何 琪，魏 陽

（陜西重型汽車有限公司車身廠，陜西西安 710200）

0 引言

氣動點焊鉗作為一類重要的電阻焊設(shè)備，憑借其穩(wěn)定的焊接質(zhì)量，廣泛應(yīng)用于各主機廠焊裝車間。根據(jù)氣動點焊鉗的操作方式，分為普通懸掛式點焊鉗以及機器人氣動點焊鉗。目前國內(nèi)絕大多數(shù)廠家采取懸掛式點焊鉗與點焊機器人互補共存的模式。氣動點焊鉗技術(shù)雖然已經(jīng)非常成熟，但在具體的使用工況下，仍有一定的改善空間，就氣動點焊鉗的幾種典型氣路結(jié)構(gòu)進行局部優(yōu)化，以提高設(shè)備的適應(yīng)性。

1 增加懸掛點焊鉗修磨氣路

1.1 改造背景

陜西重型汽車有限公司車身廠早期投用的懸掛點焊鉗電極的修磨均通過人工銼削完成。人工銼削成型電極受操作者技能影響較大，修磨后容易出現(xiàn)電極光潔度差，電極頂端形狀不規(guī)則，直徑偏大或偏小，上下電極端面不同心等缺陷，一些帶角度安裝的電極的修磨質(zhì)量更是難以保證。電極修磨質(zhì)量直接關(guān)系到焊點的質(zhì)量，因此在新建生產(chǎn)線中采用手持式氣動修磨設(shè)備對焊鉗電極進行在線修磨，用以提高修磨質(zhì)量，降低員工操作強度。新生產(chǎn)線建設(shè)中除了采購新設(shè)備外，對部分焊鉗進行利舊使用。

利舊焊鉗氣路結(jié)構(gòu)單一，僅設(shè)置一組焊接加壓氣路。根據(jù)焊接工藝要求及焊鉗活塞缸尺寸，焊接壓力一般調(diào)定至0.4 MPa左右，但電極修磨壓力一般約0.2 MPa。如果沿用原有氣路進行修磨，則需在每次修磨前將壓力調(diào)低，并在修磨結(jié)束后，恢復(fù)原焊接壓力，反復(fù)調(diào)定氣壓極不便于人員操作。

1.2 適應(yīng)性改造內(nèi)容

在原有氣路結(jié)構(gòu)（圖1）上增加調(diào)壓閥域（圖2），用以設(shè)定修磨時的壓力。同時新增一個二位三通外部先導(dǎo)電磁閥，并靈活調(diào)配該閥機能，利用該閥原工作口和排氣口作為2個進氣口，原進氣口作為新的工作口。正常焊接時，新增電磁閥不得電，此時焊鉗調(diào)用原調(diào)壓閥玉設(shè)定的焊接壓力值；修磨時，通過旋鈕開關(guān)，使新增電磁閥得電，焊鉗獲取調(diào)壓閥域設(shè)定的修磨壓力。通過改造，使得車間利舊焊鉗實現(xiàn)了通過氣動修磨設(shè)備快速修磨電極的目的，且方便加工人操作。

圖1 原懸掛點焊鉗氣動原理

2 優(yōu)化點焊機器人焊鉗鎖緊氣路

2.1 改造背景

為了降低設(shè)備購置成本和備件采購周期，在某車型地板機器人焊接工位試用了一臺國產(chǎn)中頻X形氣動焊鉗。在前期試用過程中，出現(xiàn)焊接瞬間鉗臂繞鉸接軸自由轉(zhuǎn)動磕碰工件的現(xiàn)象。

正常情況下，要使機器人在運行過程中焊鉗不與工裝及工件碰撞，焊鉗必須保持唯一的固定位置，然而焊接時又必須通過浮動裝置使焊鉗上下臂浮動以使上下電極可達工件表面，浮動裝置用以平衡焊鉗自重，限制焊接瞬間焊鉗自由度，使焊鉗平穩(wěn)夾緊工件。X形氣動焊鉗常見的浮動裝置有彈簧浮動和氣缸浮動2種形式，對于自重較輕、力矩較小的小型焊鉗一般選用彈簧浮動，大中型焊鉗選用氣缸浮動。本次試用的機器人氣動焊鉗浮動裝置采用氣缸浮動。針對故障現(xiàn)象，對該焊鉗氣路結(jié)構(gòu)進行分析，發(fā)現(xiàn)焊接瞬間（焊鉗由小開到夾緊過程），鎖緊氣缸壓縮空氣直排大氣，此時上下臂完全自由，在自重作用下失控運動。

