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本文作者：李靖尚校漢俊梅董雷由俐崔靜文作者單位：一汽模具制造有限公司

1頂蓋總成焊接工藝

廂式車頂蓋總成由前頂蓋、中頂蓋、后頂蓋3部分焊接合成。其中，前頂蓋和中頂蓋搭接處點(diǎn)焊接16點(diǎn)，中頂蓋和后頂蓋搭接處點(diǎn)焊接16點(diǎn)。兩排焊點(diǎn)的斷面比較如圖1。

2頂蓋總成多點(diǎn)自動焊總體布置

頂蓋總成多點(diǎn)自動焊總體布置（圖2）主要包含產(chǎn)品、自動焊夾具、自動焊機(jī)械裝置、自動焊設(shè)備、自動焊控制系統(tǒng)。在前頂蓋和中頂蓋位置1布置1套自動裝置，完成焊接后通過大型移動機(jī)構(gòu)滑移到中頂蓋和后頂蓋焊接位置2，切換高差，再繼續(xù)自動完成位置2的焊接。用1套裝置完成兩排焊點(diǎn)的焊接，節(jié)省了空間，降低了成本。

3頂蓋總成多點(diǎn)自動焊組成裝置

頂蓋總成多點(diǎn)自動焊主要組成部分如圖3。a.上電極固定滑移框架及滑移裝置：用于固定上電極，帶動上電極實(shí)現(xiàn)前頂蓋和中頂蓋、中頂蓋和后頂蓋兩排焊點(diǎn)的前后X向切換。b.上電極舉升裝置：實(shí)現(xiàn)前頂蓋和中頂蓋、中頂蓋和后頂蓋兩排焊點(diǎn)電極的高低差Z向切換。c.固定上電極：頂蓋外表面焊接用電極。d.自動焊槍裝置：采用4把焊槍，每把焊槍移動4次分別焊接4點(diǎn)，共計(jì)完成16點(diǎn)的焊接。e.自動焊槍前后X向滑移裝置：實(shí)現(xiàn)焊槍隨著上電極完成前頂蓋和中頂蓋、中頂蓋和后頂蓋兩排焊點(diǎn)的X向切換。f.自動焊槍寬度Y向滑移裝置：采用背對背氣缸實(shí)現(xiàn)每把焊槍移動4次到達(dá)16個(gè)焊點(diǎn)的位置。

4頂蓋總成多點(diǎn)自動焊機(jī)械裝置的設(shè)計(jì)與優(yōu)化

4.1固定上電極的龍門滑移裝置和舉升裝置

（1）龍門滑移裝置（圖4）采用電機(jī)、齒輪、齒條傳動實(shí)現(xiàn)頂蓋前后焊接位圖3頂蓋總成多點(diǎn)自動焊組成裝置置移動1367mm。對于較大行程，齒輪齒條傳動平穩(wěn)，性能可靠。（2）舉升裝置（圖4）采用氣缸雙導(dǎo)柱機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)頂蓋前后焊接位置6mm的高差切換。對于較小行程，采用此機(jī)構(gòu)成本低，運(yùn)行穩(wěn)定。

4.2龍門行走位置精確定位的電氣控制原理

如圖5，采用2臺變頻器INV1和INV2分別控制電機(jī)M1、M2，并且每臺電機(jī)通過絕對值編碼器實(shí)時(shí)地反饋電機(jī)的運(yùn)動位置，通過閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)電機(jī)精確定位。2臺變頻器之間采用主、從網(wǎng)絡(luò)連接，通過變頻器編程，實(shí)現(xiàn)INV1作為主動、INV2作為從動，保證2個(gè)電機(jī)運(yùn)行速度一致，達(dá)到同步運(yùn)行。

