)化。該裝置既可保證焊接完成后橋殼工件達(dá)到所需的同軸度技術(shù)要求，提升了產(chǎn)品品質(zhì)和生產(chǎn)率。

橋殼 校直 PLC

引言

目前，我國(guó)汽車(chē)工業(yè)高速發(fā)展。無(wú)論哪種汽車(chē)，其關(guān)鍵部件就是后橋。它承受汽車(chē)的重力，并將車(chē)輪上的各種作用力通過(guò)懸架系統(tǒng)傳給車(chē)架或車(chē)身。目前，國(guó)內(nèi)多數(shù)企業(yè)橋殼的生產(chǎn)工藝均采用先將橋殼和半成品半軸套管進(jìn)行焊接，然后用機(jī)械方法進(jìn)行精加工的傳統(tǒng)方法[1]。而實(shí)際上橋殼本體為沖壓焊接件[2]，本身具有圓度誤差，和半軸套管配合后，會(huì)產(chǎn)生較大的同軸度誤差。根據(jù)實(shí)際測(cè)試，最大擺差達(dá)到4mm，最小擺差為0.7mm，一般擺差為2.5mm。由于橋殼焊接總成在使用時(shí)需安裝軸承，且下道工序?yàn)榫?chē)，所以技術(shù)要求橋殼焊后擺差不超過(guò)1.2mm，即需要到壓力機(jī)上進(jìn)行校正。已有的方法是橋殼焊接完成后，應(yīng)用龍門(mén)式校直壓力專(zhuān)機(jī)對(duì)橋殼校正[3]。但這時(shí)半軸套管與橋殼本體已焊接為一體，且本體材料剛性較好，所以校正較困難。壓力機(jī)的壓力為50噸時(shí)，只能校過(guò)十幾絲。壓力過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致工件變形，產(chǎn)生裂紋，以致零件報(bào)廢，給生產(chǎn)企業(yè)造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，且費(fèi)時(shí)費(fèi)力。本文利用自動(dòng)控制原理，引進(jìn)PLC控制，對(duì)原有設(shè)備進(jìn)行改造，使校正工序與焊接橋殼工序同步化。經(jīng)測(cè)試，該裝置既可保證焊接完成后橋殼工件達(dá)到所需的同軸度技術(shù)要求，又可提升產(chǎn)品品質(zhì)和生產(chǎn)率。

1 總體方案與系統(tǒng)框圖

該裝置利用工裝兩端的夾具座分別夾持定位橋殼兩端的半軸套，在機(jī)床兩邊一定位置分別安裝兩個(gè)由液壓驅(qū)動(dòng)的加力器和兩個(gè)傳感器，由液壓缸的活塞桿帶動(dòng)傳感器接觸工件。自動(dòng)找正校直裝置硬件工裝圖如圖1所示，控制系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖1 自動(dòng)找正校直裝置硬件工裝圖

圖2 系統(tǒng)框圖

工件旋轉(zhuǎn)時(shí)，傳感器在液壓缸的帶動(dòng)下接觸工件，實(shí)時(shí)檢測(cè)位移量的變化，將位移的變化量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。經(jīng)放大后，通過(guò)F2-6A-E模擬量擴(kuò)展單元送入基本單元F1-60MR中進(jìn)行比較，先找出一圈中的最高點(diǎn)（max）并記錄，再找出最低點(diǎn)（min）并記錄，使傳感器位置對(duì)準(zhǔn)最低點(diǎn)（加力器位置所對(duì)為最高點(diǎn)）；然后工件停轉(zhuǎn)，加力器在液壓缸活塞推力作用下對(duì)最高點(diǎn)進(jìn)行加壓。此時(shí)，傳感器不停將位移瞬時(shí)值經(jīng)閉環(huán)反饋送入PLC與設(shè)定值比較，直至輸出值達(dá)到技術(shù)要求為止。這時(shí)由PLC控制電磁閥斷電，液壓缸回程，校正工作完畢，可以實(shí)施焊接。

需要指出的是，為了防止校正后旋焊時(shí)工件因轉(zhuǎn)動(dòng)及自重再次引起同軸度誤差，在PLC工作前，操作者需要先將半軸套管與橋殼本體點(diǎn)焊成一體。

2 主要控制環(huán)節(jié)元器件的選擇

2.1 傳感器的選擇

由于系統(tǒng)需要將位移的變化量轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，所以傳感器選擇電阻式位移傳感器，又稱(chēng)電位器。它首先將位移變化轉(zhuǎn)換為電阻值變化，再將電阻轉(zhuǎn)換為電壓變化。它是一個(gè)觸頭可移動(dòng)的接觸式傳感器。工作原理是通過(guò)改變傳感器觸頭的位置，實(shí)現(xiàn)將位移轉(zhuǎn)換為電阻變化，結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 電阻式位移傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

