單元一 工業(yè)機(jī)器人點(diǎn)焊工作站的認(rèn)識(shí)

《工業(yè)機(jī)器人工作站系統(tǒng)集成》主講教師：汪勵(lì)單元一工業(yè)機(jī)器人點(diǎn)焊工作站的認(rèn)識(shí)工作任務(wù)描述:根據(jù)焊接對(duì)象性質(zhì)及焊接工藝要求，利用點(diǎn)焊機(jī)器人完成點(diǎn)焊過(guò)程。工業(yè)機(jī)器人點(diǎn)弧焊工作站除了點(diǎn)焊機(jī)器人外，還包括電阻焊控制系統(tǒng)、焊鉗等各種焊接附屬裝置。學(xué)習(xí)目標(biāo):通過(guò)本任務(wù)學(xué)習(xí)，應(yīng)能：1、

了解電阻焊的基礎(chǔ)知識(shí)2、

熟悉工業(yè)機(jī)器人點(diǎn)焊工作站的組成3、

熟悉點(diǎn)焊控制裝置的工作原理4、

熟悉焊鉗的結(jié)構(gòu)與工作原理5、

掌握點(diǎn)焊機(jī)器人接口技術(shù)點(diǎn)焊是電阻焊的一種。電阻焊接是通過(guò)焊接設(shè)備的電極施加壓力并在接通電源時(shí)，在工件接觸點(diǎn)及鄰近區(qū)域產(chǎn)生電阻熱加熱工件，在外力作用下完成工件的聯(lián)結(jié)。點(diǎn)焊廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、土木建筑、家電產(chǎn)品、電子產(chǎn)品、鐵路機(jī)車(chē)等相關(guān)領(lǐng)域。點(diǎn)焊比其他焊接方法，比較擅長(zhǎng)于薄板焊接領(lǐng)域，更適合運(yùn)用于工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)化生產(chǎn)。工業(yè)機(jī)器人點(diǎn)焊工作站的定義知識(shí)準(zhǔn)備點(diǎn)焊的工藝過(guò)程知識(shí)準(zhǔn)備1)預(yù)壓保證工件接觸良好；2)通電使焊接處形成熔核及塑性環(huán)；3)斷電鍛壓使熔核在壓力持續(xù)作用下冷卻結(jié)晶，

形成組織致密、無(wú)縮孔裂紋的焊點(diǎn)。點(diǎn)焊的通電方式按照焊接電流在電極-接合部-電極間按照何種回路進(jìn)行流動(dòng)，而分成4大類(lèi)。點(diǎn)焊的分類(lèi)點(diǎn)焊是電阻焊的一種。電阻焊(resistancewelding)是將被焊母材壓緊于兩電極之間，并施以電流，利用電流流經(jīng)工件接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱效應(yīng)將其加熱到塑性狀態(tài)，使得母材表面相互緊密連接，生成牢固的接合部。主要用于薄板焊接。知識(shí)準(zhǔn)備

(1)直接點(diǎn)焊直接點(diǎn)焊如圖3-1所示。這是最基本的、也是可靠度最高的焊接方法。點(diǎn)焊的分類(lèi)知識(shí)準(zhǔn)備a)b)c)

圖3-1直接點(diǎn)焊

相對(duì)的一對(duì)電極夾住被焊接物并施壓，其中一個(gè)電極通過(guò)被焊接物的接合部向另一個(gè)電極直接導(dǎo)通焊接電流。當(dāng)然也有像c）一樣將電極分成2根進(jìn)行焊接的方法,但是由于很難使加壓力、接觸部位的電阻完全相同,所以與a）、b）圖的方式相比,在工作效率上是得到了提高，但是焊接部位的可靠性變差了。(2)間接點(diǎn)焊間接點(diǎn)焊如圖3-2所示。被焊接物的接合部位電流，從一個(gè)電極通過(guò)被焊接物的一個(gè)部位分流通到另外一個(gè)電極的焊接方式。有時(shí)候不需要將電極相向設(shè)置，只要在單側(cè)設(shè)置就可以進(jìn)行焊接了，因此適用與焊接大型物體。知識(shí)準(zhǔn)備知識(shí)準(zhǔn)備b)圖3-2間接點(diǎn)焊(3)單邊多點(diǎn)點(diǎn)焊單邊多點(diǎn)點(diǎn)焊如圖3-3所示。當(dāng)一個(gè)焊接電流回路中有2個(gè)接合部時(shí)，電流將順序依次流過(guò)這兩個(gè)焊點(diǎn)部位并進(jìn)行點(diǎn)焊，這是一個(gè)高效的方式。但是如b）、c）圖所示，在有些方式中，電流將在被焊接物內(nèi)部進(jìn)行分流，由此會(huì)產(chǎn)生一些根本無(wú)利于接合部發(fā)熱的無(wú)效電流，因此不僅僅造成了電的效率低下，有時(shí)還會(huì)對(duì)焊接質(zhì)量造成壞的影響。

