0 引言
液力變矩器在工作過程中， 需要承受大的沖擊力矩、 高轉速、 高溫度， 因此裝配時， 需要將上蓋和泵輪焊接成為一體增加強度， 提高抗震能力。 在實際焊接過程中， 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同軸度誤差， 最終結果是汽車性能受到較大影響。 為液力變矩器的效率、 緩和沖擊力、 加強自適應能力， 在液力變矩器上增設止鎖離合器， 用來控制渦輪機構與泵輪機構的機械連接和斷開。這要求渦輪輸出軸套焊接后與殼體內表面保持一定的距離， 保證當離合器處于分離時， 能有足夠的間隙， 這要求在焊接時殼體與泵輪的同軸度要求十分嚴格。 為解決上述難題， 本文選擇基于 PLC 控制的自動環焊縫機對液力變矩器進行焊接， 通過在五征集團的實際應用， 該焊機可明顯提高焊機質量和焊機效率。
1 自動環縫焊機機械機構設計
液力變矩器是現代汽車無極調速重要的結構組成部分， 其結構如圖 1 所示， 它能夠在汽車起步時， 實現平穩啟動， 且在加速過程中， 起到增大扭矩的作用。 自動環縫焊機整體機械結構十分緊湊， 焊槍在空間結構相對固定， 工件通過夾具在工作臺上可旋轉運動。 為防止在焊接過程中工件變形， 采取三只焊槍或者更多焊槍在空間上均分同時工作， 可以有效的減小焊接應力。
圖 1 液力變矩器結構圖
自動環縫焊機在機械結構上分為焊槍定位裝置、 工件旋轉驅動裝置、 工件壓緊裝置。
1.1 焊槍定位裝置
為提高自動環縫焊機焊的靈活性和通用性， 在設計時， 焊件裝置設計為可多維度調整的機構。 焊槍的定位移動采用精密氣缸實現， 根據工件的大小和形狀來調節氣缸的位置進行焊槍的定位。 此裝置可以通過微調焊槍位置提高焊接質量， 同時增加自動環縫焊機的通用性。
1.2 工件旋轉驅動裝置
此裝置采用步進電機驅動， 步進電機可以準確連續的調整速度和角度， 根據工件的大小、 形狀調節焊接的速度和角度， 很好的與焊槍的焊接速度相配合， 保證焊接質量與效率， 在工件旋轉的工程中， 可通過觸摸屏調節步進電機的各種參數， 實現焊接生產過程的自動化。
1.3 工件壓緊裝置
為保證自動環縫焊機在焊接過程中的安全和焊接質量， 本裝置采用專門的壓緊裝置， 如圖 2 所示， 裝置能夠保證設備在停氣、 斷電的特殊情況下焊機動作不會發生誤動作。 夾具的動力裝置由氣缸驅動， 氣缸在直線導軌上驅動滑塊進行調節運動。 放置工件時， 將工件下半部分放置在回轉定位工裝內， 定位機構將其鎖緊， 后將工件上半部分放置工裝內與下半部分對齊定位， 此定位機構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 硬件控制部分的設計
圖 3 控制部分硬件組成
由于液力變矩器在焊接過程中， 工序復雜、 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提升環縫焊機的自動化程度。 驅動部分則采用精度較高的細分步進電機。 控制系統硬件主要分為以下幾部分： 主電路、 控制電路、 驅動電路、 輔助控制電路， 如圖 3 所示。
2.1 控制電路
設計在焊接過程中 ， 所有的焊接運行動作都由PLC發出指令 ， 工件位置信號和焊機狀態信號是由位置檢測元件光電傳感器、 限位開關和接近開關檢測，并將其輸送給 PLC， 分別用于工件的檢測、 限位和定位。 控制系統所需要數字量和模擬量， 通過接口電路與PLC 相 連 ， PLC 根 據檢測信號發出相應的控制運行指令。 主要的控制動作有： 工作臺沿直線導軌在水平方向的平動、 工件在水平面內的旋轉運動及在垂直方向的運動， 均由步進電機實現控制指令所要求的動作。 焊接加工過程所需要的焊接電源和相應的送絲機都有直接的遠程控制接口．可以通過接口電路接至 PLC，控制系統可對起弧、熄弧及電流切換等過程進行控制。 PLC 電氣原理圖設計如圖 4 所示。
圖 4 PLC 電氣原理圖
2.2 驅動電路設計
在環縫焊機的工作過程中， 步進電機的的旋轉量和旋轉速度決定了工件焊接的位置量和焊接的速度。 通過控制步進電機控制器可以準確的控制焊接速度和焊接的位置， 同時速度的調整可以較好地改變焊接質量， 對同一位置焊接時間的長短能夠改變焊接的效果。 驅動電路設計如圖 5 所示。
圖 5 步進電機控制原理圖
3 控制系統軟件部分設計
為實現環縫焊機自動焊接， 根據焊接工藝過程， 采用 PLC 梯形圖編制程序實現焊接的邏輯過程。 控制系統軟件部分設計主要分為： 壓緊裝置動作程序、 焊機速度調整程序、 焊接過程動作程序、 觸摸屏與 PLC 通訊程序等等。 圖 6 為壓緊裝置動作程序梯形圖設計； 圖 7 為焊機速度調整程序梯形圖設計； 圖 8 為焊接過程動作梯形圖設計。
圖 6 壓緊裝置動作程序梯形圖設計
圖7 焊機速度調整程序梯形圖設計
圖 8 焊接過程動作梯形圖設計
4 結論
自動環縫焊機為解決在焊接液力變矩器過程中工件發生變形、 焊接質量不穩、 焊件效率不高的難題， 采用三支焊槍均布工藝， 通過 PLC 對焊機進行自動控制， 較好地解決了上述難題。 焊槍的焊接速度和工件的旋轉速度較好地配合， 不但大幅度的提高了焊接效率， 同時保證了焊接質量。 且當焊接工件發生變化時， 只需通過觸摸屏調整相關參數， 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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本文標題：基于 PLC 控制的自動環縫焊機的設計
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