某車型前門焊接工裝控制氣路設計

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，因此其焊接工裝設備是汽車制造中的關鍵設備，在汽車生產(chǎn)制造起著至關重要的作用。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)來實現(xiàn)焊接工裝各執(zhí)行機構(gòu)的工藝動作，從而實現(xiàn)對車體零部件的定位、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，設計其氣動控制系統(tǒng)，為焊接工裝控制系統(tǒng)設計提供參考[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：機械結(jié)構(gòu)部分及氣路控制部分，其機械結(jié)構(gòu)部分見圖1，機械部分實現(xiàn)對零件進行定位和夾緊，而氣路部分是機械部分實現(xiàn)功能的控制載體，本拼臺需要焊接的零件：前門內(nèi)板、前門鉸鏈加強板總成、前門內(nèi)板窗臺加強板、前門密封條導槽、前門鎖加強板、前門鉸鏈加強板總成。

圖1 焊接工裝結(jié)構(gòu)平面圖

1.2 夾具工藝動作

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定位夾緊門鎖加強板、窗框后加強板，氣缸16、17、18、19、20、21定位夾緊放鉸鏈加強板總成，氣缸11、15定位夾緊放內(nèi)板窗臺加強板，檢測開關A10、A20、A30、A40、A50、A60用于檢測零件，其要求的動作順序見表1。

表1 動作順序

2 氣動控制系統(tǒng)設計

汽車焊接工裝的氣動控制系統(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控制邏輯元件連接，組成具有相互邏輯關聯(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)動執(zhí)行機構(gòu)動作，而控制部分由電器開關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，實現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)動作；PLC控制系統(tǒng)的主系統(tǒng)是利用氣源作為介質(zhì)驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)動作，而控制系統(tǒng)是通過PLC來控制。前兩種適用于小規(guī)模控制系統(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、對電氣設備易造成損壞的潮濕、腐蝕等環(huán)境，應用優(yōu)勢較為明顯[4-6]。

2.1 零件漏裝控制設計

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，員工在取件時不易發(fā)現(xiàn)。因此在控制中必須設計防漏裝，以避免員工在操作的過程中，拿錯零件焊接，造成損失情況。

根據(jù)零件特征及夾具結(jié)構(gòu)，運用帶常開功能行程檢測開關實現(xiàn)零件防錯，此種檢測開關為滾輪杠桿式機械接觸檢測，見圖2，它具有安全可靠、易維護特點。文中所焊內(nèi)板有6個鉚釘需要檢測，因此采用6個檢測開關A10、A20、A30、A40、A50、A60串接，通過此6個檢測開關，控制系統(tǒng)如未檢測到鉚釘，即使完成零件安裝，按開始工作按鈕，夾緊內(nèi)板的焊接夾具不會有任何動作，從而可達到防漏裝的要求。

圖2 機械式檢測開關

2.2 氣缸信號輸出處理

為了實現(xiàn)焊裝夾具的閉環(huán)控制，必對夾具的關夾或氣缸的伸縮狀態(tài)進行信號輸出處理。本設計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，自身帶有氣動式檢測開關，見圖3，其中，1A口為夾緊檢測進氣口，當夾緊器夾緊到位時，2A 口輸出氣信號，1B為打開檢測進氣口，當夾緊器打開到位時，1B 口輸出氣信號；伸縮銷機構(gòu)驅(qū)動氣缸為普通導向桿方形氣缸，采用圖2類型機械式檢測開關。

圖3 機械式檢測開關

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，焊接夾具在動作的過程中，產(chǎn)生的動能較大，會對氣缸形成沖擊，因此為減小夾具動作過程對氣缸本體的沖擊，延長其使用壽命，需在氣缸進出氣口安裝單向節(jié)流閥，本設計中采用排氣節(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 控制回路設計

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

2.4.1 工作開始

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

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

（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、06兩個氣缸出氣口處于斷 氣狀態(tài)，安裝窗臺加強板，并手動關夾此兩個氣缸，使之夾緊到位信號接通，按PB01、PB04按鈕，控制信號通過邏輯閥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、20兩個氣缸出氣口處于斷氣狀態(tài)，安裝鉸鏈加強板，并手動關夾此兩個氣缸，使之夾緊到位信號C11、C21接通，按PB06、PB08按鈕，控制信號通過邏輯閥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、15兩個氣缸出氣口處于斷氣狀態(tài)，安裝門鎖、窗框后加強板，并手動關夾此兩個氣缸，使之夾緊到位信號接通，按PB10、PB12按鈕，控制信號通過邏輯閥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，完成一個工作循環(huán)。

圖5 控制回路圖

3 結(jié)語

針對某車型前門蓋焊接工裝的焊接工藝要求，設計了其控制系統(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)行機構(gòu)順序動作準確的特點，完全滿足現(xiàn)場需求。此類型控制系統(tǒng)，在汽車單體焊裝工裝上應用較為廣泛。