单元一工业机器人点焊工作站的认识讲述

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1、工业机器人工作站系统集成 常州机电 工业机器人工作站系统集成 主讲教师：汪励 单元一工业机器人点焊工作站的认识 工业机器人工作站系统集成 常州机电 工作任务描述: 根据焊接对象性质及焊接工艺要求，利用点焊机器人完 成点焊过程。工业机器人点弧焊工作站除了点焊机器人 外，还包括电阻焊控制系统、焊钳等各种焊接附属装置 。 学习目标: 通过本任务学习，应能： 1、 了解电阻焊的基础知识 2、 熟悉工业机器人点焊工作站的组成 3、 熟悉点焊控制装置的工作原理 4、 熟悉焊钳的结构与工作原理 5、 掌握点焊机器人接口技术 工业机器人工作站系统集成 常州机电 点焊是电阻焊的一种。电阻焊接是通过焊接设 备的电

2、极施加压力并在接通电源时，在工件接触点 及邻近区域产生电阻热加热工件，在外力作用下完 成工件的联结。 点焊广泛应用于汽车、土木建筑、家电产品、 电子产品、铁路机车等相关领域。点焊比其他焊接 方法，比较擅长于薄板焊接领域，更适合运用于工 业机器人的自动化生产。 工业机器人点焊工作站的定义 知识准备 工业机器人工作站系统集成 常州机电 点焊的工艺过程 知识准备 1) 预压 保证工件接触良好； 2) 通电 使焊接处形成熔核及塑性环； 3) 断电锻压 使熔核在压力持续作用下冷却结晶， 形成组织致密、无缩孔裂纹的焊点。 点焊的通电方式按照焊接电流在电极-接合部-电极间按照何种 回路进行流动，而分成4 大

3、类。 工业机器人工作站系统集成 常州机电 点焊的分类 点焊是电阻焊的一种。电阻焊(resistance welding) 是将被焊母材压紧于两电极之间，并施以电流，利用 电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热效应将 其加热到塑性状态，使得母材表面相互紧密连接，生 成牢固的接合部。主要用于薄板焊接。 知识准备 工业机器人工作站系统集成 常州机电 (1) 直接点焊 直接点焊如图3-1所示。这是最基本的、也是可靠度 最高的焊接方法。 点焊的分类 知识准备 a) b) c) 图3-1 直接点焊 工业机器人工作站系统集成 常州机电 相对的一对电极夹住被焊接物并施压，其中一 个电极通过被焊接物的接合部向

4、另一个电极直接导 通焊接电流。当然也有像c）一样将电极分成2 根进 行焊接的方法,但是由于很难使加压力、接触部位的 电阻完全相同,所以与a）、b）图的方式相比,在工 作效率上是得到了提高，但是焊接部位的可靠性变 差了。 (2) 间接点焊 间接点焊如图3-2所示。被焊接物的接合部位 电流，从一个电极通过被焊接物的一个部位分流通 到另外一个电极的焊接方式。有时候不需要将电极 相向设置，只要在单侧设置就可以进行焊接了，因 此适用与焊接大型物体。 知识准备 工业机器人工作站系统集成 常州机电 知识准备 a) b) 图3-2 间接点焊 (3) 单边多点点焊 单边多点点焊如图3-3所示。当一个焊接电流回路

5、中有2 个接合部时，电流将顺序依次流过这两个焊点部位并进 行点焊，这是一个高效的方式。但是如b）、c）图所示 ，在有些方式中，电流将在被焊接物内部进行分流，由 此会产生一些根本无利于接合部发热的无效电流，因此 不仅仅造成了电的效率低下，有时还会对焊接质量造成 坏的影响。 工业机器人工作站系统集成 常州机电 所以为了尽量减少分流,需要尽量加大电极。而当板厚不同时， 需要将厚板材放在下方。 知识准备 a) b) c) 图3-3 单边多点点焊 工业机器人工作站系统集成 常州机电 (4) 双点焊（推挽点焊） 双点焊（推挽点焊）如图3-4所示。在上下都配置焊接 变压器，可以同时进行2点焊接的方式。 与图

