伺服點焊槍電極修磨刀片精細化管理方法探討

鄒運文　何學明　毋英波　王民　熊露

摘 要：本文總結了焊接自動線伺服點焊槍電極修磨刀片的一般管理方法，并在此基礎上提出了一種伺服點焊槍修磨刀片精細化管理的方法，通過修磨刀片精細化管理，達到削減修磨故障停機、節省修磨刀片備件更換成本的目的。

關鍵詞：伺服點焊槍 修磨刀片 精細化管理 修磨故障 修磨量自動補償

Discussion on Fine Management Method of Electrode Dressing Blade of Servo Spot Welding Gun

Zou Yunwen，He Xueming，Wu Yingbo，Wang Min，Xiong Lu

Abstract：This article summarizes the general management method of electrode sharpening blades for welding automatic line servo spot welding guns， and on this basis， proposes a method of fine management of servo spot welding gun sharpening blades. Through the fine management of sharpening blades， the purpose of cutting down the grinding fault and saving the replacement cost of grinding blade spare parts is achieved.

Key words：servo spot welding gun， grinding blade， fine management， grinding failure， automatic compensation of grinding amount

1 引言

焊接是汽車制造工業中一種很常見的工藝，用于實現白車身大大小小板件的拼接。目前，點焊仍是國內白車身焊接的主流方式之一。為了確保點焊的品質，伺服點焊槍電極自動修磨是必不可少的環節，而其中電極修磨刀片的精細化管理方法值得研究和探討。

2 伺服點焊槍電極修磨刀片一般管理方法

通常每把伺服點焊槍會配備一臺電極修磨器，修磨器通常由控制箱、修磨電機、支架、吹氣裝置、刀盤及修磨刀片等零部件組成。修磨器工作時，修磨電機帶動修磨刀盤以一定的速度旋轉，伺服點焊槍電極對刀盤加壓，旋轉的刀盤帶動刀片對電極端面進行切削、打磨，從而達到恢復電極端面形狀、尺寸，清除電極端面氧化物的目的。

隨著修磨次數的增多，修磨刀片的刃口會逐漸磨損、鈍化、切削能力變差，繼而引發修磨故障，甚至引發焊接品質風險。另外，不同焊接自動線焊接鋼板的種類、鋼板鍍層厚度、焊接電流、焊接點數等情況的不同，造成伺服點焊槍電極端面情況迥異，從而刀片的磨損情況也相差很大。所以，修磨刀片的管理是十分重要和疑難的課題。

修磨刀片屬于損耗件，一般都是采取更換的方式進行管理，具體包括以下三種常見管理方式：

2.1 根據刀片磨損量更換修磨刀片

修磨刀片刀刃的磨損一般通過目視檢查，比較難有定量的基準，通常因檢查人員的經驗不同，得到判定結果不同，導致造成這兩種可能的不良影響：（1）修磨刀片切削能力已不能滿足電極切削的要求，因判斷差異，未及時更換，引發修磨故障和焊接品質風險;（2）修磨刀片切削能力尚足，因判斷差異，提前更換，造成修磨刀片浪費、增加備件使用成本。

2.2 根據電極修磨效果更換修磨刀片

根據最終的電極修磨效果決定是否更換修磨刀片，這種管理方式屬于事后保全的范疇，雖然刀片達到最大化使用程度，但是由此造成的設備停機損失已經產生。比如，通常伺服點焊槍電極修磨具備修磨量自動檢測功能，當檢測到修磨量小于設定值時，觸發報警和停機功能，此時需要人工確認、對電極端面和修磨刀片進行進一步檢查，然后更換修磨刀片。這種方式，雖避免了刀片更換成本浪費，但是造成的停機也是一種浪費，尤其在快速運行的汽車生產自動線，停機造成的損失是巨大的。

2.3 定期更換修磨刀片

總結上述兩種管理方式存在的缺陷，參照修磨刀片的理論使用壽命，定出修磨刀片的大致更換周期，進行定期更換。這種方式較好地平衡了刀片更換成本和停機成本，是目前較受推崇的一種管理方式。

以極動品牌KTW修磨刀片為例，在修磨時間設定為1秒鐘的情況下，采用未使用的電極帽對刀片進行耐久測試，極動廠家給出的最大修磨次數為30000次（圖1），并且指出，在修磨壓力和時間一定的情況下，此時一次的修磨量為初期一次的修磨量的一半，表明刀片到了使用期限，需要更換[1]。

