代巍 鄭武

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西 柳州 545000

我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，汽車制造業(yè)水平有了很大的提升。車門是汽車的組成部分，因此其焊接工裝設(shè)備是汽車制造中的關(guān)鍵設(shè)備，在汽車生產(chǎn)制造起著至關(guān)重要的作用。其中，氣路控制系統(tǒng)是焊接工裝的重要組成部分，它通過一定的控制元器件組成的邏輯控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)焊接工裝各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工藝動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)車體零部件的定位、夾緊以及傳輸。本文以某公司開發(fā)的某種車型前門焊接工裝為例，設(shè)計(jì)其氣動(dòng)控制系統(tǒng)，為焊接工裝控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考[1-3]。

1 焊接工裝系統(tǒng)

1.1 夾具結(jié)構(gòu)

焊接工裝系統(tǒng)由兩部分組成：機(jī)械結(jié)構(gòu)部分及氣路控制部分，其機(jī)械結(jié)構(gòu)部分見圖1，機(jī)械部分實(shí)現(xiàn)對(duì)零件進(jìn)行定位和夾緊，而氣路部分是機(jī)械部分實(shí)現(xiàn)功能的控制載體，本拼臺(tái)需要焊接的零件：前門內(nèi)板、前門鉸鏈加強(qiáng)板總成、前門內(nèi)板窗臺(tái)加強(qiáng)板、前門密封條導(dǎo)槽、前門鎖加強(qiáng)板、前門鉸鏈加強(qiáng)板總成。

圖1 焊接工裝結(jié)構(gòu)平面圖

1.2 夾具工藝動(dòng)作

根據(jù)圖1工裝結(jié)構(gòu)，給出焊接工裝的氣缸定位夾緊功能：氣缸09、12、13為滑移，氣缸01、02、03、08、10、14夾緊內(nèi)板，氣缸07作為定位銷，氣缸04、05、06定位夾緊門鎖加強(qiáng)板、窗框后加強(qiáng)板，氣缸16、17、18、19、20、21定位夾緊放鉸鏈加強(qiáng)板總成，氣缸11、15定位夾緊放內(nèi)板窗臺(tái)加強(qiáng)板，檢測(cè)開關(guān)A10、A20、A30、A40、A50、A60用于檢測(cè)零件，其要求的動(dòng)作順序見表1。

表1 動(dòng)作順序

2 氣動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

汽車焊接工裝的氣動(dòng)控制系統(tǒng)一般分三種：純氣控、電氣控制以及PLC控制系統(tǒng)。純氣控制系統(tǒng)是利用氣源（壓縮空氣）作為工作介質(zhì)，通過使用氣管將氣控閥及相關(guān)控制邏輯元件連接，組成具有相互邏輯關(guān)聯(lián)的控制系統(tǒng)；電氣控制系統(tǒng)主系統(tǒng)是通過氣源作為工作介質(zhì)來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，而控制部分由電器開關(guān)元件與電磁閥的線圈組成，通過電器組成的邏輯電路來控制電磁閥的換向，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作；PLC控制系統(tǒng)的主系統(tǒng)是利用氣源作為介質(zhì)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，而控制系統(tǒng)是通過PLC來控制。前兩種適用于小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)適用于中、大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)。本文采用純氣動(dòng)控制形式，此種控制系統(tǒng)在一些特殊環(huán)境下，如高溫、易燃易爆、對(duì)電氣設(shè)備易造成損壞的潮濕、腐蝕等環(huán)境，應(yīng)用優(yōu)勢(shì)較為明顯[4-6]。

2.1 零件漏裝控制設(shè)計(jì)

焊接夾具要求焊接的內(nèi)板有鉚釘，在裝件過程中，經(jīng)常出現(xiàn)漏裝的情況，且鉚釘零件體積較小，員工在取件時(shí)不易發(fā)現(xiàn)。因此在控制中必須設(shè)計(jì)防漏裝，以避免員工在操作的過程中，拿錯(cuò)零件焊接，造成損失情況。

根據(jù)零件特征及夾具結(jié)構(gòu)，運(yùn)用帶常開功能行程檢測(cè)開關(guān)實(shí)現(xiàn)零件防錯(cuò)，此種檢測(cè)開關(guān)為滾輪杠桿式機(jī)械接觸檢測(cè)，見圖2，它具有安全可靠、易維護(hù)特點(diǎn)。文中所焊內(nèi)板有6個(gè)鉚釘需要檢測(cè)，因此采用6個(gè)檢測(cè)開關(guān)A10、A20、A30、A40、A50、A60串接，通過此6個(gè)檢測(cè)開關(guān)，控制系統(tǒng)如未檢測(cè)到鉚釘，即使完成零件安裝，按開始工作按鈕，夾緊內(nèi)板的焊接夾具不會(huì)有任何動(dòng)作，從而可達(dá)到防漏裝的要求。

圖2 機(jī)械式檢測(cè)開關(guān)