所以為了盡量減少分流,需要盡量加大電極。而當(dāng)板厚不同時(shí)，需要將厚板材放在下方。知識(shí)準(zhǔn)備a)b)c)

圖3-3單邊多點(diǎn)點(diǎn)焊(4)雙點(diǎn)焊（推挽點(diǎn)焊）雙點(diǎn)焊（推挽點(diǎn)焊）如圖3-4所示。在上下都配置焊接變壓器，可以同時(shí)進(jìn)行2點(diǎn)焊接的方式。與圖3-3所示的單邊多點(diǎn)點(diǎn)焊相比,在相當(dāng)程度上抑制了分流電流，具有利于用在厚板材焊接的優(yōu)點(diǎn)。知識(shí)準(zhǔn)備圖3-4雙點(diǎn)焊（推挽點(diǎn)焊）

焊接電流、通電時(shí)間以及電極加壓力被稱(chēng)為電阻焊接的三大條件。在電阻焊接中，這些條件互相作用，具有非常緊密的聯(lián)系。(1)焊接電流焊接電流是指電焊機(jī)中的變壓器的二次回路中流向焊接母材的電流。在普通的單相交流式電焊機(jī)中，在變壓器的一次側(cè)流通的電流，將乘以與變壓器線匝比（是指一次側(cè)的線匝數(shù)N1和二次側(cè)的線匝N2的比，即N1/N2）后流向二次側(cè)。在合適的電極加壓力下，大小合適的電流在合適的時(shí)間范圍內(nèi)導(dǎo)通后，接合點(diǎn)焊的條件知識(shí)準(zhǔn)備

母材間會(huì)形成共同的熔合部，在冷卻后形成接合部（熔核）。但是，如果電流過(guò)大會(huì)導(dǎo)致熔合部飛濺出來(lái)（飛濺）以及電極粘結(jié)在母材（熔敷）等故障現(xiàn)象。此外，也會(huì)導(dǎo)致熔接部位變形過(guò)大。(2)通電時(shí)間

