姚秋鳳，侯志堅

(河南機電高等?？茖W校，河南 新鄉(xiāng) 453000)

汽車行業(yè)在中國作為一個新興行業(yè)極大地帶動了各行各業(yè)的發(fā)展，成為國家國民經(jīng)濟的中流砥柱。隨著全球經(jīng)濟復(fù)蘇的步伐和我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，我國汽車工業(yè)使得更加迅猛的發(fā)展，許多汽車零部件供應(yīng)企業(yè)的產(chǎn)能跟不上汽車工業(yè)發(fā)展的要求。在現(xiàn)階段，只有在汽車零部件生產(chǎn)中提高制造自動化水平和零部件生產(chǎn)效率，才能保證汽車產(chǎn)能的需求。汽車的主要零部件之一即汽車傳動軸，由于產(chǎn)品品種繁多、制造工藝較為復(fù)雜，產(chǎn)品性能要求較高等因素，一般較難提高產(chǎn)品產(chǎn)能，出現(xiàn)了供不應(yīng)求的現(xiàn)象。

汽車傳動軸的實際生產(chǎn)過程包括多種生產(chǎn)流程和施工工藝，其中焊接工藝是生產(chǎn)工藝流程中的關(guān)鍵工藝，包括:“防塵罩的焊接”、“萬向節(jié)的焊接”等等。因此，焊接設(shè)備是汽車傳動軸生產(chǎn)中必不可少的生產(chǎn)設(shè)備。

CXH－Ⅱ型汽車傳動軸雙功能焊接設(shè)備具有現(xiàn)場系統(tǒng)監(jiān)控、人機對話、精密焊接等功能［1］。設(shè)備由動力傳動系統(tǒng)、氣動執(zhí)行系統(tǒng)、自動焊接系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和功能實現(xiàn)輔助系統(tǒng)等系統(tǒng)組成。

傳動軸作為汽車動力傳動系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，它的質(zhì)量好壞直接影響到整臺汽車動力傳動系統(tǒng)的優(yōu)劣，其典型結(jié)構(gòu)為突緣叉(接前軸)、萬向節(jié)、萬向節(jié)叉、花鍵轂、花鍵軸、軸管、萬向節(jié)叉、萬向節(jié)、突緣叉(接后橋)組成。在傳動軸的制造過程中，焊接是一道關(guān)鍵工序，它將關(guān)系到傳動軸的強度、壽命和動平衡特性等性能。需要焊接的部位為花鍵軸、萬向節(jié)叉與軸管的對接處。其結(jié)構(gòu)和焊縫位置如圖1所示。

1 傳動軸焊接工藝

1.1 傳統(tǒng)焊接工藝

傳統(tǒng)焊接工藝一般采用三主件分別焊接方式，焊接前先將萬向節(jié)叉、軸管、花鍵軸在專用的液壓設(shè)備上以過盈配合壓裝，然后由人工校直，最后在焊接專機用雙頂尖分別頂住萬向節(jié)叉和花鍵軸的中心孔對軸管上的兩焊縫進行焊接，焊接工藝用CO2氣體保護焊。焊接工藝的改進針對傳統(tǒng)焊接工藝存在的弊端，并借鑒國外先進的轉(zhuǎn)動軸生產(chǎn)工藝(三主件焊接):

1)將接前軸、后橋的萬向節(jié)總成裝配完成、與軸管壓裝在一起;

2)在雙功能焊接專機上以前后止口法蘭定位進行半自動校直;

3)粗校直后進行自動焊接時采用了CO2+Ar混合氣體保護MAG焊。

2 雙功能焊接設(shè)備的方案

為滿足焊接工藝要求，研制開發(fā)了CXH－Ⅱ型汽車傳動軸雙功能焊接設(shè)備。該設(shè)備設(shè)計的關(guān)鍵點是校直、焊接時的定位工裝和校直機構(gòu)的設(shè)計，難點是工裝的定位精度。

2.1 校直、焊接總體結(jié)構(gòu)

考慮到傳動軸在做動平衡時是在模擬裝車的環(huán)境下進行的，裝車時是以前后突緣叉上的止口定位，法蘭盤鎖緊，這樣就必須在校直、焊接的時候使定位基準與動平衡的基準統(tǒng)一，消除基準不重合誤差。經(jīng)過研究形成以下初步方案，專機的校直、焊接工作結(jié)構(gòu)示意簡圖如圖2所示。

2.2 電氣控制設(shè)計

通過對現(xiàn)場設(shè)備信號的采集，實時的跟蹤系統(tǒng)狀態(tài)，以動態(tài)的畫面將現(xiàn)場情況傳遞出來，同時可以通過系統(tǒng)監(jiān)控對系統(tǒng)進行作業(yè)管理和控制［2］。焊接機可以完成對汽車傳動軸的環(huán)縫滿焊、分段焊和任意區(qū)段焊接，能對多種車型的汽車傳動軸的焊接程序進行存儲和對焊接電壓、電流和送絲速度等參數(shù)的設(shè)定，并且監(jiān)控焊接過程中的焊接參數(shù)，避免了因更換不同產(chǎn)品時重新編制程序、設(shè)置焊接參數(shù)的繁瑣工作，減少了焊接缺陷，提高了工作效率。

