汽车侧围裙边点焊机的PLC控制系统设计.pdf

机械研究与应用 2 0 1 3 年 第4 期 第2 6 卷， 总 第1 2 6 期 设计与制造 汽车侧围裙边点焊机的 P L C控制系统设计 朱瑞丹， 张映红 ， 韦华南 柳州职业技 术学院 ，广西 柳州5 4 5 0 0 6 摘要 通过设计一种对汽车侧围裙边进行移动式多点 自动焊接的P L C系统， 解决 了由于汽车车身的侧 围裙边材料 薄、 壳体体积大、 形状复杂等情况导致手工焊接带来的生产效率低和焊接质量不稳定等问题。 关键词 P L C； 点 焊； 汽车侧 围 中图分类号 T H 1 2 2 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 7 - 4 4 1 4 2 0 1 3 0 4 - 0 1 3 9 0 2 PLC Co n t r o l S y s t e m De s i g n o f Ca r S i de Ap r o n Edg e S po t W e l d e r ZHU Ru i -d a n，ZHANG Yi n g -h o n g，W EI Hu a -na n L i u z h o u V o c a t i o n a l T e c h n i c a l C o l l e g e ， L i u z h o u G u a n g x i 5 4 5 0 0 6 ， C h i n a Ab s t r a c t Ap r o n s e d g e ma t e r i a l o f c a r s i d e i s t h i n，l a r g e a n d e o mp l e x s h a p e ．S o i t S h a r d t o b e s p o t we l d b y h a n d d u e t o t h e s po t c o mpr e s s i o n，l i t t l e e d g e a nd na r r o w wo r k s pa c e ．Th i s p r o b l e m c a n be s o l v e d b y a PLC s y s t e m o f mo bi l e mu l t i p o i nt a u t o ma t i c w e l d i n g O 13- t h e c a r s i d e a p r o n e d g e ．T h e s y s t e m c a n e a s i l y b e mo d i f i e d o n t h e p a r t o f t h e we l d i n g p a r a me t e r s ．T h e p r o b l e ms o f l o w p r o d u c t i v i t y o f ma n u a l a n d s o me a u t o ma t i c s p o t w e l d i n g s y s t e ms l a c k o f p o s i t i o n i n g a c c u r a c y a r e s o l v e d ． Ke y wo r dsPLC；s p o t we l d e r ；c a r s i de p a n e 1 引 言 汽车车 身是是汽车的重要组成部分 ， 它 由车 门、 车窗、 车前钣制件 、 壳体等薄钢板 的异 型体 的表面零 件和内部零件组成 ， 汽车车身具有材料薄、 形状复杂、 多为立体曲面结构 、 尺寸大以及表面质量高等特点。 汽车车身的设计 、 车身的焊接工艺和焊接设备也有独 自的特点 1 - 3 ] 。汽车车身设计 与制造是 整个 汽车外 型制造中最关键 的部分 ，汽车车身的焊接设备 ，也 体现当代焊接技术水平 ， 是汽车车身制造技术的重要 组成部分 。 针对汽车车身总拼侧围裙边焊接要求 ， 充分考虑 汽车车身壳体体积大 、 形状复杂和焊接加工难度大的 特点 ， 设计一种适合汽车车身总拼侧围裙边的移动式 多点 自动焊接控制系统 ， 设计焊枪可上下升降 ， 并按 车身的结构形状确定所需的焊点数 。其最大优点是 焊枪既 可 迅速 移 动又 能 多点 焊 接 ， 并 实 现 自动 控 制 J 。同时， 控制气缸行程的定位块用螺丝进行调 节 ， 使焊接产品的定位精度有更好 的保证 。因此 ， 本 控制系统 以较低的成本实现 了汽车车身侧 围裙边焊 接质量和效率的提高 。 2 控制 系统 的技术 要求与技术参数 1 系统技术要求额定三相 电压 3 8 0 V； 额定 功率 2 0 0 k W； 气源压力 0 ． 5 MP a 。 2 系统技术参数生产节拍 4 5 q ／ h ； 承载焊 接电流 7 5 0 A； 工件最 大质量 6 0 k g ； 2维微调有效行 程 1 2 0 m m x 1 2 0 mlT l ； 下枪行程 2 0 0 m l T l 。 3 移动式多点 自动焊接机的工作原理 汽车侧 围裙边 点焊 机选择 P L C控制系统 ， 机械 构件主要包括定位夹紧装置 、 驱 动装置和焊接装置。 系统采用工件移动、 焊枪固定 相对 的焊接方式 ， 考 虑焊接变形的控制 ， 每边采用 6只焊枪焊接 。 