汽車零部件機器人焊裝夾具氣路設計過程可分為夾具設計、氣路圖設計、氣路安裝施工3個階段，本文將針對此3個階段順序給出氣路圖設計的一般方法，並根據實際應用中的一些共性問題，針對氣路運用中的實際問題給出解決方案和優化建議。
一、機器人焊裝夾具氣路的組成結構
汽車零部件機器人焊裝系統的基本氣路結構如圖1所示。包括能源裝置、執行裝置、控制調節裝置、輔助裝置、傳動介質等部分。
圖1 汽車零部件焊裝夾具氣路系統基本組成
二、機器人焊裝夾具氣路設計
2.1 夾具設計階段
夾具設計階段是設計氣路的第一階段。夾具設計初期應根據夾具情況預先選擇管線材料。並且氣管管徑過小會節流，因此限制氣缸的速度；而管徑過大會造成滯流，因此增加空氣消耗量和填充時間。
圖2 焊接系統示意
夾具設計階段在考慮夾具機械結構設計的同時，應為氣路設計預留出走線孔，規劃線槽，考慮電磁閥集裝板及控制模塊安裝空間，及是否超過變位機各回轉半徑。
2.2 氣路設計階段
氣路設計的原則是讓氣路中的執行裝置定位夾緊可靠，按照一定的順序鬆開、夾緊並確保安全。
圖3 機器人焊裝夾具氣路圖夾具參數部分
（1）確定氣路初始每一個氣缸的伸出縮回狀態。
（2）根據各種不同的控制目的及控制功能的要求，設計氣動迴路。
（3）確定迴路組數。設計時可將動作互不干擾的動作合併到同一個方向控制閥來控制，但需要根據壓緊力、氣缸動作速度等情況計算每組迴路最多控制的氣缸數量。
圖4 機器人焊裝夾具氣路圖氣動原理部分
（4）確定控制閥形式。在設計計算出控制閥數量後一般預留兩個空位，以便後期增加氣缸還能繼續使用。
（5）編號並設計製作標牌。按照迴路的動作順序，先對迴路進行排序，然後排出每一組迴路中的氣缸的先後動作順序，定義控制閥。
（6）繪製氣路圖。
2.3 氣路安裝施工階段
汽車焊裝夾具組裝完畢後開始氣路的安裝施工，氣路的安裝施工順序為：三聯件、控制閥、氣缸標牌、主氣管、各回路、信號線、主進氣管。
圖5 夾具主氣管及線纜安裝示意
三、汽車排氣系統機器人焊裝夾具氣路的特點
（1）夾具安裝在變位機上，需要考慮主線的出線位置。氣管及線纜從旋轉軸電機的對側安裝，如圖5所示。
圖6 一種帶快換單元的汽車排氣系統焊裝夾具
（2）氣路設計時應考慮控制閥的安裝位置。排氣系統焊裝夾具焊接時一般要求夾具可以繞回轉軸做360°迴轉運動，因此必須考慮安裝閥的機箱或者閥島是否會超出變位機的回轉半徑。
圖7 夾具氣管快換航插
（3）考慮快換功能。由於排氣系統通常長度較長，為了滿足柔性化生產的需要，汽車廠一般需要將排氣夾具分隔成若干個單元，單獨換型，因此設計排氣系統夾具氣路時必須考慮快換功能，如圖6所示。夾具在快換單元設置了氣管的快換航插，如圖7所示，可以實現氣路的快速更換。
四、焊裝夾具氣路設計優化建議
4.1 考慮管線分佈與機器人軌跡的空間關係
機器人焊槍與從夾具底梁下方通過，如圖8所示，如果管線分佈不合理將會影響焊接。
圖8 管線分佈與機器人焊槍位置示意
優化建議：在夾具設計階段對夾具和機器人進行運動協調仿真，在不影響焊接的情況下，儘量合理分佈氣動元件及管線，當採用硬管如銅管時應在氣路上標明管線的走向，避讓焊槍。
4.2 合理運用氣路，簡化夾具結構
汽車排氣系統焊裝夾具通常會遇到啟動元件防掉落的問題，如圖9所示，氣缸手動伸出，螺母安裝到位後，應保持安裝位置，不能因為氣缸自重落下。通常的解決方案是在氣缸行程方向增加一個小型氣缸對其進行穿銷鎖止。
圖9 需要防掉落的定位組件示意
優化方案：防掉落迴路如圖10所示，原理是通過增加一個溢流閥，在重物升起時單向鎖定，落下時氣動解鎖，氣缸退回。通過調整氣路簡化氣路結構，降低設計製造成本。
圖10 氣控先導單向閥防掉落迴路
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 氣管未按線槽佈線的夾具
優化方案：增加走線槽的夾具如圖12所示，更加整齊美觀。
圖12 氣管按線槽佈線的夾具
4.4 考慮採用閥島
閥島是由多個電控閥構成的控制元器件，它集成信號輸入、輸出及信號的控制，是新一代氣電一體化控制元器件。由於其高度集成及高防護等級的特性，接線方式簡單，佔用空間小，正逐步應用於汽車焊裝夾具領域中。
匯流排式安裝如圖13所示，需要2個機箱安裝電磁閥和電氣模塊組件，管線多且佔用空間大。閥島安裝型夾具如圖14所示，其佈線簡單，佔用空間小。
圖14 電磁閥閥島式安裝
4.5 考慮使用溫度
在實際應用中會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元件的使用溫度，一般推薦在0～60 ℃環境下使用，超過此溫度應選擇相應的耐超低溫氣缸或耐超高溫氣缸。
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