夾具的氣動技術(shù)研究

常輝娟

摘 要：焊接夾具多以壓縮空氣作為壓力源，而夾具的氣動控制系統(tǒng)一般分為純氣控和電氣控制。全氣控系統(tǒng)速度快，效率高，維護(hù)方便，維修成本低廉，結(jié)構(gòu)簡單可靠，但控制精度不是很高。電氣控制種類繁多，精度比較高，，維修成本高，比如有電磁控制、電機(jī)和驅(qū)動器控制等，控制精度極高，在要求運動軌跡精度非常高的場合下使用，缺點是：在惡劣環(huán)境（油污嚴(yán)重、粉塵過多）下使用，故障率略高。本文主要是通過夾具的氣路組成進(jìn)行分析，保證了夾具按照生產(chǎn)工藝正常工作。以及氣動控制過程中，遇到的氣動設(shè)備不正常工作的問題，提出解決的方法，并最終順利完成整個項目。

關(guān)鍵詞：焊接夾具；壓縮空氣；純氣控；電氣控制

引 言

在生產(chǎn)線上60%～70%的工作為夾具的定位和夾緊，而氣路控制系統(tǒng)是實現(xiàn)這個功能的重要組成部分。氣動控制的夾具一是因為在價格比液壓的夾具低很多，二是因為氣動控制的夾具操作方便，能有效減輕勞動強(qiáng)度，三是因為氣動反應(yīng)速度快，縮短生產(chǎn)時間，提高生產(chǎn)率，所以氣動夾具成為生產(chǎn)線上的主流。在焊裝行業(yè)，夾具對氣動元件的精度要求不是很高，易于制造，同時便于實現(xiàn)自動化操作。

1.夾具簡介

焊裝夾具有兩種控制方式：一種是純氣動控制，需要人工輔助完成夾具動作；一種是現(xiàn)在普遍采用的電氣控制。焊裝夾具一般由夾具本體、氣動控制回路組成，電控夾具還包括電控系統(tǒng)。

夾具本體一般包括夾緊支撐部件、定位部件、焊鉗導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、工件升降機(jī)構(gòu)、翻板機(jī)構(gòu)、夾具底板等部件。其中夾緊支撐部件和定位部件為夾具的執(zhí)行部件。

典型的夾緊部件一般包括：壓頭、支撐塊、氣缸、連接板、三維調(diào)整部件及支座。

定位部件一般分為固定定位部件和活動定位部件。固定定位部件是通過支座將定位部件固定在夾具上底板上。活動定位部件，是將定位部件安裝在定位氣缸上，通過控制定位氣缸進(jìn)行定位銷的工作。

2.夾具的氣動控制

夾具的執(zhí)行部件一般是由壓縮空氣來驅(qū)動的，無論電控夾具還是氣控夾具都有氣動控制回路，相對于氣控夾具，電控夾具的控制回路要簡單的多，下面分別對兩種夾具的氣路連接進(jìn)行介紹。

2.1氣控夾具的氣源處理

從空壓機(jī)輸出的壓縮空氣，含有大量的水分、油和粉塵等污染物， 這些雜質(zhì)會使氣動系統(tǒng)的可靠性和使用壽命大大降低， 由此會造成設(shè)備的成本和維護(hù)費用大大升高。所以夾具氣路氣動控制的第一步是要設(shè)計一個合理的氣源處理系統(tǒng)。氣源處理組件是由模塊化的部件組合成的，一般由分氣塊、啟動閥、三聯(lián)體和安全閥組成。

前端的分氣塊與快速接頭連接，為維修提供氣源，后端的分氣塊與控制回路連接。啟動閥是一個常斷型手動兩位三通氣閥，接通氣源需由人工將旋鈕轉(zhuǎn)到接通的位置。三聯(lián)體是氣源處理的核心部件，其作用是對氣源進(jìn)行過濾、調(diào)壓、潤滑。安全閥又稱安全啟動閥或軟啟動閥，其主要作用是實現(xiàn)氣控回路的軟啟動或軟停止。在接通/關(guān)斷氣源時，安全閥可以使氣控回路的氣壓緩慢上升/下降，避免氣動執(zhí)行部件因氣壓的突變造成的沖擊，防止設(shè)備事故和人身傷害。

