前車架柔性焊接夾具氣路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鄭武　韓明軍　農(nóng)振

摘 要：為實(shí)現(xiàn)前車架柔性焊接夾具執(zhí)行機(jī)構(gòu)順序動(dòng)作，采用純氣動(dòng)控制形式，設(shè)計(jì)其控制系統(tǒng)，并給出控制系統(tǒng)原理回路圖。設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)特點(diǎn)：柔性程度高，實(shí)現(xiàn)四種車型切換控制；實(shí)現(xiàn)防錯(cuò)，保證控制系統(tǒng)安全可靠；控制回路層次分明，保證焊接夾具各執(zhí)行機(jī)構(gòu)順序動(dòng)作準(zhǔn)確；其設(shè)計(jì)為汽車分拼焊裝夾具控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：焊接夾具；氣動(dòng)控制；車型切換；防錯(cuò)控制；氣缸順序動(dòng)作

中圖分類號(hào)：TG431 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）04-0096-03

Abstract： In order to realize the sequential action of the mechanism of the flexible welding fixture for the front frame， the control system is designed in the form of pure pneumatic control， and the principle circuit diagram of the control system is given. The characteristics of the designed control system are as follows： high degree of flexibility， realizing the switch control of four kinds of vehicles， realizing error prevention， ensuring the safety and reliability of the control system， and making the control loop clear in order to ensure that the sequential actions of each executing mechanism of the welding fixture are accurate； The design provides a reference for the control system design of automobile assembly welding fixture.

Keywords： welding jig； pneumatic control； vehicle switching； anti-misalignment control； cylinder sequential action

焊接夾具是汽車車身制造的關(guān)鍵設(shè)備，它對(duì)汽車生產(chǎn)制造水平起著至關(guān)重要的作用，直接影響汽車生產(chǎn)質(zhì)量和效率，進(jìn)而影響公司的效益。其中，氣路控制系統(tǒng)是焊接夾具的重要組成部分，它由一定的控制元器件組成的邏輯控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)焊接夾具執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求的工藝動(dòng)作，從而達(dá)到對(duì)車體零部件的定位與夾緊。因此，氣路控制系統(tǒng)的好壞決定著焊接夾具定位與夾緊是否準(zhǔn)確。以某公司開發(fā)的多種車型前車架柔性焊接生產(chǎn)線中一個(gè)焊接夾具拼臺(tái)為例，設(shè)計(jì)其氣動(dòng)控制系統(tǒng)，為焊接夾具控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考[1][2][3][4]。

1 焊接夾具系統(tǒng)

1.1 焊接夾具結(jié)構(gòu)

焊接夾具系統(tǒng)由兩部分組成：機(jī)械結(jié)構(gòu)部分及氣路控制部分，討論的焊接生產(chǎn)線需要完成N111汽油車，N111柴油車，N120汽油車，N120柴油車四種車型前車架總成的焊接，這里只討論其2#拼臺(tái)。其機(jī)械結(jié)構(gòu)部分見圖1，需要焊接的零件見表1。

1.2 焊接夾具動(dòng)作要求

根據(jù)圖1夾具結(jié)構(gòu)，給出焊接夾具的氣缸定位夾緊功能：

（1）N111&N120汽油車型：01氣缸為舉升機(jī)構(gòu)，02R＼06R＼07R＼02L＼06L＼07L＼氣缸夾緊車架大梁，03R＼05R氣缸夾緊右蓋板B焊合件，03L＼05L氣缸夾緊左蓋板B焊合件，04R＼04L車型切換。

（2）N111&N120柴油車型：01氣缸為舉升機(jī)構(gòu)，02R＼06R＼07R＼02L＼06L＼07L＼03R＼05R＼03L＼05L氣缸夾緊車架大梁，08R＼08L氣缸夾緊地板1#橫梁總成，09氣缸為地板1#橫梁總成推進(jìn)機(jī)構(gòu)。其要求的動(dòng)作順序見表2、表3，根據(jù)氣缸的功能對(duì)氣缸進(jìn)行分組見表4。

2 氣動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

汽車焊接夾具的氣動(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)也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[5][6][7]。