通電時(shí)間是指焊接電流導(dǎo)通的時(shí)間。在電流值固定的情況下改變通電時(shí)間，會(huì)導(dǎo)致焊接部位所能夠達(dá)到的最高溫度不同，從而導(dǎo)致形成的接合部大小不一。一般而言，選擇低的電流值、延長(zhǎng)通電時(shí)間不僅僅會(huì)造成大量的熱量損失，而且也會(huì)導(dǎo)致對(duì)不需要焊接的地方進(jìn)行加熱。特別是對(duì)像鋁合金等熱傳導(dǎo)率好的材料以及小零件等進(jìn)行焊接時(shí)，必須使用充分大的電流，在較短的時(shí)間內(nèi)焊接。知識(shí)準(zhǔn)備知識(shí)準(zhǔn)備(3)電極加壓力電極加壓力是指加載在焊接母材上的壓力。電極加壓力既起到了決定接合部位位置的夾具的作用，同時(shí)電極本身也起到了保證導(dǎo)通穩(wěn)定的焊接電流的作用。此外，還具備冷卻后的鍛壓效果以及防止內(nèi)部開(kāi)裂等作用。在設(shè)定電極加壓力時(shí)，有時(shí)也會(huì)采用在通電前進(jìn)行預(yù)壓、在通電過(guò)程中進(jìn)行減壓、然后在通電末期再次增壓等特殊的方式。加壓力具體作用包括：破壞表面氧化污物層、保持良好接觸電阻、提供壓力促進(jìn)焊件熔合、熱熔時(shí)形成塑性環(huán)、防止周?chē)鷼怏w侵入、防止液態(tài)熔核金屬沿板縫向外噴濺。此外，還有一個(gè)影響到熔核直徑大小的條件，那就是電極頂端直徑。電流值固定不便時(shí)，電極頂端直徑（面積）越大，電流的密度則越小，在相同時(shí)間內(nèi)可以形成的熔核直徑也就越小。好的焊接條件是指選擇合適的焊接電流、通電時(shí)間以便能夠知識(shí)準(zhǔn)備形成與電極頂端直徑相同的熔核。此外，焊接母材的板材厚度的組合在某種程度上也決定了熔核直徑的大小。因此，只要板材厚度的組合決定了，則將要使用的電極頂端直徑也就決定了，相關(guān)的電極加壓力、焊接電流以及通電時(shí)間的組合也可以決定了。如果想要形成比板材厚度還大的熔核，則需要選擇具有更大頂端面積的電極，當(dāng)然同時(shí)還需要使用較大的焊接電流以保證所需的電流密度。知識(shí)準(zhǔn)備二、工業(yè)機(jī)器人點(diǎn)焊工作站的工作任務(wù)工業(yè)機(jī)器人點(diǎn)焊工作站工作任務(wù)是完成L型工件和車(chē)身門(mén)框處的點(diǎn)焊工作。L型工件，材料低碳鋼，雙層厚度2mm；車(chē)身門(mén)框是材料是鍍錫，雙層厚度3mm。焊接規(guī)范見(jiàn)表3-1、表3-2、表3-3、表3-4。知識(shí)準(zhǔn)備板厚mm0.50.811.522.53電極型式和電極直徑D(mm)12.512.51616161625d(mm)3.54.556.2788.5硬規(guī)范電極間壓力N1350190023003500480061007700焊接時(shí)間Cycles681014182124焊接電流A61008100930011500135001500016600軟規(guī)范電極間壓力N600100012001700230030003500焊接時(shí)間Cycles10152035457085焊接電流A3700450057006800820087009500最小搭接寬度mm11111216181922最小焊點(diǎn)間距mm10131926323845焊點(diǎn)直徑mm3.344.85.76.87.88.5知識(shí)準(zhǔn)備（1）材料表面應(yīng)沒(méi)有銹、氧化物、油漆、油脂、油。（2）對(duì)于不同板厚材料焊接，參見(jiàn)表格3-2。（3）電極材料應(yīng)根據(jù)板材狀況選用（4）對(duì)于三層板焊接，最小間距應(yīng)增加30%（5）對(duì)于鍍鋅板而言，一般參數(shù)上應(yīng)增加15～20%（6）對(duì)于有銅板保護(hù)的焊接點(diǎn)而言，一般參數(shù)上應(yīng)增加15～20%知識(shí)準(zhǔn)備表3-2對(duì)于2或3層相同或不同板厚的工件焊接參數(shù)的選擇標(biāo)準(zhǔn)A=BA<BA=B=CC>A>BB>C>A根據(jù)板厚A選擇參數(shù)根據(jù)板厚A選擇參數(shù)根據(jù)板厚A選擇參數(shù)根據(jù)板厚A選擇參數(shù)根據(jù)板厚C選擇參數(shù)MaxA/B=1/4MaxA/C=1/2.5MaxA/C=1/2.5C>B>AA=C>BB=C>AA=C<BA=B<C根據(jù)板厚B選擇參數(shù)根據(jù)板厚A選擇參數(shù)根據(jù)板厚B選擇參數(shù)根據(jù)板厚A選擇參數(shù)根據(jù)板厚A選擇參數(shù)MaxA/C=1/2.5MaxA/C=1/2.5MaxA/C=1/2.5知識(shí)準(zhǔn)備表3-3點(diǎn)焊過(guò)程中導(dǎo)致缺陷的主要原因可能的原因缺陷類(lèi)型焊點(diǎn)不圓壓痕過(guò)深壓痕顏色太明顯工件表面的飛濺工件之間的飛濺參數(shù)調(diào)整焊接電流++++焊接時(shí)間+++電極間壓力----預(yù)壓時(shí)間--維持時(shí)間--保養(yǎng)維護(hù)電極隊(duì)列≠電極頭部狀況≠≠電極頭部直徑≠電極冷卻狀況-焊接原理的準(zhǔn)備≠≠≠≠知識(shí)準(zhǔn)備表3-4點(diǎn)焊過(guò)程中導(dǎo)致缺陷的主要原因可能的原因缺陷類(lèi)型焊點(diǎn)過(guò)小焊點(diǎn)開(kāi)裂或有裂痕焊點(diǎn)偏心焊點(diǎn)附近板材開(kāi)裂電極變形過(guò)大參數(shù)調(diào)整焊接電流-+-+焊接時(shí)間-+電極間壓力+-++-預(yù)壓時(shí)間--維持時(shí)間--保養(yǎng)維護(hù)電極隊(duì)列≠電極頭部狀況≠電極頭部直徑≠≠-電極冷卻狀況---焊接原理的準(zhǔn)備≠≠≠+比標(biāo)準(zhǔn)值大-比標(biāo)準(zhǔn)值小≠不符合標(biāo)準(zhǔn)此表表示了防止部分焊接缺陷的可能的原因，這僅對(duì)兩層相同板厚的普通鋼材焊接的情況有效。知識(shí)準(zhǔn)備工業(yè)機(jī)器人點(diǎn)焊工作站由機(jī)器人系統(tǒng)、伺服機(jī)器人焊鉗、冷卻水系統(tǒng)、電阻焊接控制裝置、焊接工作臺(tái)等組成，采用雙面單點(diǎn)焊方式。整體布置如圖3-5所示，點(diǎn)焊系統(tǒng)如圖3-6所示。三、工業(yè)機(jī)器人點(diǎn)焊工作站的組成21圖3-5整體布置圖1-點(diǎn)焊機(jī)器人2-工件圖3-5整體布置圖1-點(diǎn)焊機(jī)器人