2.2 氣缸信號(hào)輸出處理

為了實(shí)現(xiàn)焊裝夾具的閉環(huán)控制，必對(duì)夾具的關(guān)夾或氣缸的伸縮狀態(tài)進(jìn)行信號(hào)輸出處理。本設(shè)計(jì)中夾緊氣缸采用的是UNIVERS品牌氣缸，此類型夾緊氣缸為一體式夾緊器，自身帶有氣動(dòng)式檢測(cè)開關(guān)，見圖3，其中，1A口為夾緊檢測(cè)進(jìn)氣口，當(dāng)夾緊器夾緊到位時(shí)，2A 口輸出氣信號(hào)，1B為打開檢測(cè)進(jìn)氣口，當(dāng)夾緊器打開到位時(shí)，1B 口輸出氣信號(hào)；伸縮銷機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)氣缸為普通導(dǎo)向桿方形氣缸，采用圖2類型機(jī)械式檢測(cè)開關(guān)。

圖3 機(jī)械式檢測(cè)開關(guān)

2.3 氣缸速度控制

一般焊接車間使用的氣源壓力在0.5-0.65MPa，焊接夾具在動(dòng)作的過程中，產(chǎn)生的動(dòng)能較大，會(huì)對(duì)氣缸形成沖擊，因此為減小夾具動(dòng)作過程對(duì)氣缸本體的沖擊，延長(zhǎng)其使用壽命，需在氣缸進(jìn)出氣口安裝單向節(jié)流閥，本設(shè)計(jì)中采用排氣節(jié)流式的單向節(jié)流閥來調(diào)節(jié)氣缸的速度，見圖4。

圖4 氣缸速度調(diào)節(jié)

2.4 控制回路設(shè)計(jì)

根據(jù)表1，焊接工裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作是嚴(yán)格遵循焊接工藝流程順序動(dòng)作，其動(dòng)作間不能存在相互的干擾信號(hào)，而且必須有互鎖條件，設(shè)計(jì)其控制回路圖見圖5，其工作原理如下。

2.4.1 工作開始

（1）按PB01、PB02按鈕，氣源控制信號(hào)傳輸?shù)綒饪亻yMV1A處，使之處于左位，A組推進(jìn)；

（2）安裝內(nèi)板零件，夾具檢測(cè)到鉚釘，開關(guān)A10、A20、A30、A40、A50、A60檢測(cè)到位，按PB01、PB03；PB06、PB07 ；PB10、PB11按鈕，氣源控制信號(hào)通過邏輯閥ZK01、ZK06、ZK08傳輸?shù)綒饪亻yMV2A，使之處于左位，B組氣缸夾緊，同時(shí)推動(dòng)處于左位；

（3）B組氣缸夾緊到位，01氣缸夾緊到位，控制氣源通過邏輯閥ZK02與MV7閥，將信號(hào)傳輸?shù)組V3A處，使之處于左位狀態(tài)，C組氣缸夾緊；

（4）B組氣缸夾緊到位，D組04、06兩個(gè)氣缸出氣口處于斷 氣狀態(tài)，安裝窗臺(tái)加強(qiáng)板，并手動(dòng)關(guān)夾此兩個(gè)氣缸，使之夾緊到位信號(hào)接通，按PB01、PB04按鈕，控制信號(hào)通過邏輯閥ZK03傳輸?shù)組V4A處，并使之處于左位狀態(tài)，D組氣缸夾緊；

（5）B組氣缸夾緊到位，E組18、20兩個(gè)氣缸出氣口處于斷氣狀態(tài)，安裝鉸鏈加強(qiáng)板，并手動(dòng)關(guān)夾此兩個(gè)氣缸，使之夾緊到位信號(hào)C11、C21接通，按PB06、PB08按鈕，控制信號(hào)通過邏輯閥ZK04傳輸?shù)組V5A處，并使之處于左位狀態(tài)，E組氣缸夾緊；

（6）B組氣缸夾緊到位，F(xiàn)組11、15兩個(gè)氣缸出氣口處于斷氣狀態(tài)，安裝門鎖、窗框后加強(qiáng)板，并手動(dòng)關(guān)夾此兩個(gè)氣缸，使之夾緊到位信號(hào)接通，按PB10、PB12按鈕，控制信號(hào)通過邏輯閥ZK05傳輸?shù)組V6A處，并使之處于左位狀態(tài)，F(xiàn)組氣缸夾緊；

2.4.2 焊接完成

按PB01、PB05；PB06、PB09 ；PB10、PB13按鈕，控制信號(hào)通過邏輯閥ZK07、ZK09傳輸?shù)組V7B處，并使之處于右位狀態(tài)，并使得A、B、C、D、E、F組氣缸全部打開，完成一個(gè)工作循環(huán)。

圖5 控制回路圖

3 結(jié)語

針對(duì)某車型前門蓋焊接工裝的焊接工藝要求，設(shè)計(jì)了其控制系統(tǒng)，并給出了其控制回路圖，其系統(tǒng)具備控制層次分明，焊接夾具各執(zhí)行機(jī)構(gòu)順序動(dòng)作準(zhǔn)確的特點(diǎn)，完全滿足現(xiàn)場(chǎng)需求。此類型控制系統(tǒng)，在汽車單體焊裝工裝上應(yīng)用較為廣泛。