汽車零部件機(jī)器人焊裝夾具氣路設(shè)計(jì)過程可分為夾具設(shè)計(jì)、氣路圖設(shè)計(jì)、氣路安裝施工3個(gè)階段，本文將針對(duì)此3個(gè)階段順序給出氣路圖設(shè)計(jì)的一般方法，并根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中的一些共性問題，針對(duì)氣路運(yùn)用中的實(shí)際問題給出解決方案和優(yōu)化建議。

一、機(jī)器人焊裝夾具氣路的組成結(jié)構(gòu)

汽車零部件機(jī)器人焊裝系統(tǒng)的基本氣路結(jié)構(gòu)如圖1所示。包括能源裝置、執(zhí)行裝置、控制調(diào)節(jié)裝置、輔助裝置、傳動(dòng)介質(zhì)等部分。

圖1 汽車零部件焊裝夾具氣路系統(tǒng)基本組成

二、機(jī)器人焊裝夾具氣路設(shè)計(jì)

2.1 夾具設(shè)計(jì)階段

夾具設(shè)計(jì)階段是設(shè)計(jì)氣路的第一階段。夾具設(shè)計(jì)初期應(yīng)根據(jù)夾具情況預(yù)先選擇管線材料。并且氣管管徑過小會(huì)節(jié)流，因此限制氣缸的速度；而管徑過大會(huì)造成滯流，因此增加空氣消耗量和填充時(shí)間。

圖2 焊接系統(tǒng)示意

夾具設(shè)計(jì)階段在考慮夾具機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同時(shí)，應(yīng)為氣路設(shè)計(jì)預(yù)留出走線孔，規(guī)劃線槽，考慮電磁閥集裝板及控制模塊安裝空間，及是否超過變位機(jī)各回轉(zhuǎn)半徑。

2.2 氣路設(shè)計(jì)階段

氣路設(shè)計(jì)的原則是讓氣路中的執(zhí)行裝置定位夾緊可靠，按照一定的順序松開、夾緊并確保安全。

圖3 機(jī)器人焊裝夾具氣路圖夾具參數(shù)部分

（1）確定氣路初始每一個(gè)氣缸的伸出縮回狀態(tài)。

（2）根據(jù)各種不同的控制目的及控制功能的要求，設(shè)計(jì)氣動(dòng)回路。

（3）確定回路組數(shù)。設(shè)計(jì)時(shí)可將動(dòng)作互不干擾的動(dòng)作合并到同一個(gè)方向控制閥來控制，但需要根據(jù)壓緊力、氣缸動(dòng)作速度等情況計(jì)算每組回路最多控制的氣缸數(shù)量。

圖4 機(jī)器人焊裝夾具氣路圖氣動(dòng)原理部分

（4）確定控制閥形式。在設(shè)計(jì)計(jì)算出控制閥數(shù)量后一般預(yù)留兩個(gè)空位，以便后期增加氣缸還能繼續(xù)使用。

（5）編號(hào)并設(shè)計(jì)制作標(biāo)牌。按照回路的動(dòng)作順序，先對(duì)回路進(jìn)行排序，然后排出每一組回路中的氣缸的先后動(dòng)作順序，定義控制閥。

（6）繪制氣路圖。

2.3 氣路安裝施工階段

汽車焊裝夾具組裝完畢后開始?xì)饴返陌惭b施工，氣路的安裝施工順序?yàn)椋喝?lián)件、控制閥、氣缸標(biāo)牌、主氣管、各回路、信號(hào)線、主進(jìn)氣管。

圖5 夾具主氣管及線纜安裝示意

三、汽車排氣系統(tǒng)機(jī)器人焊裝夾具氣路的特點(diǎn)

