劉浩+鄭武

摘 要：在某車型門蓋焊裝夾具的設計中，為實現(xiàn)車門焊裝夾具的快速切換，采用全氣動控制形式作為其控制系統(tǒng)，并給出控制系統(tǒng)原理回路圖。設計的控制系統(tǒng)特點：整個焊裝夾具拼臺采用壓縮空氣作為能源和控制介質，便于夾具整體的快速切換；對氣缸關夾狀態(tài)進行氣信號輸出處理，控制邏輯中引入氣缸狀態(tài)，實現(xiàn)閉環(huán)控制；對高低配配置零件進行防錯識別，保證控制系統(tǒng)安全可靠；控制回路層次分明，夾具各執(zhí)行機構順序動作準確。

關鍵詞：焊裝夾具；全氣動控制；防錯識別；氣缸順序動作

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2945（2017）22-0100-03

1 概述

近年隨著汽車產業(yè)的快速發(fā)展，我國逐步成為世界第一的汽車產銷大國，人們的需求逐漸多樣化，汽車產品的更新?lián)Q代也越來越頻繁，受成本和場地等因素的制約，生產線的柔性兼容和快速切換顯得尤為重要。在白車身焊裝工藝中，主線通常采用同平臺各車型柔性兼容的策略，車門分總成由于不同車型的造型差異性，很難做到焊裝夾具設備的共用，因此車門焊裝夾具往往需要整體切換。氣路控制系統(tǒng)是焊裝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)來實現(xiàn)夾具執(zhí)行機構要求的工藝動作，從而達到對車體零部件的定位與夾緊[1][2][3]。

車身焊裝夾具的氣動控制系統(tǒng)一般分三種：全氣控、電氣控制以及PLC控制系統(tǒng)。全氣控控制系統(tǒng)是僅利用壓縮空氣作為工作介質，通過使用氣管將氣控閥及相關氣控邏輯元件連接，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來驅動執(zhí)行機構動作，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)行機構動作；PLC控制系統(tǒng)的主系統(tǒng)也是利用氣源作為介質驅動執(zhí)行機構動作，而控制系統(tǒng)是通過PLC來控制。在車門焊裝夾具設備上，純氣控的控制形式能夠抗高溫、強磁，在潮濕、腐蝕等環(huán)境下也不易損壞，切換時只需將設備總氣源口的耦合快插接頭斷開即可，顯得優(yōu)點突出。以某車型車門焊裝生產線中一個焊裝夾具拼臺為例，設計其氣動控制系統(tǒng)，為焊接夾具控制系統(tǒng)設計提供參考[3][4]。

2 焊裝夾具的結構及工藝動作要求

2.1 焊裝夾具結構

門蓋焊裝夾具一般由定位和夾緊兩部分組成，此套夾具主定位銷為固定式，為了焊接工作完成后便于零件脫銷，此門蓋夾具額外多了一套零件舉升裝置。圖1為此套夾具的結構平面圖，表1所列為此工位需要焊接的零件。分析夾具結構不難識別出：01氣缸為舉升機構氣缸，02、03、04為內板夾緊機構氣缸，05、06為鉸鏈加強板定位機構氣缸，07為滾壓窗框總成手動定位機構氣缸，08、09、10、17為鉸鏈加強板夾緊機構，10～15、17、18為滾壓窗框總成夾緊機構，16為鎖扣加強板手動夾緊機構，其中10、17氣缸驅動的夾緊機構為鉸鏈加強板和滾壓窗框總成公用的夾緊機構。

2.2 焊接夾具工藝動作要求

一般而言，夾具工藝動作為：舉升機構下降-安裝上工序總成件（門蓋內板）-總成件夾緊（內板夾緊）-散件定位銷伸出-安裝本工位需焊接的散件-散件夾緊——焊接——零件定位銷退出-夾具打開。手動定位和手動夾緊為上一步工藝動作完成后氣缸泄氣。根據(jù)工藝動作要求以及夾具結構將氣缸分為7組：

1組：頂升單元（氣缸01）；2組：內板夾緊單元（氣缸02、03、04）；3組：鉸鏈加強板定位銷單元（氣缸05、06）；4組：滾壓窗框總成定位單元（氣缸07）；5組：鉸鏈加強版、滾壓窗框總成夾緊單元1（氣缸08、09、10、11、12）；6組：鉸鏈加強版、滾壓窗框總成夾緊單元2（氣缸13、14、15、17、18）；7組：鎖扣加強版夾緊單元（氣缸16）。

本工位工藝定義三名工人進行裝件及焊接工作，根據(jù)夾具工藝動作繪制出夾具工藝動作魚骨圖，見圖2。

3 氣動控制系統(tǒng)設計

3.1 氣缸信號輸出處理

為了實現(xiàn)焊裝夾具的閉環(huán)控制，必須對夾具的關夾或氣缸的伸縮狀態(tài)進行信號輸出處理。

拼臺采用氣動控制，氣缸有兩種：夾緊氣缸為一體式夾緊器，見圖3，自身帶有氣動式檢測開關，P口接通主氣源，當夾緊器夾緊到位時，14口輸出氣信號，當夾緊器打開到位時，12口輸出氣信號；伸縮銷機構驅動氣缸為普通導向桿方形氣缸，需要額外安裝匹配機械閥式檢測開關，氣缸到位相關信號通過滾輪杠桿式行程開關檢測并傳遞，此類型檢測開關通過機械接觸檢測，且閥驅動頭和閥體繞縱向軸可實現(xiàn)多角度調節(jié)，見圖4，具有安全可靠、易維護特點。

