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摘要 密封壳体全自动焊接机是用于焊接电冰箱压缩机上下壳的自动化设备。该机自动化程度高、焊接速度快、焊接质量高、焊缝美观且密封性能好，其性能价格比超过了昂贵的进口设备。在国内五家著名压缩机公司推广使用的几年中，取得了显著的经济效益和社会效益。
关键词：电冰箱 压缩机 密封壳体 气体保护焊 可编程序控制器
1 引言
为适应电冰箱压缩机大规模生产的需要，我们开发研制了压缩机密封壳体全自动焊接机，实现了密封壳体焊接的全自动化生产要求。该设备采用可编程序控制器(PLC)控制、气压驱动、直流调速、自动气体保护焊、双机械手搬运、仿形靠模等技术，并设置了气压不足、水压不足、断丝、气体保护、料满、仿形轮脱开等各种报警系统，且性能良好，提高了产品质量和生产效率。班产600台。先后在北京、浙江等五家压缩机公司投入使用，其性能达到或超过了意大利同类进口设备，而造价仅为进口设备的四分之一。
2 机械传动系统
密封壳体全自动焊接机总体布局如图1所示。工位1是预装工位，操作者将待焊的压缩机从来料传输线上搬至预装工位(也常用一个三自由度机械手自动完成)。按下启动按扭，双机械手将预装工位上的待焊件搬至加工工位(工位2)的同时，将加工工位上的已焊件搬至卸料工位(工位3)。加工工位的特制气缸完成定心夹紧后，压头将上下壳紧密压严，仿形滑台上的焊枪快进后便开始焊接，与此同时双机械手复位，卸料机构动作。操作者将下一个工件搬至预装工位，按下启动按钮，等待下一个工作循环的开始。
图1 焊接机总体布局示意图
1.压头支架 2.仿形滑台 3.来料辊道 4.工位1 5.双机械手
6.工位2 7.工位3 8.成品辊道
2.1 双机械手部件
双机械手部件安装在龙门支架上，如图2所示。它具有快速进退、提落和松夹三个自由度。快速进退速度可达800mm/s。行程终端有缓冲减速和精确的定位装置，以保证快速而又平稳；提落行程设有终端限位装置，起保护活塞部件的作用；松夹机械手是一件特殊结构的气动执行件，如图3所示，体积小、精度高、动作灵活可靠，单侧开合行程为8mm。
图2 双机械手运动示意图
图3 定心夹具示意图
2.2 工作台旋转部件
工作台旋转由直流电动机(400W、1500r/min)经减速器(i=1∶380)驱动，如图4所示。工作台上部是定心夹具，其结构与双机械手的结构相同；中部安装有仿形凸轮，用来控制焊枪与工件的相对运动轨迹，以形成所需要的椭圆曲线；由于定心夹具使用气压传动，所以最下端是旋转进气接头，通过主轴中心通孔将压力气体送至夹具体气缸。
图4 工作台结构简图
1.电机 2.减速器 3.机座 4.仿形凸轮 5.定心夹具
6.工件 7.旋转进气接头 8.同步齿形带
2.3 仿形滑台部件
仿形滑台的结构示意图如图5所示。焊枪安装在焊枪调位装置上，可以沿X、Y方向移动和Z方向转动，用以调节焊枪的****倾角和起弧距离，以保证焊缝质量。快进退支架在其气缸的驱动下，可以沿导轨移动50mm，以便于工件的装卸。压缩机上下壳的结合面是一个椭圆，当工件绕其中心转动的过程中，其半径R是一个变值，所以需要焊枪在X方向能有相应的位移，压轮及滑板在仿形凸轮和仿形气缸的控制下，实现所需要的位移，形成椭圆轨迹。
图5 仿形滑台结构简图
1.工件 2.焊枪 3.焊枪 调位机构 4.快进退支架
5.快进退气缸 6.滑板 7.轴承座 8.仿形气缸 9.支座
10.导轴 11.压轮 12.凸轮
3 气压传动系统
该焊接设备除工作台旋转使用了直流电动机外，其余运动均采用气压传动，其中7个气缸为进口件，3个气缸是自行设计制造的。下面对部分元件作一简要说明，双机械手的开合，由FC1和FC2传感器检测，只有当FC1和FC2均为ON时，机械手才处于开合位。压头处装有三个检测传感器FC7、FC8和FC9，FC7和FC9为活塞运动极限位置传感器，FC8为压头工作位传感器。只有当FC8为ON时，才能进行焊接；FC9为ON时，表明定心夹具上没有工件，并立刻报警。
压头回路中装有减压阀，通过该阀可调节压头的压紧力大小，使上下壳体紧密合拢，而不会使定心夹具承受过大压力。
仿形回路中压力继电器的作用是：在维护设备时，通过手动换向阀使焊枪后退；再次投入工作后，应将手动换向阀接通仿形气压；当气压为0时，整机不能投入工作，防止因误操作而发生事故。仿形压头与仿形凸轮的压紧力靠该回路中的减压阀调节。
总回路中也安装了压力继电器，当气压不足时，控制系统报警，停止焊接。系统所采用的换向阀除仿形回路采用手动外，其余各回路均选用电磁换向阀。
4 电控系统
控制系统采用西门子的PLC控制，输出均通过中间继电器动作。PLC共有8个输入模块，5个输出模块。输入模块主要包括电源110V输出、手动/自动选择、各种报警输入、双手启动按扭、焊机接通、故障复位、气压检测以及各执行件位置信号反馈等。输出模块包括接通焊机、工件计数、正反转延时以及各执行件电磁阀的驱动等。其控制系统结构框图如图6所示。
图6 控制系统结构框图
如前所述，上下壳结合轨迹为一椭圆，为了在整周焊接过程中，保证质量，使焊缝厚度均匀、美观，就必须保证焊点处相对于椭圆中心运动的线速度基本恒定。而当焊点处于短轴或长轴处时，其线速度相差甚大。为了解决这个问题，我们采用了直流调速系统，并且通过实验，选定几个离散点(如图7所示)，即选定几种递变速度，即可满足实际生产要求。为此，开发了一套发光二极管检测装置，配合可控硅调速装置，圆满地解决了焊缝轨迹问题。这套检测装置属非接触式，较目前国外设备所用的齿轮齿条电位器式的检测装置，具有性能可靠、寿命长、调速性能好等特点，其示意图如图8所示。
图7 工件变速取点图
图8 调速原理示意图
1.直流电机 2.仿形凸轮 3.焊枪 4.仿形滑台
5.发光二极管 6.遮光板 7.调速装置
仿形滑台在仿形凸轮的控制下，移动其上的遮光板，不同位置遮挡的二极管数量不同，从而转换成不同幅值的电信号，输入到可控硅直流调速装置中，控制直流电机的转速。
5 结束语
密封壳体全自动焊接机的研制成功，使电冰箱压缩机的生产向自动化迈进了一步，大大提高了产品的质量和生产率，减轻了工人劳动强度，经济效益和社会效益显著。其机械系统、控制系统的关键技术也适用于各种非圆曲线壳类产品。
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