傳感器測(cè)量范圍為1～100mm，精確度為±0.5%，直線(xiàn)性為±0.5%。

另外，因傳感器輸出電壓較小，需在檢測(cè)信號(hào)送入PLC前對(duì)其放大，這里選擇電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路，如圖4所示。

圖4 電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路

2.2 PLC的選型

由于本例的系統(tǒng)需要26個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)，18個(gè)輸出點(diǎn)兩個(gè)模擬量輸入點(diǎn)，所以考慮選擇日本三菱公司的F1-60MR可編程序控制器作為基本單元，它以開(kāi)關(guān)量為主。系統(tǒng)有2個(gè)模擬量輸入，需擴(kuò)展模擬量模塊，考慮選用F2-6A-E。

F1-60MR有36個(gè)輸入點(diǎn)，24個(gè)輸出點(diǎn)，可以滿(mǎn)足系統(tǒng)需要；其輸入端電源有100～110V和200～220V兩種。考慮到盡量和外接的用電器的電源兼容，選用220V的電源端口進(jìn)行電源輸入。

F2-6A-E擴(kuò)展單元有4個(gè)通道的模擬量輸入和2個(gè)通道的模擬量輸出，其電壓輸入范圍為0～10V DC。

當(dāng)F2-6A-E與F1-60MR連接時(shí)，可顯著擴(kuò)大可編程序控制器的功能，通過(guò)2個(gè)模擬通道的信號(hào)輸入，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)，然后送到F1-60MR基本單元中，供程序處理和使用。

3 PLC控制流程圖

3.1 F1-60MR輸入、輸出表

表1為F1-60MR輸入、輸出表。

表1 F1-60MR輸入、輸出表

3.2 流程圖

裝置的工作流程，如圖5所示。

圖5 裝置工作流程圖

4 加工誤差分析

找正校直焊接時(shí)需左右端分開(kāi)進(jìn)行，假如先對(duì)左端操作完畢，右端加力器加壓進(jìn)行找正時(shí)，會(huì)對(duì)左端帶來(lái)一定程度的變形。

核算如下：

取常見(jiàn)擺差2.5mm，加力點(diǎn)分別在距左、右端250mm處，本體長(zhǎng)度為1196mm，半軸套管長(zhǎng)為294mm。當(dāng)將右端壓至跳動(dòng)量為0.5mm時(shí)，左端已找正焊好的一端將產(chǎn)生的變形量為：

由運(yùn)算結(jié)果可知，左端將產(chǎn)生10絲的變形，右端為50絲，滿(mǎn)足不超過(guò)1.2mm的技術(shù)要求。即使有一些焊接變形，也可將其包容在小于1.2mm的范圍之內(nèi)。

5 結(jié)語(yǔ)

這套自動(dòng)找正校直裝置，雖增加了設(shè)備成本，但起到了分階段消除誤差的作用，極大避免了所有誤差集中到焊接后誤差大、加壓困難、導(dǎo)致殘廢品產(chǎn)生的可能性，保證了質(zhì)量，提高了效率。

[1]丁葉，史俊領(lǐng).汽車(chē)橋殼機(jī)加工工藝及設(shè)備分析[J].科技資訊工程技術(shù)，2009，5（b）：66.

[2]雷新，王吉忠.汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋殼新型壓裝工作臺(tái)的設(shè)計(jì)[J].汽車(chē)實(shí)用技術(shù)，2014，（4）：91-94.

[3]蔡士祥，李文林.重卡橋殼快速自動(dòng)找正裝置的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2013，（6）：8-10.

Design and Research of Car Rear Axle Welding for Automatic Alignment Device Based on PLC

ZHANG Yunge1, SHEN Junkai2

(1.Yuncheng vocational and technical college,Yuncheng 044000;2.Shanxi universide automobile manufacture c o.,Ltd.,Yuncheng 044000)

The traditional assembly process of car driving axle rear axle for straightening is first after welding, it easily cause the size error and unstable.For the phenomenon,this paper put forward the new plan，make welding and straightening synchronization . Based on the principle of automatic control, PLC control is recommended, realized the car rear axle alignment alignment automation. The device can ensure the welding meet the requirements of coaxiality after completed the bridge shell workpiece, enhance product quality, and increase roductivity.

axle, straightening, PLC