2.2氣控夾具的氣動控制回路

氣控夾具的動作相對簡單，通過按鈕及邏輯控制回路來驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作。按鈕及邏輯控制回路一般采用邏輯元件、行程閥、氣控二位三/五通閥實現(xiàn)。氣控邏輯氣路根據(jù)實現(xiàn)邏輯關(guān)系的元件的種類，可以分為常規(guī)氣閥控制的邏輯氣路和邏輯模塊控制的氣路兩種。前者在國內(nèi)使用廣泛，其技術(shù)根源來自日本的氣路設(shè)計方法。常規(guī)氣閥控制的邏輯氣路設(shè)計簡單、明晰，注重實用性。氣缸的到位信號和復(fù)位信號僅由關(guān)鍵的部件氣缸發(fā)出，氣路的操作形式采用按鈕，氣路系統(tǒng)的成本較低廉。

2.3電控夾具的氣源處理

電控夾具的氣源處理相對于氣控夾具的氣源處理，增加一個電磁閥，控制氣源的通斷；同時增加一個壓力繼電器，當(dāng)壓力異常是，發(fā)出報警信號。

2.4電控夾具的氣動控制回路

電控夾具的控制回路比較簡單，通過電控回路來控制閥島的進(jìn)出氣，從而控制氣缸的動作。比如單電控兩位三通電磁閥控制的氣缸，當(dāng)電磁閥得電時，兩位三通閥移動到左位，氣缸前進(jìn)。當(dāng)電磁閥失電時，電磁閥由于彈簧的作用，會到右位，氣缸縮回。

3.氣控夾具的安全問題及優(yōu)化方案

任何自動化系統(tǒng)的應(yīng)用都不會一帆風(fēng)順，都是要經(jīng)過反復(fù)的核查，排除各種生產(chǎn)安全問題，解決出現(xiàn)的問題后才能取得成功。在氣路系統(tǒng)中，常見的安全的問題有以下幾種：

3.1防止啟動時活塞桿急速伸出

在氣缸啟動時如果排氣側(cè)沒有背壓，活塞桿會急速伸出，如果現(xiàn)場人員不注意，有可能發(fā)生人員傷害。為了避免這種情況，一是在氣缸起動前使排氣側(cè)產(chǎn)生背壓，二是使用進(jìn)氣節(jié)流的調(diào)速方式。進(jìn)氣時節(jié)流調(diào)速，當(dāng)活塞桿接觸到工件后，進(jìn)氣腔的氣體壓力增大，使得SCC閥換向，這時氣體高壓驅(qū)動工件。

3.2防止工件意外落下

在自動生產(chǎn)線中，常采用機(jī)器人抓手來搬運工件。當(dāng)現(xiàn)場出現(xiàn)意外情況，比如電源或氣源突然斷開，氣缸沒有氣體的壓力會導(dǎo)致夾臂松開，這時必須采取措施，防止工件落下。這是一般有兩種方法：第一種方法是在夾具機(jī)械設(shè)計時，采用帶有機(jī)械鎖緊結(jié)構(gòu)的氣缸，當(dāng)氣缸正常運動時，通過兩位三通閥得電通氣，讓氣缸鎖緊機(jī)構(gòu)打開，當(dāng)有意外情況是，通過兩位三通閥失電斷氣，不再給鎖緊機(jī)構(gòu)供氣，氣缸鎖緊機(jī)構(gòu)抱緊活塞桿，阻止活塞桿運動；第二種方法是用三位五通中封式電磁閥控制氣缸，氣缸的進(jìn)出氣回路上安裝先導(dǎo)式單向閥，當(dāng)突然斷電時，閥片回到中位，先導(dǎo)式單向閥使得氣缸兩腔的氣體封閉，工件在一段時間內(nèi)能夠保持原位。

