广州明珞汽车装备有限公司510535
摘要：当前小型乘用车为了满足汽车轻量化和燃油经济性的需要，其车身通常采用轻质、高强度的薄板材料，各板材之间则采用电阻点焊进行连接。在白车身焊接生产车间，特别是机器人焊接的自动化生产线，需要用到大量的点焊钳，焊钳电极由电极杆和电极帽组成，两者锥度配合以便更换，电极帽为消耗品。在焊接过程中由于点焊端即电极帽在焊接一定次数后会磨损严重，造成焊接效果达不到工艺要求。因此需要设置电极修复系统，及时打磨焊钳的电极帽，使电极端面直径和表面状态恢复到新电极的状态。
关键词：机器人；点焊；电极修磨
1.修磨原理
当前行业内通用的电极修磨原理是通过焊钳闭合将上下电极夹紧在旋转的修磨刀两侧，修磨刀对电极做铣削运动。修磨刀旋转一定时长后，即可将上下电极切削出与刀片形状一致的端面。
2.修磨要点
2.1修磨的焊点数
白车身自动化焊接生产线上，当机器人点焊达到设定的焊点数后就会自动去进行修磨。焊点数不能太大也不能太小，太大则修磨质量不好导致虚焊等焊接不良，太小则浪费电极提高了生产成本。根据经验铝板焊接时100点左右就需要进行修磨，镀锌板200-300点比较合适，冷轧板则可以高达400-500点。
2.2电极的位置
首先将焊钳调整为电极帽高度方向与浮动装置的浮动方向平行。然后静电极移到修磨刀处，与修磨刀距离3-5mm，电极帽尽量对准修磨刀。当条件允许时，至少保证动电极和静电极中有一个轴线能垂直并同轴于修磨刀，垂直度控制在3°以内。
2.3修磨压力和时间
修磨压力指的修磨时焊钳的闭合压力，也是上下电极夹紧修磨刀的压力。压力过小，使修磨量少，会修磨不干净，还会引起电极在修磨刀上振动；压力过大，会增加修磨刀的切削量，从而产生旋转的阻力，可能导致修磨机停转，或者导致刀片以及刀架的损坏。修磨时间是指修磨时焊钳闭合至打开的这段时间。电极修磨的目标是在短时间内去除掉电极端面一定厚度的氧化合金层，比如1s磨掉0.1mm。当修磨机选定时，修磨的厚度则由压力和时间决定。因不同厂家的刀片和修磨机结构不一样，压力和时间应参照修磨机厂家的推荐值进行设定和调整。当然，因为焊接工况不一样，通常需要对压力和时间做微调来达到较好的修磨效果。
3.修磨器的设计分析
整个装置由三相异步电机直接通过锥齿轮一级减速达到合适的修磨转速，刀具安装从动齿轮上，从而实现刀具的旋转和切削。吹气装置用来去除修磨后的铜屑。另外，支架能够在一定高度范围内调整，齿轮箱和平衡装置也可以水平或竖直安装，从而保证修磨机的适用性。
图电极修磨器
3.1点焊电极材料
点焊电极在进行焊接生产时要承受高温高压的作用，是焊机最易损坏的一个零件，因此它对材料有较高的要求：有足够的高温硬度与强度，再结晶温度高；有高的抗氧化能力与焊件形成合金的倾向小；在常温和高温都有合适的导电，导热性；具有良好的加工性能，综合上述条件，在一般的生产应用中大多数是采用铜合金，如CuCrZr、CuZr、CuCr。
最典型的材料是铬锆铜（CuCrZr），其成分和特性如下：
材料成分为Cr0.25-0.65，Zr0.08-0.20，其余的为铜；
硬度160HV，导电率43ms/m，软化温度550℃。
3.2点焊电极结构
点焊电极的结构尺寸已形成标准化，ISO5821规定了推荐的电极的结构和尺寸系列。在实际焊接生产中由于被焊件结构尺寸不同以及焊接参数要求的不同，点焊电极的形状也有很多中，其主要有圆锥形（B型），平面形（C型），球面形（R型），端面形（F型）等。常见电极的结构如下图所示，常用公称外径为16mm。
F型电极
3.3修磨刀具设计
3.3.1结构设计
由于在点焊中焊接电流是通过电极来传递，所以上下两个电极必须要有较高的对中性，通常车厂要求上下两电极接触的端面直径误差小于0.5mm，圆心错位也必须小于0.5mm，这样才确保焊接质量。故在进行点焊电极修磨时必须要能保证电极端面较高的形状精度金和位置精度。在车床进行零件车削加工时，对于特定形状的高精度零件，常用成形刀具来加工，并使用工装夹具来定位。因此对电极的修磨也采用定位和成形刀具的方式来加工（如图），为了方便制造，修磨刀具通常由刀架和刀片两部分组成，刀架辅助刀片对电极进行定位，刀片通常是薄板通过加工使其有一定后角，从而形成切削刃口，其切削刃口的结构尺寸即为电极修磨后的结构尺寸。因为刀架和刀片在修磨一定次数会有磨损需要进行更换，所以刀架和传动齿轮通常采用可拆卸的连接结构。
3.3.2刀具的材料选择
修磨器采用的是金属切削的原理，在金属切削中不同的工件材料的切割加工性能不同，一般分为八个等级，其中有色金属及其合金于很容易切削加工的材料。刀具的寿命通常在7000次以上，故对刀具的耐磨性有一定的要求，且修磨过程会产生一定的高温，故也需要刀具有良好的热硬度性。因此选择高速钢为刀具材料，根据刀具的材料特性和电极材料铬锆铜的特性，选择高速钢W18Cr4V为修磨器刀具的材料。
结束语：综上，本文简要介绍了机器人点焊电极的修磨原理及相关修磨要点，并对某机器人点焊电极修磨器的设计要点进行了分析。目前，国际机器人界在加大科研力度，从机器人技术的发展趋势看，焊接机器人和其它工业机器人几样，不断向智能化和多样化方向发展，因此，为了更好的促进工业机器人在焊接领域的应用发展，因此仍需相关人员对机器人点焊电极修磨器的研究，以提升我国工业机器人的发展水平。
参考文献
[1]党红霞.机器人点焊电极修磨器在焊接工艺中的应用[J].焊接技术.2017.
[2]刘源，焦锋，王晓亮.电极修磨刀片磨损预测模型及磨损规律性研究[J]工具技术.2017.