伺服点焊枪电极修磨刀片精细化管理方法探讨

邹运文　何学明　毋英波　王民　熊露

摘 要：本文总结了焊接自动线伺服点焊枪电极修磨刀片的一般管理方法，并在此基础上提出了一种伺服点焊枪修磨刀片精细化管理的方法，通过修磨刀片精细化管理，达到削减修磨故障停机、节省修磨刀片备件更换成本的目的。

关键词：伺服点焊枪 修磨刀片 精细化管理 修磨故障 修磨量自动补偿

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

焊接是汽车制造工业中一种很常见的工艺，用于实现白车身大大小小板件的拼接。目前，点焊仍是国内白车身焊接的主流方式之一。为了确保点焊的品质，伺服点焊枪电极自动修磨是必不可少的环节，而其中电极修磨刀片的精细化管理方法值得研究和探讨。

2 伺服点焊枪电极修磨刀片一般管理方法

通常每把伺服点焊枪会配备一台电极修磨器，修磨器通常由控制箱、修磨电机、支架、吹气装置、刀盘及修磨刀片等零部件组成。修磨器工作时，修磨电机带动修磨刀盘以一定的速度旋转，伺服点焊枪电极对刀盘加压，旋转的刀盘带动刀片对电极端面进行切削、打磨，从而达到恢复电极端面形状、尺寸，清除电极端面氧化物的目的。

随着修磨次数的增多，修磨刀片的刃口会逐渐磨损、钝化、切削能力变差，继而引发修磨故障，甚至引发焊接品质风险。另外，不同焊接自动线焊接钢板的种类、钢板镀层厚度、焊接电流、焊接点数等情况的不同，造成伺服点焊枪电极端面情况迥异，从而刀片的磨损情况也相差很大。所以，修磨刀片的管理是十分重要和疑难的课题。

修磨刀片属于损耗件，一般都是采取更换的方式进行管理，具体包括以下三种常见管理方式：

2.1 根据刀片磨损量更换修磨刀片

修磨刀片刀刃的磨损一般通过目视检查，比较难有定量的基准，通常因检查人员的经验不同，得到判定结果不同，导致造成这两种可能的不良影响：（1）修磨刀片切削能力已不能满足电极切削的要求，因判断差异，未及时更换，引发修磨故障和焊接品质风险;（2）修磨刀片切削能力尚足，因判断差异，提前更换，造成修磨刀片浪费、增加备件使用成本。

2.2 根據电极修磨效果更换修磨刀片

根据最终的电极修磨效果决定是否更换修磨刀片，这种管理方式属于事后保全的范畴，虽然刀片达到最大化使用程度，但是由此造成的设备停机损失已经产生。比如，通常伺服点焊枪电极修磨具备修磨量自动检测功能，当检测到修磨量小于设定值时，触发报警和停机功能，此时需要人工确认、对电极端面和修磨刀片进行进一步检查，然后更换修磨刀片。这种方式，虽避免了刀片更换成本浪费，但是造成的停机也是一种浪费，尤其在快速运行的汽车生产自动线，停机造成的损失是巨大的。

2.3 定期更换修磨刀片

总结上述两种管理方式存在的缺陷，参照修磨刀片的理论使用寿命，定出修磨刀片的大致更换周期，进行定期更换。这种方式较好地平衡了刀片更换成本和停机成本，是目前较受推崇的一种管理方式。

以极动品牌KTW修磨刀片为例，在修磨时间设定为1秒钟的情况下，采用未使用的电极帽对刀片进行耐久测试，极动厂家给出的最大修磨次数为30000次（图1），并且指出，在修磨压力和时间一定的情况下，此时一次的修磨量为初期一次的修磨量的一半，表明刀片到了使用期限，需要更换[1]。