舉例說明：參照刀片生產廠家給出的參照值（未使用的電極帽，修磨極限30000次）及電極帽端面氧化物實際情況，進行刀片耐用測試，確定KTW修磨刀片的最大修磨次數約為10000次，按照生產工藝每天約修磨50次，每月生產約22天，那么設定刀片更換周期為：10000÷50÷22≈9（月）。那么，按照定期更換修磨刀片的管理方式，每9個月左右需要對修磨刀片進行更換。這是一種容易操作的管理方法，屬于預防保全范疇，較大程度削減了刀片更換備件成本及停機成本。

3 伺服點焊槍電極修磨刀片精細化管理方法

通過總結伺服點焊槍電極修磨刀片一般管理方法發現，定期更換修磨刀片是比較合理的一種方式。但是，這種管理方法也存在兩點不足之處：第一，更換周期的設定，隨每日產量、每月工作天數等因素變化影響，會存在偏差。第二，對于多車型混線生產的自動化線體，因不同車型板件材質、板材厚度及焊點數等情況不同，電極帽端面的氧化物情況也會有較大的差異，導致修磨效果及修磨刀片的磨損情況也有較大差異。基于以上兩點，單純的按照統一的周期去更換修磨刀片，已經不能很好滿足電極修磨品質的要求，需要在此基礎上檢討更為精細化的管理方法。正因如此，本文提出了一種伺服點焊槍電極修磨刀片精細化管理方法。

3.1 開發伺服點焊槍電極修磨量自動補償系統

開發伺服點焊槍電極修磨量自動補償系統的目的是，通過對電極氧化物狀態及修磨刀片磨損程度、實際修磨量等因素采集、轉換和設定，實現電極修磨壓力自動、實時及柔性化設置及調整，達到保證修磨效果、延長修磨刀片使用壽命（修磨次數）的目的。下面通過具體的案例簡要說明開發伺服點焊槍電極修磨量自動補償系統的思路和方法。

首先，從軟件、硬件兩個方面明確伺服點焊槍電極修磨效果的影響因素。硬件方面的主要影響因素包括：（1）電極氧化物狀態;（2）修磨刀片磨損程度;（3）電極對中度;（4）刀盤油污情況。軟件方面的主要影響因素包括：（1）電極修磨時間;（2）電極修磨壓力;（3）機器人修磨軌跡;（4）修磨頻次。結合焊接自動線的實際情況，對上述主要影響因素進行針對性分析、對比，表明電極氧化物狀態和修磨刀片磨損這兩個關鍵因素影響最大。

其次，設定電極修磨量自動補償系統的控制流程及模型（圖2），對電極氧化物狀態和修磨刀片磨損進行精細控制和計算，并由此實時控制電極修磨壓力，從而實現修磨壓力柔性、精細化控制，進而實現電極修磨量自動補償功能。相關的參數可根據不同生產線體實際情況做精細化設置，部分參數根據試驗結果可做相應調整。

通過該伺服點焊槍電極修磨量自動補償系統，可以保證電極修磨品質，進而保證焊接品質。同時，也可以對修磨刀片的實際修磨次數進行精確記錄和處理，當修磨刀片達到一定的修磨次數后，可以自動完成修磨壓力的適度提升，進一步保證電極修磨品質、延長修磨刀片的使用周期。

3.2 修磨次數精確指導修磨刀片更換周期

基于伺服點焊槍電極修磨量自動補償系統，可以精確記錄修磨刀片的修磨次數，再以此為基準，指導修磨刀片更換周期，提升修磨刀片管理的精細程度。同時，在自動線體人機交互界面設置相應的目視化指示和刀片更換提醒，提醒保全人員在規定的周期及時更換刀片。

4 電極修磨刀片管理方法總結

對目前常見的三種伺服點焊槍電極修磨刀片管理方法進行對比、總結，在此基礎上提出了一種伺服點焊槍修磨刀片精細化管理的方法。該方法通過開發伺服點焊槍電極修磨量自動補償系統，利用修磨次數精確指導刀片更換周期，保證電極修磨效果、延長刀片使用壽命，從而達到削減修磨故障停機、節省修磨刀片備件更換成本的目的。這種伺服點焊槍修磨刀片精細化管理方法具有很大的開發和應用價值。

參考文獻：

[1]廣州市極動焊接機械有限公司.高速電極修磨機（CDK-R）：P6-7.