（1）夾具安裝在變位機(jī)上，需要考慮主線的出線位置。氣管及線纜從旋轉(zhuǎn)軸電機(jī)的對(duì)側(cè)安裝，如圖5所示。

圖6 一種帶快換單元的汽車排氣系統(tǒng)焊裝夾具

（2）氣路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮控制閥的安裝位置。排氣系統(tǒng)焊裝夾具焊接時(shí)一般要求夾具可以繞回轉(zhuǎn)軸做360°回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此必須考慮安裝閥的機(jī)箱或者閥島是否會(huì)超出變位機(jī)的回轉(zhuǎn)半徑。

圖7 夾具氣管快換航插

（3）考慮快換功能。由于排氣系統(tǒng)通常長(zhǎng)度較長(zhǎng)，為了滿足柔性化生產(chǎn)的需要，汽車廠一般需要將排氣夾具分隔成若干個(gè)單元，單獨(dú)換型，因此設(shè)計(jì)排氣系統(tǒng)夾具氣路時(shí)必須考慮快換功能，如圖6所示。夾具在快換單元設(shè)置了氣管的快換航插，如圖7所示，可以實(shí)現(xiàn)氣路的快速更換。

四、焊裝夾具氣路設(shè)計(jì)優(yōu)化建議

4.1 考慮管線分布與機(jī)器人軌跡的空間關(guān)系

機(jī)器人焊槍與從夾具底梁下方通過，如圖8所示，如果管線分布不合理將會(huì)影響焊接。

圖8 管線分布與機(jī)器人焊槍位置示意

優(yōu)化建議：在夾具設(shè)計(jì)階段對(duì)夾具和機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)仿真，在不影響焊接的情況下，盡量合理分布?xì)鈩?dòng)元件及管線，當(dāng)采用硬管如銅管時(shí)應(yīng)在氣路上標(biāo)明管線的走向，避讓焊槍。

4.2 合理運(yùn)用氣路，簡(jiǎn)化夾具結(jié)構(gòu)

汽車排氣系統(tǒng)焊裝夾具通常會(huì)遇到啟動(dòng)元件防掉落的問題，如圖9所示，氣缸手動(dòng)伸出，螺母安裝到位后，應(yīng)保持安裝位置，不能因?yàn)闅飧鬃灾芈湎隆Ｍǔ５慕鉀Q方案是在氣缸行程方向增加一個(gè)小型氣缸對(duì)其進(jìn)行穿銷鎖止。

圖9 需要防掉落的定位組件示意

優(yōu)化方案：防掉落回路如圖10所示，原理是通過增加一個(gè)溢流閥，在重物升起時(shí)單向鎖定，落下時(shí)氣動(dòng)解鎖，氣缸退回。通過調(diào)整氣路簡(jiǎn)化氣路結(jié)構(gòu)，降低設(shè)計(jì)制造成本。

圖10 氣控先導(dǎo)單向閥防掉落回路

4.3 合理安排走線

考慮增加走線槽。未增加線槽的夾具如圖11所示，管線凌亂。

圖11 氣管未按線槽布線的夾具

優(yōu)化方案：增加走線槽的夾具如圖12所示，更加整齊美觀。

圖12 氣管按線槽布線的夾具

4.4 考慮采用閥島

閥島是由多個(gè)電控閥構(gòu)成的控制元器件，它集成信號(hào)輸入、輸出及信號(hào)的控制，是新一代氣電一體化控制元器件。由于其高度集成及高防護(hù)等級(jí)的特性，接線方式簡(jiǎn)單，占用空間小，正逐步應(yīng)用于汽車焊裝夾具領(lǐng)域中。

圖13 電磁閥匯流排式安裝

匯流排式安裝如圖13所示，需要2個(gè)機(jī)箱安裝電磁閥和電氣模塊組件，管線多且占用空間大。閥島安裝型夾具如圖14所示，其布線簡(jiǎn)單，占用空間小。

圖14 電磁閥閥島式安裝

4.5 考慮使用溫度

在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)遇見氣缸密封件軟化或脆裂的情況。這種情況需要考慮氣動(dòng)元件的使用溫度，一般推薦在0～60 ℃環(huán)境下使用，超過此溫度應(yīng)選擇相應(yīng)的耐超低溫氣缸或耐超高溫氣缸。