圖2 增加修磨氣路的氣動原理

2.2 改造內(nèi)容

焊鉗主氣缸為雙行程氣缸，分輔助行程和工作行程，輔助行程通俗也稱焊鉗的大開（口）至小開（口）行程，工作行程指焊接加壓至焊接打開行程。工作行程供氣由比例閥設(shè)定不同的焊接壓力規(guī)范。鎖緊氣缸為單進氣口氣缸，焊鉗打開時，鎖緊缸充氣，以保證焊鉗位置固定；焊接時，鎖緊缸浮動，上下電極一起運動直至壓緊工件。

原氣路設(shè)計中，焊鉗處于打開狀態(tài)時，鎖緊氣缸由焊接打開氣路供氣，但當焊鉗施焊時，鎖緊缸經(jīng)焊接打開電磁閥直通大氣，雖然瞬間保證了上下電極的浮動，但不能平衡焊鉗因自重產(chǎn)生的繞鉸接軸的旋轉(zhuǎn)力矩，焊鉗位置不可控。

結(jié)合我廠在用進口品牌焊鉗氣路結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，對原焊鉗鎖緊氣缸進行獨立供氣，并增加一個二位氣控閥和一個精密調(diào)壓閥，氣控閥控制口接入焊接加壓氣路。當焊鉗打開并鎖緊時，不經(jīng)過減壓閥的獨立供氣確保焊鉗鎖緊可靠；焊鉗焊接時，由焊接加壓氣路控制氣控閥閥芯移動，此時經(jīng)過精密減壓閥的供氣填充鎖緊缸，用以平衡焊鉗自重，減壓閥壓力設(shè)定根據(jù)焊鉗在不同的焊接姿態(tài)下最大的旋轉(zhuǎn)力矩來決定（該壓力值一般遠小于焊接壓力值，因此并不會阻礙焊接時上下電極位移）。氣路優(yōu)化后，既不影響焊鉗良好的浮動能力，又確保了焊鉗在整個焊接過程中位置受控。原機器人氣動焊鉗氣動原理見圖 3，優(yōu)化鎖緊氣路后的氣動原理見圖4。

圖3 原機器人氣動焊鉗氣動原理

圖4 優(yōu)化鎖緊氣路后的氣動原理

3 點焊機器人焊鉗氣缸排氣過程優(yōu)化

3.1 改造背景

點焊機器人氣動焊鉗投用多年后，經(jīng)常出現(xiàn)焊鉗氣缸換向電磁閥故障，導(dǎo)致氣缸無動作或動作滯后，電極修磨時該現(xiàn)象表現(xiàn)尤為明顯。分析原因是電磁閥閥芯污染，卡死不靈活，而修磨時焊鉗夾緊壓力僅為0.2 MPa左右，加之閥本身存在最小開啟壓力，因此故障表現(xiàn)更明顯。

3.2 改造內(nèi)容

原焊鉗打開及夾緊過程氣路原理見圖5，氣缸的排氣過程均經(jīng)過換向電磁閥排氣口排出。公司動力部門供給的壓縮空氣質(zhì)量狀況較好，因此氣缸的進氣過程對閥影響不大，但氣缸長期使用后，內(nèi)部密封老化產(chǎn)生的碎屑混合潤滑產(chǎn)生的油泥，卻極易通過排氣過程附著在閥芯上，換向閥本身對雜質(zhì)反應(yīng)敏感，受污染后很容易出現(xiàn)動作不靈敏甚至完全卡死。優(yōu)化方案選型適當通徑的快速排氣閥，安裝于2條工作氣路上（圖6），活用快速排氣閥的固有機能，使原進氣過程不受影響，但排氣過程經(jīng)由快速排氣閥排出，從而避免換向電磁閥受到污染?？焖倥艢忾y本身對雜質(zhì)和異物并不敏感，加之排氣特性優(yōu)良，流通能力大，因此該早方案實施后，應(yīng)用效果良好。

增加快速排氣閥后，附帶提高了氣缸運行速度，可以提高焊接速度，但弊端是氣缸沖擊增大，影響缸體壽命，但后者可通過對快速排氣閥排氣口進行節(jié)流控制，適當降低氣缸運行速度，消除改造弊端。

4 結(jié)語

早期投產(chǎn)的汽車焊裝車間采用的電阻焊多以氣動點焊鉗為主，雖然氣動點焊鉗在焊接過程中對工件沖擊較大，容易使工件產(chǎn)生變形及焊接飛濺，但因其價格低廉，簡單易維護，仍和更具技術(shù)優(yōu)勢的伺服焊鉗同期使用。掌握氣動焊鉗氣路結(jié)構(gòu)特點，結(jié)合現(xiàn)場使用工況，對氣路進行適當優(yōu)化，是延長焊鉗生命周期的有效方式。

圖5 原機器人氣動焊鉗排氣過程

圖6 優(yōu)化后焊鉗排氣過程