举例说明：参照刀片生产厂家给出的参照值（未使用的电极帽，修磨极限30000次）及电极帽端面氧化物实际情况，进行刀片耐用测试，确定KTW修磨刀片的最大修磨次数约为10000次，按照生产工艺每天约修磨50次，每月生产约22天，那么设定刀片更换周期为：10000÷50÷22≈9（月）。那么，按照定期更换修磨刀片的管理方式，每9个月左右需要对修磨刀片进行更换。这是一种容易操作的管理方法，属于预防保全范畴，较大程度削减了刀片更换备件成本及停机成本。

3 伺服点焊枪电极修磨刀片精细化管理方法

通过总结伺服点焊枪电极修磨刀片一般管理方法发现，定期更换修磨刀片是比较合理的一种方式。但是，这种管理方法也存在两点不足之处：第一，更换周期的设定，随每日产量、每月工作天数等因素变化影响，会存在偏差。第二，对于多车型混线生产的自动化线体，因不同车型板件材质、板材厚度及焊点数等情况不同，电极帽端面的氧化物情况也会有较大的差异，导致修磨效果及修磨刀片的磨损情况也有较大差异。基于以上两点，单纯的按照统一的周期去更换修磨刀片，已经不能很好满足电极修磨品质的要求，需要在此基础上检讨更为精细化的管理方法。正因如此，本文提出了一种伺服点焊枪电极修磨刀片精细化管理方法。

3.1 开发伺服点焊枪电极修磨量自动补偿系统

开发伺服点焊枪电极修磨量自动补偿系统的目的是，通过对电极氧化物状态及修磨刀片磨损程度、实际修磨量等因素采集、转换和设定，实现电极修磨压力自动、实时及柔性化设置及调整，达到保证修磨效果、延长修磨刀片使用寿命（修磨次数）的目的。下面通过具体的案例简要说明开发伺服点焊枪电极修磨量自动补偿系统的思路和方法。

首先，从软件、硬件两个方面明确伺服点焊枪电极修磨效果的影响因素。硬件方面的主要影响因素包括：（1）电极氧化物状态;（2）修磨刀片磨损程度;（3）电极对中度;（4）刀盘油污情况。软件方面的主要影响因素包括：（1）电极修磨时间;（2）电极修磨压力;（3）机器人修磨轨迹;（4）修磨频次。结合焊接自动线的实际情况，对上述主要影响因素进行针对性分析、对比，表明电极氧化物状态和修磨刀片磨损这两个关键因素影响最大。

其次，设定电极修磨量自动补偿系统的控制流程及模型（图2），对电极氧化物状态和修磨刀片磨损进行精细控制和计算，并由此实时控制电极修磨压力，从而实现修磨压力柔性、精细化控制，进而实现电极修磨量自动补偿功能。相关的参数可根据不同生产线体实际情况做精细化设置，部分参数根据试验结果可做相应调整。

通过该伺服点焊枪电极修磨量自动补偿系统，可以保证电极修磨品质，进而保证焊接品质。同时，也可以对修磨刀片的实际修磨次数进行精确记录和处理，当修磨刀片达到一定的修磨次数后，可以自动完成修磨压力的适度提升，进一步保证电极修磨品质、延长修磨刀片的使用周期。

3.2 修磨次数精确指导修磨刀片更换周期

基于伺服点焊枪电极修磨量自动补偿系统，可以精确记录修磨刀片的修磨次数，再以此为基准，指导修磨刀片更换周期，提升修磨刀片管理的精细程度。同时，在自动线体人机交互界面设置相应的目视化指示和刀片更换提醒，提醒保全人员在规定的周期及时更换刀片。

4 电极修磨刀片管理方法总结

对目前常见的三种伺服点焊枪电极修磨刀片管理方法进行对比、总结，在此基础上提出了一种伺服点焊枪修磨刀片精细化管理的方法。该方法通过开发伺服点焊枪电极修磨量自动补偿系统，利用修磨次数精确指导刀片更换周期，保证电极修磨效果、延长刀片使用寿命，从而达到削减修磨故障停机、节省修磨刀片备件更换成本的目的。这种伺服点焊枪修磨刀片精细化管理方法具有很大的开发和应用价值。

参考文献：

[1]廣州市极动焊接机械有限公司.高速电极修磨机（CDK-R）：P6-7.