某车型前车体焊接工装气动控制系统设计

郑武 农振 韩明军

【摘 要】为实现某车型前车体焊接工装执行机构顺序动作，采用纯气动控制形式，设计其气路控制系统，并给出控制系统原理回路图。设计的控制系统特点：保证控制系统安全可靠;控制回路层次分明，保证焊接工装各执行机构顺序动作准确。该设计可为汽车分拼焊装夹具控制系统的设计提供参考。

【关键词】焊接工装;气动控制;顺序动作;控制回路

【中图分类号】U468.23 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2019）02-0078-03

0 引言

焊接工装是汽车白车身制造的关键设备，对汽车生产制造起着至关重要的作用，直接影响汽车生产质量和效率，进而影响公司的效益。其中，气路控制系统是焊接工装的重要组成部分，它通过一定的控制元器件组成的逻辑控制系统来实现焊接工装各执行机构的工艺动作，从而实现对车体零部件的定位、夹紧及传输。因此，气路控制系统的好坏决定着焊接工装定位与夹紧是否准确。以某公司开发的某种车型前车体焊接工装为例，设计其气动控制系统，为焊接工装控制系统设计提供参考[1-2]。

1 焊接工装系统

1.1 夹具结构

焊接工装系统由机械结构及气路控制两部分组成。其机械结构部分。机械部分主要是夹具结构，实现对零件的定位和夹紧，而气路部分是机械部分实现功能的控制载体，本拼台需要焊接的零件见表1。

1.2 夹具工艺动作

根据图1夹具结构，给出焊接工装的气缸定位夹紧功能：13气缸为举升机构，09L＼09R气缸左右大梁焊合件定位，01L＼02L＼10L＼15L＼01R＼02R＼10R＼15R气缸夹紧左右大梁焊合件，06L＼06R气缸为轮罩滑移机构，05L＼05R气缸夹紧左右轮罩，14气缸为前围板焊合件工装滑移，03L＼04L＼07L＼

08L＼16L＼03R＼04R＼07R＼08R＼16R气缸夹紧前围板焊合件，11L＼11R气缸夹紧前横梁焊合件，12气缸为前横梁焊合件工装滑移。其要求的动作顺序见表2，根据气缸的功能对气缸进行分组见表3。

2 气动控制系统设计

汽车焊接工装的气动控制系统一般分纯气控、电气控制和PLC控制系统3种。纯气控制系统是利用气源（压缩空气）作为工作介质，通过使用气管将气控阀及相关控制逻辑元件连接，组成具有相互逻辑关联的控制系统。电气控制系统主系统是通过气源作为工作介质来驱动执行机构动作，而控制部分由电器开关元件与电磁阀的线圈组成，通过电器组成的逻辑电路来控制电磁阀的换向，实现执行机构动作。PLC控制系统的主系统是利用气源作为介质驱动执行机构动作，而控制系统是通过PLC来控制。前两种适用于小规模控制系统，PLC控制系统适用于中、大规模控制系统。本文采用纯气动控制形式，此种控制系统在一些特殊环境下，如高温、易燃易爆，以及對电气设备易造成损坏的潮湿、腐蚀等环境，应用优势较为明显[3-4]。

2.1 气动顺序设计

焊接工装气动顺序控制是指按照工艺流程的顺序，在控制信号的作用下，使生产过程的各个执行机构气缸按照顺序动作。考虑拼台操作人员的安全及执行机构动作的严密性，各执行机构必须严格按顺序动作，因此相互间需有逻辑互锁关系。例如，A组气缸必须下降到位后，B组才能动作等。绘制各执行机构顺序动作逻辑图，它是设计、分析气动控制系统的重要手段，从图中可以直观地反映出气动控制系统中执行元件的状态及各执行元件的相互关系，各执行机构的动作逻辑信号互锁通过检测开关、逻辑阀及按钮结合实现。

2.2 气缸信号输出处理

拼台采用气动控制，气缸到位相关信号通过滚轮杠杆式行程开关检测并传递，此种检测开关为机械接触式检测，此类型检测开关通过机械接触检测，且阀驱动头和阀体绕纵向轴可实现多角度调节，具有安全可靠、易维护的特点[5]。

2.3 回路设计

焊接工装执行机构的动作是严格遵循焊接工艺流程顺序动作，其动作间不能存在相互的干扰信号，而且必须有互锁条件，设计其控制回路图，其工作原理如下。

2.3.1 工作开始

（1）按PB02按钮，驱动MV9换向到左位，气源控制信号传输到气控阀MV1，使之处于右位，A组气缸下降，到位后压下检测开关A10。

（2）按PB03按钮，控制信号通过逻辑与阀ZK01使气控阀MV2换向到左位工作，B组气缸夹紧，到位后压下检测开关B11、B21，并通过逻辑与阀ZK02使气控阀MV3换向到左位工作，C组气缸夹紧，到位后压下检测开关C11、C21，且通过逻辑与阀ZK03使气控阀MV4换向到左位工作，D组气缸夹紧，并压下检测开关D11、D21。

（3）按PB04按钮，通过逻辑与阀ZK04使MV5换向到左位工作，E组夹紧，到位后压下检测开关E11。

（4）同时按PB05、PB06按钮，通过逻辑与阀ZK05使气控阀MV6换向到左位工作，F组夹紧。

（5）按下PB07按钮，通过逻辑与阀ZK06使得气控阀MV7换向到左位工作，G组夹紧，到位后压下检测开关G11，且并通过逻辑与阀ZK07使得气控阀MV8换向到左位工作，H组夹紧。

2.3.2 焊接完成

（1）按工作完成按钮PB08，推动气控阀MV9换向到右位，控制气源信号传输到气控阀MV2、MV4、MV6、MV7，使之处于右位，B、D、F、G组气缸打开。

（2）D组打开后，压下检测开关D10、D20，控制信号通过逻辑与阀ZK09，使气控阀MV3换向到右位工作，C组气缸打开，到位后压下检测开关C10、C20。

（3）F组气缸打开后，压下检测开关F10、F20，控制信号通过逻辑与阀ZK10，使气控阀MV5换向到右位工作，E组气缸打开，到位后压下检测开关E10。

（4）G组气缸打开后，压下检测开关G10，控制信号通过逻辑与阀ZK08，使气控阀MV8换向到右位工作，H组气缸打开，到位后压下检测开关H10。

（5）按下举升按钮PB01，控制信号通过逻辑与阀ZK12、ZK13、ZK14使得气控阀MV1换向到左位工作，A组气缸举升，完成一个工作循环。

3 结语

本文运用气控设计了某车型前车体焊接工装的控制系统，经过调试，控制系统完全达到现场需求。纯气动控制系统有以下特点：整个系统利用气源为工作介质驱动各个气控阀，从而实现各执行机构顺序动作，在一些高温、易燃、潮湿及腐蚀等场合应用优势较为明显，目前在汽车单体焊装工装上应用较多，并且应用灵活。

参 考 文 献

[1]方昌林.液压、气压传与控制[M].北京：机械工业出版社，2001.

[2]SMC（中国）有限公司.现代实用气动技术[M].北京：机械工业出版社，2012.

[3]韩明军，郑武，农振，等.气缸顺序动作控制系统设计[J].企业科技与发展，2014，4（368）：13-16.

[4]韩明军，郑武，农振，等.气缸顺序动作的3种不同控制系统对比分析[J].企业科技与发展，2014，9（373）：31-34.

[5]刘浩，郑武.某车型门盖焊装夹具全气控系统设计[J].科技创新与应用，2017，22（206）：100-102.

[责任编辑：钟声贤]