2-工件知識(shí)準(zhǔn)備圖3-6點(diǎn)焊機(jī)器人系統(tǒng)圖圖3-6點(diǎn)焊機(jī)器人系統(tǒng)圖知識(shí)準(zhǔn)備表3-5點(diǎn)焊機(jī)器人系統(tǒng)圖中各部分說(shuō)明設(shè)備代號(hào)設(shè)備名稱(chēng)設(shè)備代號(hào)設(shè)備名稱(chēng)(1)機(jī)器人本體(ES165D)(12)機(jī)器人變壓器(2)伺服焊鉗(13)焊鉗供電電纜(3)電極修磨機(jī)(14)機(jī)器人控制柜DX100(4)手首部集合電纜(GISO)(15)點(diǎn)焊指令電纜(I/F)(5)焊鉗伺服控制電纜S1(16)機(jī)器人供電電纜2BC(6)氣/水管路組合體(17)機(jī)器人供電電纜3BC(7)焊鉗冷水管(18)機(jī)器人控制電纜1BC(8)焊鉗回水管(19)焊鉗進(jìn)氣管(9)點(diǎn)焊控制箱冷水管(20)機(jī)器人示教器(PP)(10)冷水閥組(21)冷卻水流量開(kāi)關(guān)(11)點(diǎn)焊控制箱(22)電源提供知識(shí)準(zhǔn)備表3-6點(diǎn)焊機(jī)器人系統(tǒng)各部分功能說(shuō)明類(lèi)型設(shè)備代號(hào)功能及說(shuō)明機(jī)器人相關(guān)(1)(4)(5)(13)(14)(15)(16)(17)(18)(20)焊接機(jī)器人系統(tǒng)以及與其它設(shè)備的聯(lián)系。點(diǎn)焊系統(tǒng)(2)(3)(11)實(shí)施點(diǎn)焊作業(yè)。供氣系統(tǒng)(6)(19)如果使用氣動(dòng)焊鉗時(shí)，焊鉗加壓氣缸完成點(diǎn)焊加壓，需要供氣。當(dāng)焊鉗長(zhǎng)時(shí)間不用時(shí)，須用氣吹干焊鉗管道中殘留的水。類(lèi)型設(shè)備代號(hào)功能及說(shuō)明供水系統(tǒng)(7)(8)(10)用于對(duì)設(shè)備(2)(11)的冷卻。供電系統(tǒng)(12)(22)系統(tǒng)動(dòng)力。知識(shí)準(zhǔn)備1．點(diǎn)焊機(jī)器人點(diǎn)焊機(jī)器人包括安川ES165D機(jī)器人本體、DX100控制柜以及示教器。安川ES165D機(jī)器人本體如圖3-7所示。213圖3-7安川ES165D機(jī)器人本體及焊鉗1-機(jī)器人本體