4.3多點(diǎn)自動焊槍的X向、Y向移動裝置

多點(diǎn)自動焊槍的X向移動：采用電機(jī)齒輪齒條傳動裝置移動1367mm，用1套自動焊槍裝置完成前頂蓋和中頂蓋、中頂蓋和后頂蓋2條焊縫的焊接。多點(diǎn)自動焊槍的Y向移動：采用背對背雙氣缸傳動裝置實(shí)現(xiàn)每把焊槍移動4次，1次完成焊接4點(diǎn)，移動4次后4把焊槍共計(jì)完成焊接16點(diǎn)的頂蓋焊接（圖6）。在焊接工裝中，常用的車型切換氣動滑臺裝置只能實(shí)現(xiàn)原位和氣缸行程伸出后兩個(gè)位置切換，或用雙行程氣缸實(shí)現(xiàn)3個(gè)位置切換。此次采用了一種需要多個(gè)位置切換的氣動滑臺組合裝置。它的特點(diǎn)主要在于應(yīng)用兩個(gè)普通氣缸組合使用，以較低的成本、緊湊的結(jié)構(gòu)較好地實(shí)現(xiàn)了氣動滑臺4個(gè)位置的切換（圖7）。該裝置在柔性混流焊裝夾具中得到應(yīng)用，設(shè)想巧妙，有效利用了空間。（c）雙面單點(diǎn)焊（d）雙面雙點(diǎn)焊圖8多點(diǎn)自動焊供電方式（a）單面單點(diǎn)焊（b）單面雙點(diǎn)焊

5多點(diǎn)自動焊系統(tǒng)推挽式饋電方式的研發(fā)

5.1饋電原理

多點(diǎn)自動焊供電方式主要有4種：單面單點(diǎn)焊、單面雙點(diǎn)焊、雙面單點(diǎn)焊（也稱焊鉗）、雙面雙點(diǎn)焊（圖8）。單面單點(diǎn)焊：用1對輔助電極代替1個(gè)焊點(diǎn)，1次僅焊1點(diǎn)，效率低。單面雙點(diǎn)焊：1個(gè)變壓器完成2點(diǎn)焊接，效率高，但分流大，僅適用于薄板。雙面單點(diǎn)焊：1次焊1點(diǎn)，中間部位焊鉗喉伸大，使用有局限性。雙面雙點(diǎn)焊：上、下兩側(cè)各1個(gè)焊接變壓器，從2個(gè)方向傳導(dǎo)焊接電流，同時(shí)加壓，焊接變形小，焊點(diǎn)強(qiáng)度好。目前，國內(nèi)外大多采用的是單面單點(diǎn)焊、單面雙點(diǎn)焊的導(dǎo)電方式，上、下板加熱不均，分流大，焊接質(zhì)量不可靠，不能滿足焊件表面的精度要求。所以，許多廠商片面地認(rèn)為多點(diǎn)自動焊已落后，主張以機(jī)器人代替多點(diǎn)焊機(jī)。隨著焊接技術(shù)的不斷發(fā)展，雙面雙點(diǎn)焊接技術(shù)的優(yōu)勢逐漸體現(xiàn)出來，效率高，設(shè)備制造成本低，資金投入少，便于維護(hù)和操作等。尤其是大型覆蓋件的外表面焊接，雙面雙點(diǎn)焊接采用上、下變壓器同時(shí)得電，保證上、下電極同時(shí)加壓和焊接，工件的變形會更小，這是機(jī)器人很難實(shí)現(xiàn)的。因此，焊裝線多點(diǎn)焊接技術(shù)在市場上的占有率會更高。

5.2饋電系統(tǒng)組成

多點(diǎn)自動焊饋電系統(tǒng)由以下5大部分組成（圖9）。a.上電極用變壓器。b.上電極用變壓器電纜。c.下部焊槍用變壓器。d.下部焊槍用變壓器電纜。e.控制系統(tǒng)。

6多點(diǎn)自動焊電氣自動化控制技術(shù)的研發(fā)

