0 引言

    液力變矩器在工作過(guò)程中， 需要承受大的沖擊力矩、 高轉(zhuǎn)速、 高溫度， 因此裝配時(shí)， 需要將上蓋和泵輪焊接成為一體增加強(qiáng)度， 提高抗震能力。 在實(shí)際焊接過(guò)程中， 焊接溫度非常高， 很容易造成液力變矩器的變形， 且殼體與泵輪極易出現(xiàn)同軸度誤差， 最終結(jié)果是汽車(chē)性能受到較大影響。 為液力變矩器的效率、 緩和沖擊力、 加強(qiáng)自適應(yīng)能力， 在液力變矩器上增設(shè)止鎖離合器， 用來(lái)控制渦輪機(jī)構(gòu)與泵輪機(jī)構(gòu)的機(jī)械連接和斷開(kāi)。這要求渦輪輸出軸套焊接后與殼體內(nèi)表面保持一定的距離， 保證當(dāng)離合器處于分離時(shí)， 能有足夠的間隙， 這要求在焊接時(shí)殼體與泵輪的同軸度要求十分嚴(yán)格。 為解決上述難題， 本文選擇基于 PLC 控制的自動(dòng)環(huán)焊縫機(jī)對(duì)液力變矩器進(jìn)行焊接， 通過(guò)在五征集團(tuán)的實(shí)際應(yīng)用， 該焊機(jī)可明顯提高焊機(jī)質(zhì)量和焊機(jī)效率。

1 自動(dòng)環(huán)縫焊機(jī)機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

    液力變矩器是現(xiàn)代汽車(chē)無(wú)極調(diào)速重要的結(jié)構(gòu)組成部分， 其結(jié)構(gòu)如圖 1 所示， 它能夠在汽車(chē)起步時(shí)， 實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)啟動(dòng)， 且在加速過(guò)程中， 起到增大扭矩的作用。 自動(dòng)環(huán)縫焊機(jī)整體機(jī)械結(jié)構(gòu)十分緊湊， 焊槍在空間結(jié)構(gòu)相對(duì)固定， 工件通過(guò)夾具在工作臺(tái)上可旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 為防止在焊接過(guò)程中工件變形， 采取三只焊槍或者更多焊槍在空間上均分同時(shí)工作， 可以有效的減小焊接應(yīng)力。

圖 1 液力變矩器結(jié)構(gòu)圖

    自動(dòng)環(huán)縫焊機(jī)在機(jī)械結(jié)構(gòu)上分為焊槍定位裝置、 工件旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置、 工件壓緊裝置。

    1.1 焊槍定位裝置

    為提高自動(dòng)環(huán)縫焊機(jī)焊的靈活性和通用性， 在設(shè)計(jì)時(shí)， 焊件裝置設(shè)計(jì)為可多維度調(diào)整的機(jī)構(gòu)。 焊槍的定位移動(dòng)采用精密氣缸實(shí)現(xiàn)， 根據(jù)工件的大小和形狀來(lái)調(diào)節(jié)氣缸的位置進(jìn)行焊槍的定位。 此裝置可以通過(guò)微調(diào)焊槍位置提高焊接質(zhì)量， 同時(shí)增加自動(dòng)環(huán)縫焊機(jī)的通用性。

    1.2 工件旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置

    此裝置采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)， 步進(jìn)電機(jī)可以準(zhǔn)確連續(xù)的調(diào)整速度和角度， 根據(jù)工件的大小、 形狀調(diào)節(jié)焊接的速度和角度， 很好的與焊槍的焊接速度相配合， 保證焊接質(zhì)量與效率， 在工件旋轉(zhuǎn)的工程中， 可通過(guò)觸摸屏調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的各種參數(shù)， 實(shí)現(xiàn)焊接生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化。

    1.3 工件壓緊裝置

    為保證自動(dòng)環(huán)縫焊機(jī)在焊接過(guò)程中的安全和焊接質(zhì)量， 本裝置采用專(zhuān)門(mén)的壓緊裝置， 如圖 2 所示， 裝置能夠保證設(shè)備在停氣、 斷電的特殊情況下焊機(jī)動(dòng)作不會(huì)發(fā)生誤動(dòng)作。 夾具的動(dòng)力裝置由氣缸驅(qū)動(dòng)， 氣缸在直線導(dǎo)軌上驅(qū)動(dòng)滑塊進(jìn)行調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)。 放置工件時(shí)， 將工件下半部分放置在回轉(zhuǎn)定位工裝內(nèi)， 定位機(jī)構(gòu)將其鎖緊， 后將工件上半部分放置工裝內(nèi)與下半部分對(duì)齊定位， 此定位機(jī)構(gòu)能夠保證焊件的同軸度要求， 然后焊接。