3.2 防錯控制設計

由于高低配車型在零件配置上有些許差異：低配車型前門內板安裝兩顆鉚釘（鉚釘1、鉚釘2），高配車型前門內板安裝三顆鉚釘（鉚釘1、鉚釘2、鉚釘3），見表1。上工序很有可能出現(xiàn)鉚釘錯打、漏打的情況，單純依靠人工來區(qū)分十分不可靠，因此必須在夾具控制上設計防錯，及時識別零件的錯裝和漏裝，避免不合格零件流向下一工位造成產品質量問題。

根據(jù)零件特征及夾具結構，運用帶常開、常閉復合功能行程檢測開關實現(xiàn)零件防錯，見圖5，該防錯氣路進氣端接主氣源，出氣端接控制箱P6口。檢測開關0S12、0S22為鉚釘1、鉚釘2的檢測開關，檢測開關0S32為高配車型鉚釘3的檢測開關，當鉚釘出現(xiàn)漏打、錯打時，氣信號均無法通過，通過此三個檢測開關，控制系統(tǒng)未切換到相對應車型時，即使完成零件安裝，按工作開始按鈕，焊接夾具也不會有任何動作，從而達到防錯目的。

3.3 氣控回路設計

考慮人機工程和安全因素，每一步零件夾緊動作為裝此件的工人控制。圖1中按鈕盒1～3位置分別為工人1～3工作站立位置。

焊接工裝執(zhí)行機構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6、圖7，其工作原理為：

工作開始：夾具各氣缸都處于工作循環(huán)初始狀態(tài)。工人1～3同時按動按鈕盒1～3的雙手按鈕和下降按鈕，A2口有氣信號輸出，主控閥MV01被驅動到右位，氣缸01縮回，頂升機構下降到位；對應配置車型若內板鉚釘無錯裝漏裝，安裝內板后防錯氣路導通，P6口有氣信號輸入；工人1、2分別驅動按鈕盒1、2的雙手按鈕和內板夾緊按鈕，與閥AND04和AND05進氣口都有氣信號輸入，AND05出氣口氣信號驅動中繼閥V01到左位，A3口有氣信號輸出，主控閥MV02、MV03被驅動到左位，氣缸02、03、04、05、06伸出，內板夾緊，鉸鏈加強板定位銷伸出，氣缸07、16泄氣，滾壓窗框手動定位單元和鎖扣加強板夾緊單元可手動，工人1安裝鎖扣加強板，手動夾緊后氣缸16檢測開關14口有氣信號輸出到控制箱P13，驅動按鈕盒1的雙手按鈕和鎖扣夾緊按鈕，A6口有氣信號輸出，主控閥MV07被驅動到左位，7組氣缸夾緊，工人2安裝鉸鏈加強板，工人3待工人2安裝完后安裝滾壓窗框總成并手動伸銷定位，檢測開關4S12導通，然后驅動按鈕盒3的雙手按鈕和窗框夾緊按鈕，A5口有氣信號輸出，主控閥MV04、MV05、MV06被驅動到左位，4組～6組氣缸夾緊。至此夾具關夾完成，開始焊接工作。

工作完成：工人3驅動按鈕盒3的雙手按鈕和打開按鈕，中繼閥V01被驅動到右位，A4口有氣信號輸出，主控閥MV03、MV04被驅動到右位，3組、4組氣缸縮回，鉸鏈加強板定位銷和滾壓窗框定位銷退出；氣缸06縮回到位后驅動檢測開關3S11，檢測開關3S11導通，A41口有氣信號輸出，主動閥MV02、MV05、MV06、MV07被驅動到右位，2組、5組、6組、7組氣缸縮回，夾具全部打開，氣缸10和氣缸18的檢測開關12口有氣信號輸出至P1、P2口，工人3驅動按鈕盒3的雙手按鈕和舉升按鈕，與閥AND01、AND02進氣口都有氣信號輸入，AND02出氣口A1有氣信號輸出，主控閥MV01被驅動到左位，氣缸01伸出，頂升機構上升到位，輸送本工位焊合件至下一工位，完成工作循環(huán)。

4 結束語

針對某車型前門焊裝工藝需求設計焊裝夾具氣動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了夾具整體快速切換功能，高低配車型配置零件防錯識別以及執(zhí)行機構順序動作的控制，該控制系統(tǒng)生產使用近一年，實踐證明其控制可靠，達到設計預期，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）對氣缸開夾狀態(tài)進行氣信號輸出處理，實現(xiàn)了全氣動閉環(huán)控制，滿足夾具整體快速切換需求。（2）運用機械閥作為檢測開關設計防錯零件，保證了控制系統(tǒng)安全可靠。（3）控制回路邏輯清晰、層次分明，確保焊裝夾具各執(zhí)行機構順序動作準確。

參考文獻：

[1]方昌林.液壓、氣壓傳與控制[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001.

[2]SMC（中國）有限公司.現(xiàn)代實用氣動技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012.

[3]韓明軍，鄭武，農振，等.氣缸順序動作的3種不同控制系統(tǒng)對比分析[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2014，9（373）：31-34.

[4]唐德棟，舒慶，劉瑞，等.全氣動多缸行程程序控制系統(tǒng)的快速設計[J].機床與液壓，2013，41（10）：93-94.