焊裝車間氣動(dòng)點(diǎn)焊鉗氣路適應(yīng)性改造

何 琪，魏 陽(yáng)

（陜西重型汽車有限公司車身廠，陜西西安 710200）

0 引言

氣動(dòng)點(diǎn)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(jī)廠焊裝車間。根據(jù)氣動(dòng)點(diǎn)焊鉗的操作方式，分為普通懸掛式點(diǎn)焊鉗以及機(jī)器人氣動(dòng)點(diǎn)焊鉗。目前國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)廠家采取懸掛式點(diǎn)焊鉗與點(diǎn)焊機(jī)器人互補(bǔ)共存的模式。氣動(dòng)點(diǎn)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(dòng)點(diǎn)焊鉗的幾種典型氣路結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部?jī)?yōu)化，以提高設(shè)備的適應(yīng)性。

1 增加懸掛點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)的質(zhì)量，因此在新建生產(chǎn)線中采用手持式氣動(dòng)修磨設(shè)備對(duì)焊鉗電極進(jìn)行在線修磨，用以提高修磨質(zhì)量，降低員工操作強(qiáng)度。新生產(chǎn)線建設(shè)中除了采購(gòu)新設(shè)備外，對(duì)部分焊鉗進(jìn)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(jìn)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(shí)的壓力。同時(shí)新增一個(gè)二位三通外部先導(dǎo)電磁閥，并靈活調(diào)配該閥機(jī)能，利用該閥原工作口和排氣口作為2個(gè)進(jìn)氣口，原進(jìn)氣口作為新的工作口。正常焊接時(shí)，新增電磁閥不得電，此時(shí)焊鉗調(diào)用原調(diào)壓閥玉設(shè)定的焊接壓力值；修磨時(shí)，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(shí)現(xiàn)了通過氣動(dòng)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(diǎn)焊鉗氣動(dòng)原理

2 優(yōu)化點(diǎn)焊機(jī)器人焊鉗鎖緊氣路

2.1 改造背景

為了降低設(shè)備購(gòu)置成本和備件采購(gòu)周期，在某車型地板機(jī)器人焊接工位試用了一臺(tái)國(guó)產(chǎn)中頻X形氣動(dòng)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(dòng)磕碰工件的現(xiàn)象。

正常情況下，要使機(jī)器人在運(yùn)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(shí)又必須通過浮動(dòng)裝置使焊鉗上下臂浮動(dòng)以使上下電極可達(dá)工件表面，浮動(dòng)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(dòng)焊鉗常見的浮動(dòng)裝置有彈簧浮動(dòng)和氣缸浮動(dòng)2種形式，對(duì)于自重較輕、力矩較小的小型焊鉗一般選用彈簧浮動(dòng)，大中型焊鉗選用氣缸浮動(dòng)。本次試用的機(jī)器人氣動(dòng)焊鉗浮動(dòng)裝置采用氣缸浮動(dòng)。針對(duì)故障現(xiàn)象，對(duì)該焊鉗氣路結(jié)構(gòu)進(jìn)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(shí)上下臂完全自由，在自重作用下失控運(yùn)動(dòng)。

圖2 增加修磨氣路的氣動(dòng)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(jìn)氣口氣缸，焊鉗打開時(shí)，鎖緊缸充氣，以保證焊鉗位置固定；焊接時(shí)，鎖緊缸浮動(dòng)，上下電極一起運(yùn)動(dòng)直至壓緊工件。

原氣路設(shè)計(jì)中，焊鉗處于打開狀態(tài)時(shí)，鎖緊氣缸由焊接打開氣路供氣，但當(dāng)焊鉗施焊時(shí)，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(dòng)，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(jìn)口品牌焊鉗氣路結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)原焊鉗鎖緊氣缸進(jìn)行獨(dú)立供氣，并增加一個(gè)二位氣控閥和一個(gè)精密調(diào)壓閥，氣控閥控制口接入焊接加壓氣路。當(dāng)焊鉗打開并鎖緊時(shí)，不經(jīng)過減壓閥的獨(dú)立供氣確保焊鉗鎖緊可靠；焊鉗焊接時(shí)，由焊接加壓氣路控制氣控閥閥芯移動(dòng)，此時(shí)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(yuǎn)小于焊接壓力值，因此并不會(huì)阻礙焊接時(shí)上下電極位移）。氣路優(yōu)化后，既不影響焊鉗良好的浮動(dòng)能力，又確保了焊鉗在整個(gè)焊接過程中位置受控。原機(jī)器人氣動(dòng)焊鉗氣動(dòng)原理見圖 3，優(yōu)化鎖緊氣路后的氣動(dòng)原理見圖4。

圖3 原機(jī)器人氣動(dòng)焊鉗氣動(dòng)原理

圖4 優(yōu)化鎖緊氣路后的氣動(dòng)原理

3 點(diǎn)焊機(jī)器人焊鉗氣缸排氣過程優(yōu)化

3.1 改造背景

點(diǎn)焊機(jī)器人氣動(dòng)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(dòng)作或動(dòng)作滯后，電極修磨時(shí)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(shí)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(dòng)力部門供給的壓縮空氣質(zhì)量狀況較好，因此氣缸的進(jìn)氣過程對(duì)閥影響不大，但氣缸長(zhǎng)期使用后，內(nèi)部密封老化產(chǎn)生的碎屑混合潤(rùn)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(duì)雜質(zhì)反應(yīng)敏感，受污染后很容易出現(xiàn)動(dòng)作不靈敏甚至完全卡死。優(yōu)化方案選型適當(dāng)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(jī)能，使原進(jìn)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(duì)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(shí)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(yùn)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(duì)快速排氣閥排氣口進(jìn)行節(jié)流控制，適當(dāng)降低氣缸運(yùn)行速度，消除改造弊端。

4 結(jié)語(yǔ)

早期投產(chǎn)的汽車焊裝車間采用的電阻焊多以氣動(dòng)點(diǎn)焊鉗為主，雖然氣動(dòng)點(diǎn)焊鉗在焊接過程中對(duì)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(jià)格低廉，簡(jiǎn)單易維護(hù)，仍和更具技術(shù)優(yōu)勢(shì)的伺服焊鉗同期使用。掌握氣動(dòng)焊鉗氣路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)使用工況，對(duì)氣路進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化，是延長(zhǎng)焊鉗生命周期的有效方式。

圖5 原機(jī)器人氣動(dòng)焊鉗排氣過程

圖6 優(yōu)化后焊鉗排氣過程