1 夹紧装置整个夹紧机构采用气缸驱动滑 块在直线导轨进行上下动作 ， 并设计专用夹具提高焊 接工件 的定位精度。 2 下枪装置焊枪夹持机构多维可调 ， 具体传 动方式为气缸一 位置检测装置一 夹枪机构 一 焊枪。其 中采用 了精密导 向气缸 ， 以保证下枪精度 。 3 焊接装置根据汽车车身侧 围裙边存在接 边搭头小 、 焊点密集和操作空间小等形状特点 ， 该点 焊机选用 x型电焊钳。根据焊接 电流和焊接时间的 要求， 选择 WD K 一 3 A电阻焊控制器。 4 控 制系统设计 工件 的夹 紧与松 开， 焊枪 的移动与工作等均 由 P L C控制装置完成。此 控制器 以三菱 F X 2 N一 8 0 MR 型 P L C为核心组成控制单元 ， 负责接受操作指令 ， 然 后按照程序进行运算处理后 ，向控制器 的各执行单 元发出控制信号。 控制系统主要分为以下几部分 操作面板、 控制 系统 、 驱动 系统 和辅 助控制。控制部 分的设计为手 动 、 自动工作等操作方式 ， 并可对焊接时间和速度进 收稿 日期 2 0 1 3 0 6 1 8 基金项 目 广西教育厅科研项 目 2 0 1 1 0 6 L X 7 6 1 作者简介 朱瑞丹 1 9 8 2 一 ， 男， 广西柳州人， 讲师， 硕士， 主要从事机电一体化技术与机电设备管理等方面的科研工作。 l 3 9 设计与制造 2 0 1 3 年 第4 期 第2 6 卷， 总 第1 2 6 期 机械研究与应 用 行设定。手动操作方式主要供系统安装调试 和检修 时用 ， 通过手动控制按钮 可分别操作各 工序单独进 行 。驱动部分采用 电阻焊控制器来驱 动焊枪工作。 整个系统的输入信号为模拟量 ， 输出负载信号同样为 模拟量 。P L C控制系统的输入输 出分配如表 1 所列 。 P L C控制系统接线图如图 1所示 。 表 1 P L C控 制系统 的 I ／ O分 配表 自动模式 手动模式 工件夹紧 工件松开 焊枪上升 焊枪下降 焊枪 g i 弧 焊枪上升限位 焊枪下降限位 广 ] f一 X O Y 0 草 3广 ]- 3 K A 6 一 X 1 Y 1 X 2 Y 2 j 一 X 3 Y 3 -一 一 X 4 Y 4 一 X 5 Y 5 ● 一 X 6 Y 8 ●一 X 7 Y 7 。 一 X 8 Y 8 _ 一 X g Y 9 _一 ● 一 c 0 N _ 图 l P L C控制系统接线图 工件央紧 工件松羿 焊枪上升 焊枪下降 焊枪{ f 弧 焊枪2 l弧 焊枪3 引弧 采用如下工艺流程来控制焊接过程质量 。在焊 接开始前 ， 将工件通过传送机构运动 到指定位置 ， 工 件夹紧装置将工件压紧； 传动部件移动下枪 ， 然后接 通焊机电源， 使设备进入焊接准备状态 ， 焊枪引弧， 传 动部件退 回， 工 件松 开 ， 一个 循 环完 成 见 图 1 。 P L C控制系统 自动模式的控制程序流程如图 2所示。 图 2 自动模式的控制程序流程 5 结论 使用点焊机多机联动 的 P L C焊接系统来完成汽 车侧围裙边的点焊工作 ， 克服了人工焊接质量不稳定 的问题。同时该系统结构紧凑 ． 每次控制 6个焊枪工 作 ， 使生产效率得到很大提高。 参考文献 [ 1 ] 史耀武． 焊接技术手册 [ M] ． 北京 化学工业 出版社 ， 2 0 0 9 ． [ 2 ] 蒋力培 ， 薛龙 ， 邹勇． 焊接 自动化实用 技术[ M] ． 北京 机械 _ [ 业 出版社 ， 2 0 1 0 ． [ 3 J 皮 亚东 ， 孙筠竹 ， 董青 ， 等． 基 于 P I C的管道 内焊 机控制 系统 [ J ] ． 机电工程 ， 2 0 1 1 ， 2 8 2 8 2 ～ 8 4 [ 4] 阎 红 ， 巴世 光． 联 体式 悬 挂点 焊机 主机 及气 动 系统 的设 计 [ J ] ． 焊接技术 ， 2 0 1 1 ， 3 0 2 3 0 ～ 3 1 ． [ 5 ] 张连新 ， 李 尚政 ， 舒行军 ， 等 基于 P L C中频逆变 电阻点焊 机研 制[ J ]点焊机 ， 2 0 0 9 ， 3 9 1 0 7 4 7 7 ． - l _ ．” Il。 l 一 1 1 I _ ．I I I I I 。 l_ I 一 ’ - 。 I I ⋯ I。 - I I ‘ l ’ i i I i “ i I ‘ i i - I 。 i I 。 ’ i i ⋯。 _ 【 I I I I i I h I I I I h I i I I I I i 叵圄 一 种新型 交流 L E D照明设备研制成功 由成都新力光源 自主研发首创的“ 新一代交流 L E D光引擎技术” ， 目前已开发成功。该设备没有传统意义 上的“ 灯泡” ， 能任意变换“ 身材”， 在灯具 内直接发光， 与直流 L E D相 比成本更低、 寿命更长， 并彻底解决“ 频 闪” 问题。由新力光源与中科 院长春应用化学研 究所合作研发 的“ 新一代交流 L E D光引擎技 术” ， 通过发明一 种发光寿命可调、 与交流供电频率 匹配的新型稀土 L E D发光材料 ， 将稀土长余辉发光技术和半导体照明技 术 结合 ， 从源头彻底解决了频 闪问题。该技术与传统 L E D照明最大不 同在于， 其灯具 内没有传统意义上的灯泡， 而是一种可塑型的发光材料在灯具 内整体直接发光 ， 成本更低、 可靠性更高、 适应性更好。 本刊辑 1 4 0