摘要 密封殼體全自動焊接機是用於焊接電冰箱壓縮機上下殼的自動化設備。該機自動化程度高、焊接速度快、焊接質量高、焊縫美觀且密封性能好，其性能價格比超過了昂貴的進口設備。在國內五家著名壓縮機公司推廣使用的幾年中，取得了顯著的經濟效益和社會效益。
關鍵詞：電冰箱 壓縮機 密封殼體 氣體保護焊 可編程序控制器
1 引言
為適應電冰箱壓縮機大規模生產的需要，我們開發研製了壓縮機密封殼體全自動焊接機，實現了密封殼體焊接的全自動化生產要求。該設備採用可編程序控制器(PLC)控制、氣壓驅動、直流調速、自動氣體保護焊、雙機械手搬運、仿形靠模等技術，並設置了氣壓不足、水壓不足、斷絲、氣體保護、料滿、仿形輪脫開等各種報警系統，且性能良好，提高了產品質量和生產效率。班產600台。先後在北京、浙江等五家壓縮機公司投入使用，其性能達到或超過了義大利同類進口設備，而造價僅為進口設備的四分之一。
2 機械傳動系統
密封殼體全自動焊接機總體布局如圖1所示。工位1是預裝工位，操作者將待焊的壓縮機從來料傳輸線上搬至預裝工位(也常用一個三自由度機械手自動完成)。按下啟動按扭，雙機械手將預裝工位上的待焊件搬至加工工位(工位2)的同時，將加工工位上的已焊件搬至卸料工位(工位3)。加工工位的特製氣缸完成定心夾緊后，壓頭將上下殼緊密壓嚴，仿形滑台上的焊槍快進后便開始焊接，與此同時雙機械手複位，卸料機構動作。操作者將下一個工件搬至預裝工位，按下啟動按鈕，等待下一個工作循環的開始。
圖1 焊接機總體布局示意圖
1.壓頭支架 2.仿形滑台 3.來料輥道 4.工位1 5.雙機械手
6.工位2 7.工位3 8.成品輥道2.1 雙機械手部件
雙機械手部件安裝在龍門支架上，如圖2所示。它具有快速進退、提落和松夾三個自由度。快速進退速度可達800mm/s。行程終端有緩衝減速和精確的定位裝置，以保證快速而又平穩；提落行程設有終端限位裝置，起保護活塞部件的作用；松夾機械手是一件特殊結構的氣動執行件，如圖3所示，體積小、精度高、動作靈活可靠，單側開合行程為8mm。
圖2 雙機械手運動示意圖 
圖3 定心夾具示意圖2.2 工作台旋轉部件
工作台旋轉由直流電動機(400W、1500r/min)經減速器(i=1∶380)驅動，如圖4所示。工作台上部是定心夾具，其結構與雙機械手的結構相同；中部安裝有仿形凸輪，用來控制焊槍與工件的相對運動軌跡，以形成所需要的橢圓曲線；由於定心夾具使用氣壓傳動，所以最下端是旋轉進氣接頭，通過主軸中心通孔將壓力氣體送至夾具體氣缸。
圖4 工作台結構簡圖
1.電機 2.減速器 3.機座 4.仿形凸輪 5.定心夾具
6.工件 7.旋轉進氣接頭 8.同步齒形帶2.3 仿形滑台部件
仿形滑台的結構示意圖如圖5所示。焊槍安裝在焊槍調位裝置上，可以沿X、Y方向移動和Z方向轉動，用以調節焊槍的最佳傾角和起弧距離，以保證焊縫質量。快進退支架在其氣缸的驅動下，可以沿導軌移動50mm，以便於工件的裝卸。壓縮機上下殼的結合面是一個橢圓，當工件繞其中心轉動的過程中，其半徑R是一個變值，所以需要焊槍在X方向能有相應的位移，壓輪及滑板在仿形凸輪和仿形氣缸的控制下，實現所需要的位移，形成橢圓軌跡。
圖5 仿形滑台結構簡圖
1.工件 2.焊槍 3.焊槍 調位機構 4.快進退支架
5.快進退氣缸 6.滑板 7.軸承座 8.仿形氣缸 9.支座
10.導軸 11.壓輪 12.凸輪3 氣壓傳動系統
該焊接設備除工作台旋轉使用了直流電動機外，其餘運動均採用氣壓傳動，其中7個氣缸為進口件，3個氣缸是自行設計製造的。下面對部分元件作一簡要說明，雙機械手的開合，由FC1和FC2感測器檢測，只有當FC1和FC2均為ON時，機械手才處於開合位。壓頭處裝有三個檢測感測器FC7、FC8和FC9，FC7和FC9為活塞運動極限位置感測器，FC8為壓頭工作位感測器。只有當FC8為ON時，才能進行焊接；FC9為ON時，表明定心夾具上沒有工件，並立刻報警。
壓頭迴路中裝有減壓閥，通過該閥可調節壓頭的壓緊力大小，使上下殼體緊密合攏，而不會使定心夾具承受過大壓力。
仿形迴路中壓力繼電器的作用是：在維護設備時，通過手動換向閥使焊槍後退；再次投入工作后，應將手動換向閥接通仿形氣壓；當氣壓為0時，整機不能投入工作，防止因誤操作而發生事故。仿形壓頭與仿形凸輪的壓緊力靠該迴路中的減壓閥調節。
總迴路中也安裝了壓力繼電器，當氣壓不足時，控制系統報警，停止焊接。系統所採用的換向閥除仿形迴路採用手動外，其餘各迴路均選用電磁換向閥。
4 電控系統
控制系統採用西門子的PLC控制，輸出均通過中間繼電器動作。PLC共有8個輸入模塊，5個輸出模塊。輸入模塊主要包括電源110V輸出、手動/自動選擇、各種報警輸入、雙手啟動按扭、焊機接通、故障複位、氣壓檢測以及各執行件位置信號反饋等。輸出模塊包括接通焊機、工件計數、正反轉延時以及各執行件電磁閥的驅動等。其控制系統結構框圖如圖6所示。
圖6 控制系統結構框圖如前所述，上下殼結合軌跡為一橢圓，為了在整周焊接過程中，保證質量，使焊縫厚度均勻、美觀，就必須保證焊點處相對於橢圓中心運動的線速度基本恆定。而當焊點處於短軸或長軸處時，其線速度相差甚大。為了解決這個問題，我們採用了直流調速系統，並且通過實驗，選定幾個離散點(如圖7所示)，即選定幾種遞變速度，即可滿足實際生產要求。為此，開發了一套發光二極體檢測裝置，配合可控硅調速裝置，圓滿地解決了焊縫軌跡問題。這套檢測裝置屬非接觸式，較目前國外設備所用的齒輪齒條電位器式的檢測裝置，具有性能可靠、壽命長、調速性能好等特點，其示意圖如圖8所示。
圖7 工件變速取點圖 
圖8 調速原理示意圖
1.直流電機 2.仿形凸輪 3.焊槍 4.仿形滑台
5.發光二極體 6.遮光板 7.調速裝置仿形滑台在仿形凸輪的控制下，移動其上的遮光板，不同位置遮擋的二極體數量不同，從而轉換成不同幅值的電信號，輸入到可控硅直流調速裝置中，控制直流電機的轉速。
5 結束語
密封殼體全自動焊接機的研製成功，使電冰箱壓縮機的生產向自動化邁進了一步，大大提高了產品的質量和生產率，減輕了工人勞動強度，經濟效益和社會效益顯著。其機械系統、控制系統的關鍵技術也適用於各種非圓曲線殼類產品。