國內(nèi)外大多采用1臺焊接控制器控制1臺單極焊接變壓器實(shí)現(xiàn)單面單點(diǎn)焊、單面雙點(diǎn)焊的導(dǎo)電方式焊接，焊接控制器每啟動1次完成1點(diǎn)的焊接，焊接控制器用量多，不僅成本很高，而且焊接節(jié)拍特別慢。多點(diǎn)自動焊電氣自動化控制系統(tǒng)采用1臺焊接控制器控制上、下兩臺多極焊接變壓器T1、T2，當(dāng)PLC控制程序給焊接控制器發(fā)出啟動信號時(shí)，上、下兩臺多極焊接變壓器上的每組正、負(fù)電極同時(shí)得電。具體電流走向是：第1臺多極焊接變壓器第1組的正極通過電極塊、工件、第1把焊槍到第2臺多極焊接變壓器第1組的負(fù)極，第2臺多極焊接變壓器第1組的正極通過第1把焊槍、工件、電極塊到第1臺多極焊接變壓器第1組的負(fù)極，使電流形成閉環(huán)回路A。同理，連接焊接變壓器的第2組正、負(fù)電極，使電流形成閉環(huán)回路B。即：T1_A+至電極2至焊槍2至T2_A-至T2_A+至焊槍1至電極1至T1_A-，形成一個(gè)閉合回路A，如圖10。變壓器的B組電流流向同A組，A、B組同時(shí)啟動保證同一時(shí)間焊接4點(diǎn)。這樣，使1臺焊接控制器每啟動1次完成4點(diǎn)同時(shí)焊接，既能減少焊接控制器及相應(yīng)連接控制器的外圍附件，又能提高生產(chǎn)節(jié)拍。多點(diǎn)自動焊電氣自動化控制系統(tǒng)在今后控制領(lǐng)域中占有絕對的優(yōu)勢。圖11為焊接控制器的接線形式和焊機(jī)控制器控制時(shí)序。

7汽車覆蓋件外表面無痕焊接的控制

7.1焊槍和電極的冷卻水系統(tǒng)

采用冷卻水系統(tǒng)可控制電極溫度，保持電極壽命和焊接質(zhì)量。焊槍和電極的冷卻水系統(tǒng)中控制箱、變壓器、電極、自動焊槍均需冷卻。

7.2制作頂蓋整體加工數(shù)模

將16塊上電極安裝后整體數(shù)控加工，確保曲面的整體加工精度，從而保證頂蓋外表面覆蓋件的光滑、無痕焊接（圖12）。

7.3電極可調(diào)整機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

單個(gè)固定上電極磨損后可更換。當(dāng)電極使用磨損時(shí)，下旋調(diào)整螺栓到合適位置，用螺母鎖死。同時(shí)，用楔塊鎖死上電極，保持電極焊接時(shí)固定可靠（圖13）。

7.4電極絕緣問題

用消防水帶重新包裹了電纜的外帶，解決了電纜外帶損壞和相互分流打火的問題。

7.5電極磨損后快速準(zhǔn)確更換的校正定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

每個(gè)固定上電極磨損更換后，高低位置不唯一，沒有安裝基準(zhǔn)。為保證電極更換后與產(chǎn)品型面貼合良好，設(shè)計(jì)了專用電極使用磨損后的更換校正定位機(jī)構(gòu)（圖14）。更換電極時(shí)，將帶有電極定位用基準(zhǔn)樣板的螺旋卡固定在電極更換處做基準(zhǔn)，電極安裝后調(diào)靠到該基準(zhǔn)面上即可。該機(jī)構(gòu)使用方便，定位可靠。

8標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化設(shè)計(jì)

多點(diǎn)自動焊技術(shù)通過應(yīng)用并進(jìn)行優(yōu)化完善，形成系列化和標(biāo)準(zhǔn)化，如電機(jī)齒輪齒條傳輸裝置的標(biāo)準(zhǔn)化，氣缸雙導(dǎo)柱舉升機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，電極調(diào)整機(jī)構(gòu)的模塊化，水、氣路的模塊化，為今后同類項(xiàng)目人才培養(yǎng)和知識積累提供技術(shù)保障。

9結(jié)束語

多點(diǎn)自動焊技術(shù)填補(bǔ)了國內(nèi)空白。該技術(shù)極大提高了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)節(jié)拍，便于產(chǎn)能提升；多點(diǎn)自動焊與機(jī)器人相比成本低，可節(jié)約資金40%；設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，便于生產(chǎn)線排布，解決了車間用地緊張的難題。該技術(shù)已達(dá)到國外同類產(chǎn)品水平，且使用性能完全滿足用戶要求。該技術(shù)的成功開發(fā)，解決了國內(nèi)汽車廠家在汽車頂蓋、側(cè)圍等外表面覆蓋件大型多點(diǎn)自動焊接技術(shù)上存在的疑難問題，在技術(shù)與手段上獲得突破，打破了國外供應(yīng)商的壟斷地位，推進(jìn)了高端技術(shù)的進(jìn)步。該技術(shù)還可以在總成夾具、部分分焊夾具上推廣使用。