圖 2 工件壓緊裝置

2 硬件控制部分的設(shè)計(jì)

圖 3 控制部分硬件組成

    由于液力變矩器在焊接過(guò)程中， 工序復(fù)雜、 焊接精度要求較高， 因此控制部分采用 PLC 和觸摸屏等智能儀器來(lái)提升環(huán)縫焊機(jī)的自動(dòng)化程度。 驅(qū)動(dòng)部分則采用精度較高的細(xì)分步進(jìn)電機(jī)。 控制系統(tǒng)硬件主要分為以下幾部分： 主電路、 控制電路、 驅(qū)動(dòng)電路、 輔助控制電路， 如圖 3 所示。

    2.1 控制電路

    設(shè)計(jì)在焊接過(guò)程中 ， 所有的焊接運(yùn)行動(dòng)作都由PLC發(fā)出指令 ， 工件位置信號(hào)和焊機(jī)狀態(tài)信號(hào)是由位置檢測(cè)元件光電傳感器、 限位開(kāi)關(guān)和接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)，并將其輸送給 PLC， 分別用于工件的檢測(cè)、 限位和定位。 控制系統(tǒng)所需要數(shù)字量和模擬量， 通過(guò)接口電路與PLC 相 連 ， PLC 根 據(jù)檢測(cè)信號(hào)發(fā)出相應(yīng)的控制運(yùn)行指令。 主要的控制動(dòng)作有： 工作臺(tái)沿直線導(dǎo)軌在水平方向的平動(dòng)、 工件在水平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及在垂直方向的運(yùn)動(dòng)， 均由步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)控制指令所要求的動(dòng)作。 焊接加工過(guò)程所需要的焊接電源和相應(yīng)的送絲機(jī)都有直接的遠(yuǎn)程控制接口．可以通過(guò)接口電路接至 PLC，控制系統(tǒng)可對(duì)起弧、熄弧及電流切換等過(guò)程進(jìn)行控制。 PLC 電氣原理圖設(shè)計(jì)如圖 4 所示。

圖 4 PLC 電氣原理圖

    2.2 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

    在環(huán)縫焊機(jī)的工作過(guò)程中， 步進(jìn)電機(jī)的的旋轉(zhuǎn)量和旋轉(zhuǎn)速度決定了工件焊接的位置量和焊接的速度。 通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)控制器可以準(zhǔn)確的控制焊接速度和焊接的位置， 同時(shí)速度的調(diào)整可以較好地改變焊接質(zhì)量， 對(duì)同一位置焊接時(shí)間的長(zhǎng)短能夠改變焊接的效果。 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)如圖 5 所示。

圖 5 步進(jìn)電機(jī)控制原理圖

3 控制系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)

    為實(shí)現(xiàn)環(huán)縫焊機(jī)自動(dòng)焊接， 根據(jù)焊接工藝過(guò)程， 采用 PLC 梯形圖編制程序?qū)崿F(xiàn)焊接的邏輯過(guò)程。 控制系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)主要分為： 壓緊裝置動(dòng)作程序、 焊機(jī)速度調(diào)整程序、 焊接過(guò)程動(dòng)作程序、 觸摸屏與 PLC 通訊程序等等。 圖 6 為壓緊裝置動(dòng)作程序梯形圖設(shè)計(jì)； 圖 7 為焊機(jī)速度調(diào)整程序梯形圖設(shè)計(jì)； 圖 8 為焊接過(guò)程動(dòng)作梯形圖設(shè)計(jì)。

圖 6 壓緊裝置動(dòng)作程序梯形圖設(shè)計(jì)

圖7 焊機(jī)速度調(diào)整程序梯形圖設(shè)計(jì)

圖 8 焊接過(guò)程動(dòng)作梯形圖設(shè)計(jì)

4 結(jié)論

    自動(dòng)環(huán)縫焊機(jī)為解決在焊接液力變矩器過(guò)程中工件發(fā)生變形、 焊接質(zhì)量不穩(wěn)、 焊件效率不高的難題， 采用三支焊槍均布工藝， 通過(guò) PLC 對(duì)焊機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制， 較好地解決了上述難題。 焊槍的焊接速度和工件的旋轉(zhuǎn)速度較好地配合， 不但大幅度的提高了焊接效率， 同時(shí)保證了焊接質(zhì)量。 且當(dāng)焊接工件發(fā)生變化時(shí)， 只需通過(guò)觸摸屏調(diào)整相關(guān)參數(shù)， 即能完成不同工件的焊接， 大大提高此裝置的通用性和廣泛性。

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本文標(biāo)題：基于 PLC 控制的自動(dòng)環(huán)縫焊機(jī)的設(shè)計(jì)

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