2.2.1 電氣控制的硬件設(shè)計

該設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)主要包括:核心控制電路(可編程控制器(FX1N－60MT))、人機對話操作電路(硬開關(guān)操作面板和觸摸屏(GTO－40))、調(diào)速電路(變頻器FR－540E)、信號采樣電路(旋轉(zhuǎn)編碼器(E6B2－CWZ6C))、焊接電源等組成。原理框圖如圖3所示。

圖3 主原理框圖

可編程控制器根據(jù)外圍進行各種信號的采樣、進行數(shù)據(jù)處理、邏輯判斷，然后執(zhí)行相應(yīng)的程序，輸出控制命令進行工作，從而得到焊接或調(diào)試的要求。在觸摸屏上可進行產(chǎn)品型號的選擇、焊接規(guī)范調(diào)整;同時可進行一些設(shè)備調(diào)試:防護門的左右運動、定位進退、主軸順時逆時運轉(zhuǎn)、焊槍進退等等功能測試。以及變頻器在得到控制信號后，能向變頻電機提供合適的信號［3］。

2.2.2 電氣控制的軟件設(shè)計

在設(shè)計時運用優(yōu)化設(shè)計思路，為減小焊接變形，采用了雙規(guī)范焊接——小電流打底，大電流填充，兩次焊接規(guī)范由PLC控制切換，避免每次打底焊接后填充焊接前要預(yù)先調(diào)整規(guī)范的麻煩。另外實現(xiàn)了記憶焊接，在PLC編程中寫入焊接記憶程序，保證在任意位置停止后，再次啟動時能根據(jù)記憶焊接剩余部分，也可清除記憶重新進行整周焊接。當任一焊槍引弧失敗時，程序自動中止并報警，解除報警后可繼續(xù)焊接［4］。

控制系統(tǒng)程序設(shè)計包括調(diào)試和自動控制兩種功能。按照操作順序，首先人工安裝工件，調(diào)整好后踩下加緊控制閥，然后按“校直啟動”按鈕，檢測百分表進到位，進行半自動校直。完成校直功能后，按“啟動1”按鈕，焊槍進到位，防護門關(guān)閉，執(zhí)行焊接子程序1;延時后按照預(yù)先選定的焊接型號，開始執(zhí)行焊接。小電流引弧成功后工件開始轉(zhuǎn)動，正常焊接電流;當打底焊接時后，按“啟動2”按鈕，進行同樣上述操作。經(jīng)過一個周期的焊接后，按照收弧電流收弧，焊接停止，焊槍、汽缸回復(fù)至原位。為下一個焊接周期的工作做好準備。

2.3 焊接方案

針對CO2焊接飛濺和變形偏大的缺點，我們采用杰誠電氣公司生產(chǎn)的NBC－500Ⅱ型焊機，采用CO2+Ar混合氣的保護方式，這樣可以使焊縫成型美觀，并且減小飛濺提高焊接質(zhì)量。對于重型傳動軸則采用雙規(guī)范焊接的方式—180A/23V打底、280A/32V填充。這樣打底時電流小，發(fā)熱和變形小，而且成型的焊道還增大了焊縫連接處的抗拉強度，抵消部分填充時產(chǎn)生的熱變形。

3 結(jié)語

CXH－Ⅱ型汽車傳動軸雙功能焊接設(shè)備，采用PLC和人機對話觸摸屏控制、MAG焊接電源、變頻器和氣動元件，通過旋轉(zhuǎn)編碼器的精確脈沖計數(shù)，獲得了良好的焊接特性和焊接質(zhì)量，同時實現(xiàn)了現(xiàn)場監(jiān)控以及工藝參數(shù)的現(xiàn)場設(shè)置和修改，并能夠進行程序存儲、參數(shù)設(shè)定和調(diào)用。該設(shè)備還具有生產(chǎn)效率高，焊縫美觀，是汽車零件制造業(yè)較為先進的焊接設(shè)備。原來貼平衡片的重量為200～0克，現(xiàn)在為60～100克。通過用戶使用，整套裝置運行穩(wěn)定、可靠，自動化程度高，大大提高了工作效率，同時實現(xiàn)了不用變更程序就可以適用多種產(chǎn)品的施工。

［1］潘際鑾.現(xiàn)代弧焊控制［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2001.

［2］殷樹言，張九海.氣體保護焊工藝［M］.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社，1989.

［3］程佩青.數(shù)字信號處理教程［M］.北京:清華大學出版社，2001:202.

［4］張衛(wèi)寧.TMS320C28 x系列DSP的CPU與外設(shè)(上)［M］.北京:清華大學出版社，2004.