2-伺服機(jī)器人焊鉗

3-機(jī)器人安裝底板ES165D機(jī)器人為點(diǎn)焊機(jī)器人，由驅(qū)動(dòng)器、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、機(jī)械手臂、關(guān)節(jié)以及內(nèi)部傳感器等組成。它的任務(wù)是精確地保證機(jī)械手末端執(zhí)行器（焊鉗）所要求的位置、姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)軌跡。焊鉗與機(jī)器人手臂可直接通過(guò)法蘭連接。知識(shí)準(zhǔn)備2．電阻焊接控制裝置電阻焊接控制裝置是合理控制時(shí)間、電流和加壓力這三大焊接條件的裝置，綜合了焊鉗的各種動(dòng)作的控制、時(shí)間的控制以及電流調(diào)整的功能。通常的方式是，裝置啟動(dòng)后就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行一系列的焊接工序。工業(yè)機(jī)器人點(diǎn)焊工作站使用的電阻焊接控制裝置型號(hào)為IWC5-10136C，是采用微電腦控制，同時(shí)具備高性能和高穩(wěn)定性的控制器。IWC5-10136C電阻焊接控制裝置，具有按照指定的直流焊接電流進(jìn)行定電流控制功能、步增功能、各種監(jiān)控以及異常檢測(cè)功能。電阻焊接控制器如圖3-8所示。電源指示燈電源開(kāi)關(guān)a）關(guān)門(mén)b)關(guān)門(mén)圖3-8電阻焊接控制器知識(shí)準(zhǔn)備IWC5-10136C電阻焊接控制器配套有編程器和復(fù)位器，如圖3-9、3-10所示。圖3-9編程器圖3-10復(fù)位器編程器由于焊接條件的設(shè)定；復(fù)位器用于異常復(fù)位和各種監(jiān)控。知識(shí)準(zhǔn)備3．變壓器三相干式變壓器為安川機(jī)器人ES165D提供電源，變壓器參數(shù)為輸入3相380V，輸出三相220V，功率12KVA,如圖3-11所示。冷卻風(fēng)扇變壓器a）變壓器箱體

b）變壓器箱內(nèi)圖3-11三相變壓器知識(shí)準(zhǔn)備4．伺服機(jī)器人焊鉗焊鉗是指將點(diǎn)焊用的電極、焊槍架、加壓裝置等緊湊匯總的焊接裝置。工業(yè)機(jī)器人點(diǎn)焊工作站采用電溶機(jī)電品牌的X型伺服機(jī)器人焊鉗，焊鉗變壓器和焊鉗一體化，焊鉗變壓器為點(diǎn)焊過(guò)程提供通過(guò)焊鉗電極的電流。X型伺服機(jī)器人焊鉗如圖3-12所示。伺服機(jī)器人焊鉗安裝在機(jī)器人末端，由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)可動(dòng)焊接臂，受焊接控制器與機(jī)器人控制器控制的一種焊鉗。伺服機(jī)器人焊鉗具有環(huán)保，焊接時(shí)輕柔接觸工件、低噪聲，能提高焊接質(zhì)量，有超強(qiáng)的可控性特點(diǎn)。a）實(shí)物圖

b）結(jié)構(gòu)圖圖3-12X型伺服機(jī)器人焊鉗知識(shí)準(zhǔn)備表3-7X型伺服機(jī)器人焊鉗結(jié)構(gòu)圖說(shuō)明序號(hào)名稱(chēng)序號(hào)名稱(chēng)1電極帽9支架2電極桿10支架3電極座11軟連接4電極臂12二次導(dǎo)體5可動(dòng)焊接臂13變壓器6固定焊接臂14接線盒7驅(qū)動(dòng)部組合15冷卻水多歧管8伺服電機(jī)16飛濺擋板知識(shí)準(zhǔn)備5．冷卻水閥組由于點(diǎn)焊是低壓大電流焊接，在焊接過(guò)程中，導(dǎo)體會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，所以焊鉗、焊鉗變壓器需要水冷。冷卻水系統(tǒng)圖見(jiàn)圖3-13所示。圖3-13冷卻水系統(tǒng)圖知識(shí)準(zhǔn)備6．其它輔助設(shè)備工具其它輔助設(shè)備工具主要高速電機(jī)修磨機(jī)（CDR)、點(diǎn)焊機(jī)壓力測(cè)試儀SP-236N、焊機(jī)專(zhuān)用電流表MM-315B，分別如圖3-14a)、b）、c）所示。a）高速電機(jī)修磨機(jī)

b）點(diǎn)焊機(jī)壓力測(cè)試儀

c）專(zhuān)用電流表

圖3-14輔助設(shè)備工具(1)高速電機(jī)修磨機(jī)：對(duì)焊接生產(chǎn)中磨損的電極進(jìn)行打磨。知識(shí)準(zhǔn)備當(dāng)連續(xù)進(jìn)行點(diǎn)焊操作時(shí)，電極頂端會(huì)被加熱，氧化加劇、接觸電阻增大，特別是當(dāng)