4.氣控夾具的運作調(diào)試

4.1 問題產(chǎn)生

有機(jī)械結(jié)構(gòu)的地方就會出現(xiàn)問題，當(dāng)上述的氣路理論技術(shù)投入到實際生產(chǎn)中，往往會出現(xiàn)各種各樣的問題，解決出現(xiàn)的問題后才能取得成功。

4.2 問題分析和解決

在現(xiàn)實生產(chǎn)中，經(jīng)常發(fā)生的問題有氣缸不動作，氣缸不動作的本質(zhì)原因是氣缸內(nèi)氣壓不足或阻力過大，以致于氣缸不能推動負(fù)載進(jìn)行運動。而出現(xiàn)問題的地方可能在氣缸、電磁換向閥、管路系統(tǒng)和控制線路的任何一個地方，而某一地方出現(xiàn)的問題又可能是由于不同原因引起的。我們可以通過分析常見的故障原因，畫出故障診斷的邏輯推理框圖，以便于快速找出氣缸不工作的真正原因。如圖1所示，首先看看氣缸和電磁閥是否漏氣，這個很容易診斷，找出漏氣處，根據(jù)故障原因，采取相應(yīng)的措施，如果密封圈壞了就更換密封圈，如果接頭松了就緊固接頭，缸體壞了就更換配件。若漏氣排除后，氣缸仍然不能正常動作，則需要繼續(xù)分析原因。

這是下一步要判斷電磁閥的換向是否正常，電磁閥上一般會配備信號指示燈，若電磁閥沒有換向，則檢查上一步的氣控回路是否有完成信號，如果沒有信號，則繼續(xù)查找回路故障；若有信號，則檢查是主閥的故障，還是電磁先導(dǎo)閥的故障，這需要使用試探反證閥，即試探性的改變系統(tǒng)中的部分工作條件，若主閥能切換，即氣缸能動作，那必然是電磁先導(dǎo)閥故障；若主閥不能切換，那就是主閥的故障了。閥體的故障有接線不良，閥體電磁線圈損壞，可按照故障類型進(jìn)行重新接線或更換配件。

若電磁切換信號正常，那就應(yīng)查詢是否氣缸輸出口壓力異常。這是可拆開閥的進(jìn)氣口氣管，觀察排氣是否充足。若排氣充足，那肯定是氣缸的故障；若排氣不足或不排氣，則進(jìn)一步檢查氣路是否堵塞或閥芯堵死等，從而進(jìn)行相應(yīng)的清理。

若壓力輸出正常，那就要考慮是不是負(fù)載過大或氣缸摩擦力增大。負(fù)載過大就要重新布置氣路或更換氣缸。摩擦力增大，考慮清理缸體內(nèi)的雜質(zhì)和增加潤滑。

5總結(jié)

最終夾具正常并且安全的工作，標(biāo)志著針對該夾具的氣路設(shè)計已經(jīng)成功完成，后續(xù)需要企業(yè)制定氣動設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)管理規(guī)范，加強(qiáng)管理教育，對氣動裝置進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，及時發(fā)現(xiàn)事故苗頭，采取及時措施，延長元件和系統(tǒng)的使用壽命。

該文詮釋了一次氣動設(shè)計工作的流程，從夾具的設(shè)計開始，分析氣路設(shè)計原理和安全優(yōu)化方案，到最后的投入現(xiàn)場生產(chǎn)調(diào)試，通過常見的閥控氣缸不工作為例，提出分析查找問題的方法，并根據(jù)故障類型，突出解決方案。氣動方案的科學(xué)設(shè)計和完善的現(xiàn)場管理流程，為后續(xù)新項目的設(shè)計提供了很好的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

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