焊裝車間氣動點焊鉗氣路適應性改造

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備，憑借其穩定的焊接質量，廣泛應用于各主機廠焊裝車間。根據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。目前國內絕大多數廠家采取懸掛式點焊鉗與點焊機器人互補共存的模式。氣動點焊鉗技術雖然已經非常成熟，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構進行局部優化，以提高設備的適應性。

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，修磨后容易出現電極光潔度差，電極頂端形狀不規則，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量更是難以保證。電極修磨質量直接關系到焊點的質量，因此在新建生產線中采用手持式氣動修磨設備對焊鉗電極進行在線修磨，用以提高修磨質量，降低員工操作強度。新生產線建設中除了采購新設備外，對部分焊鉗進行利舊使用。

利舊焊鉗氣路結構單一，僅設置一組焊接加壓氣路。根據焊接工藝要求及焊鉗活塞缸尺寸，焊接壓力一般調定至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低，并在修磨結束后，恢復原焊接壓力，反復調定氣壓極不便于人員操作。

1.2 適應性改造內容

在原有氣路結構（圖1）上增加調壓閥域（圖2），用以設定修磨時的壓力。同時新增一個二位三通外部先導電磁閥，并靈活調配該閥機能，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，此時焊鉗調用原調壓閥玉設定的焊接壓力值；修磨時，通過旋鈕開關，使新增電磁閥得電，焊鉗獲取調壓閥域設定的修磨壓力。通過改造，使得車間利舊焊鉗實現了通過氣動修磨設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 優化點焊機器人焊鉗鎖緊氣路

2.1 改造背景

為了降低設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中頻X形氣動焊鉗。在前期試用過程中，出現焊接瞬間鉗臂繞鉸接軸自由轉動磕碰工件的現象。

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。針對故障現象，對該焊鉗氣路結構進行分析，發現焊接瞬間（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定不同的焊接壓力規范。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。

原氣路設計中，焊鉗處于打開狀態時，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生的繞鉸接軸的旋轉力矩，焊鉗位置不可控。

結合我廠在用進口品牌焊鉗氣路結構的優點，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，減壓閥壓力設定根據焊鉗在不同的焊接姿態下最大的旋轉力矩來決定（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化

3.1 改造背景

點焊機器人氣動焊鉗投用多年后，經常出現焊鉗氣缸換向電磁閥故障，導致氣缸無動作或動作滯后，電極修磨時該現象表現尤為明顯。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，因此故障表現更明顯。

3.2 改造內容

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，內部密封老化產生的碎屑混合潤滑產生的油泥，卻極易通過排氣過程附著在閥芯上，換向閥本身對雜質反應敏感，受污染后很容易出現動作不靈敏甚至完全卡死。優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，但排氣過程經由快速排氣閥排出，從而避免換向電磁閥受到污染。快速排氣閥本身對雜質和異物并不敏感，加之排氣特性優良，流通能力大，因此該早方案實施后，應用效果良好。

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流控制，適當降低氣缸運行速度，消除改造弊端。

4 結語

早期投產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，仍和更具技術優勢的伺服焊鉗同期使用。掌握氣動焊鉗氣路結構特點，結合現場使用工況，對氣路進行適當優化，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 優化后焊鉗排氣過程