2.1 車型切換控制設(shè)計(jì)

柔性焊接夾具具有適用性、廣泛性、靈活性高的特點(diǎn)，并能節(jié)省廠房、設(shè)備、人員等投資，是現(xiàn)在夾具設(shè)計(jì)趨勢(shì)，因此其柔性切換控制方式也應(yīng)滿足廣泛線、靈活性及準(zhǔn)確性要求。針對(duì)文中討論的柔性焊接夾具2#拼臺(tái)的特點(diǎn)，采用具有雙穩(wěn)態(tài)功能手動(dòng)兩位五通閥MV1、MV2實(shí)現(xiàn)車型切換控制，其手動(dòng)閥處于不同的位置對(duì)應(yīng)不同車型控制系統(tǒng)，MV1實(shí)現(xiàn)柴油車與汽油車切換，MV2實(shí)現(xiàn)N120與N111車型切換，見圖2；此手動(dòng)閥閥芯有一個(gè)鎖頭，此鎖頭通過氣源進(jìn)行解鎖，在未通氣時(shí)，手動(dòng)閥處于鎖定狀態(tài)，左右都無法換向，運(yùn)用一個(gè)兩位三通按鈕閥PB03進(jìn)行切換確認(rèn)，見圖2；在車型切換時(shí)，必須按住按鈕PB03，手動(dòng)閥MV1、MV2才能進(jìn)行換向，松開按鈕PB03，手動(dòng)閥處于鎖定狀態(tài)，以防止員工誤操作。

2.2 防錯(cuò)控制設(shè)計(jì)

焊接夾具要求焊接N120與N111兩種不同車型的柴油車與汽油車，這四種車型的零件差異較小，員工在取件時(shí)易混淆。因此必須在控制上設(shè)計(jì)防錯(cuò)，避免員工在操作的過程中，拿錯(cuò)不同車型零件焊接，造成損失情況，也為防止員工未正確切換到對(duì)應(yīng)車型時(shí)操作夾壞零件的情況發(fā)生。

根據(jù)零件特征及夾具結(jié)構(gòu)，運(yùn)用帶常開、常閉復(fù)合功能行程檢測(cè)開關(guān)實(shí)現(xiàn)零件防錯(cuò)，運(yùn)用常開功能行程開關(guān)實(shí)現(xiàn)車型切換控制防錯(cuò)，見圖3，其中：檢測(cè)開關(guān)F21、F31、H11為零件檢測(cè)，其中N120車型控制系統(tǒng)接常閉，N111車型控制系統(tǒng)接常開；F11為夾具切換檢測(cè)，用于識(shí)別柴油車與汽油車車型。通過此四個(gè)檢測(cè)開關(guān)，控制系統(tǒng)未切換到相對(duì)應(yīng)車型時(shí)，即使完成零件安裝，按開始工作按鈕，焊接夾具也不會(huì)有任何動(dòng)作，從而達(dá)到防錯(cuò)保護(hù)要求。

2.3 順序動(dòng)作設(shè)計(jì)

氣動(dòng)控制原理動(dòng)作時(shí)序圖是設(shè)計(jì)、分析氣動(dòng)控制系統(tǒng)的重要手段，從圖中可以直觀地反映出氣動(dòng)控制系統(tǒng)中執(zhí)行元件的狀態(tài)以及各個(gè)執(zhí)行元件的相互關(guān)系，見圖4、圖5。

根據(jù)圖4、圖5可知，焊接夾具執(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6，其工作原理為：

（1）N111汽油車：按住按鈕PB03，將手動(dòng)閥MV1、MV2切換到右位，使得控制系統(tǒng)處于N111汽油車車型狀態(tài)，其控制原理：按下降按鈕PB04，氣控閥MV7換向到左位，氣源控制信號(hào)傳輸?shù)綒饪亻yMV3，使之處于右位，A組氣缸下降，到位后壓下檢測(cè)開關(guān)A10，控制氣源通過邏輯與閥ZK05、ZK06將控制信號(hào)傳輸?shù)綒饪亻yMV04，使之處于左位，B組氣缸夾緊車架左右大梁，同時(shí)壓下檢測(cè)開關(guān)B11；安裝右蓋板B焊合件，按下按鈕PB01，氣源控制信號(hào)通過邏輯或閥OR02、OR01推動(dòng)兩位三通單氣控閥V01換向到右位，從而使得E組氣缸夾緊右蓋板B焊合件；安裝左蓋板B焊合件，按下按鈕PB02，氣源控制信號(hào)通過邏輯或閥OR04、OR03推動(dòng)兩位三通單氣控閥V02換向到右位，從而使得F組氣缸夾緊左蓋板B焊合件；焊接完成后，按工作完成按鈕PB06，推動(dòng)氣控閥MV7換向到右位，控制氣源信號(hào)傳輸?shù)綒饪亻yMV04右位，B、E、F組氣缸打開并壓下檢測(cè)開關(guān)B10，控制氣源通過邏輯與閥ZK02、ZK01將控制氣源信號(hào)傳輸?shù)綒饪亻yMV3使之換向到左位，A組氣缸上升，完成一個(gè)工作循環(huán)。（2）N120汽油車：按住PB03按鈕，將手動(dòng)閥MV1切換右位、MV2切換左位，使得控制系統(tǒng)處于N120汽油車車型狀態(tài)，其控制原理與N111汽油車相同。（3）N111柴油車：按住PB03按鈕，將手動(dòng)閥MV1切換左位、MV2切換右位，使得控制系統(tǒng)處于N111柴油車車型狀態(tài)，其控制原理：按下降按鈕按鈕PB04，氣控閥MV7換向到左位，將氣源控制信號(hào)傳輸?shù)綒饪亻yMV3，并使之處于右位，升降氣缸01下降，到位后壓下檢測(cè)開關(guān)A10，控制氣源通過邏輯與閥ZK05、ZK06將控制信號(hào)傳輸?shù)綒饪亻yMV04，使之處于左位，氣缸B組夾緊車架左右大梁，并壓下檢測(cè)開關(guān)B11，氣源通過單氣控閥V01、V02使得氣缸E、F組夾緊；安裝地板1#橫梁總成，按前橫梁夾緊按鈕PB05，控制氣源信號(hào)通過邏輯與閥ZK07傳輸?shù)組V5，并使之換向到左位，C組氣缸夾緊并壓下檢測(cè)開關(guān)C11，控制氣源通過行程開關(guān)C11與邏輯與閥ZK08將控制信號(hào)傳輸?shù)組V6使之換向到左位，D組氣缸推進(jìn)，前橫梁與大梁貼合；焊接完成后，按工作完成按鈕PB06，控制氣源推動(dòng)氣控閥MV7換向到右位，控制氣源信號(hào)傳輸?shù)綒饪亻yMV4、MV5右位，B、E、F組氣缸打開并壓下檢測(cè)開關(guān)B10，C組氣缸打開并壓下檢測(cè)開關(guān)C10；氣源控制信號(hào)通過C10、邏輯與閥ZK09使MV06換向到右位，D組氣缸退出，并壓下檢測(cè)開關(guān)D10；在B、C、D、E、F組氣缸打開后，控制氣源通過邏輯與閥ZK01、ZK02使得MV3換向到左位，A組氣缸上升，完成一個(gè)工作循環(huán)。（4）N120柴油車：按住PB03按鈕，將手動(dòng)閥MV1、MV2切換左位，使得控制系統(tǒng)處于N120柴油車型狀態(tài)，其控制原理與N111相同。

3 結(jié)束語

針對(duì)柔性焊接夾具拼臺(tái)焊接工藝需求設(shè)計(jì)其氣動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了車型切換控制，防錯(cuò)控制以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)順序動(dòng)作的控制，該控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用近一年，實(shí)踐證明其控制可靠，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）柔性好，實(shí)現(xiàn)四種車型控制切換。（2）運(yùn)用檢測(cè)開關(guān)設(shè)計(jì)防錯(cuò)，保證控制系統(tǒng)嚴(yán)密可靠。（3）控制回路層次分明，確保焊接夾具各執(zhí)行機(jī)構(gòu)順序動(dòng)作準(zhǔn)確。

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