6、3-3所示的单边多点点焊相比,在相当程度上抑制了 分流电流，具有利于用在厚板材焊接的优点。 知识准备 图3-4 双点焊（推挽点焊） 工业机器人工作站系统集成 常州机电 焊接电流、通电时间以及电极加压力被称为电阻 焊接的三大条件。在电阻焊接中，这些条件互相作用 ，具有非常紧密的联系。 (1) 焊接电流 焊接电流是指电焊机中的变压器的二次回路中 流向焊接母材的电流。在普通的单相交流式电焊机中 ，在变压器的一次侧流通的电流，将乘以与变压器线 匝比（是指一次侧的线匝数N1和二次侧的线匝N2的比 ，即N1/ N2）后流向二次侧。在合适的电极加压力下 ，大小合适的电流在合适的时间范围内导通后，接合 点焊的

7、条件 知识准备 工业机器人工作站系统集成 常州机电 母材间会形成共同的熔合部，在冷却后形成接合部（熔核） 。但是，如果电流过大会导致熔合部飞溅出来（飞溅）以及 电极粘结在母材（熔敷）等故障现象。此外，也会导致熔接 部位变形过大。 (2) 通电时间 通电时间是指焊接电流导通的时间。在电流值固定的情 况下改变通电时间，会导致焊接部位所能够达到的最高温度 不同，从而导致形成的接合部大小不一。一般而言，选择低 的电流值、延长通电时间不仅仅会造成大量的热量损失，而 且也会导致对不需要焊接的地方进行加热。特别是对像铝合 金等热传导率好的材料以及小零件等进行焊接时，必须使用 充分大的电流，在较短的时间内焊接

8、。 知识准备 工业机器人工作站系统集成 常州机电 知识准备 (3) 电极加压力 电极加压力是指加载在焊接母材上的压力。电极加压力既 起到了决定接合部位位置的夹具的作用，同时电极本身也起到 了保证导通稳定的焊接电流的作用。此外，还具备冷却后的锻 压效果以及防止内部开裂等作用。在设定电极加压力时，有时 也会采用在通电前进行预压、在通电过程中进行减压、然后在 通电末期再次增压等特殊的方式。 加压力具体作用包括：破坏表面氧化污物层、保持良好接触电 阻、提供压力促进焊件熔合、热熔时形成塑性环、防止周围气 体侵入、防止液态熔核金属沿板缝向外喷溅。 此外，还有一个影响到熔核直径大小的条件，那就是电极顶端 直

9、径。电流值固定不便时，电极顶端直径（面积）越大，电流 的密度则越小，在相同时间内可以形成的熔核直径也就越小。 好的焊接条件是指选择合适的焊接电流、通电时间以便能够 工业机器人工作站系统集成 常州机电 知识准备 形成与电极顶端直径相同的熔核。此外，焊接母材的 板材厚度的组合在某种程度上也决定了熔核直径的大 小。因此，只要板材厚度的组合决定了，则将要使用 的电极顶端直径也就决定了，相关的电极加压力、焊 接电流以及通电时间的组合也可以决定了。 如果想 要形成比板材厚度还大的熔核，则需要选择具有更大 顶端面积的电极，当然同时还需要使用较大的焊接电 流以保证所需的电流密度。 工业机器人工作站系统集成 常

10、州机电 知识准备 二、工业机器人点焊工作站的工作任务 工业机器人点焊工作站工作任务是完成L型工件和车身门框处的 点焊工作。 L型工件，材料低碳钢，双层厚度2mm；车身门框是材料是镀锡， 双层厚度3mm。 焊接规范见表3-1、表3-2、表3-3、表3-4。 工业机器人工作站系统集成 常州机电 知识准备 板厚mm0.50.811.522.53 电极型式和 电极直径 D(mm)12.512.51616161625 d(mm)3.54.556.2788.5 硬规范 电极间压力 N1350190023003500480061007700 焊接时间 Cycles681014182124 焊接电流 A610

11、08100930011500135001500016600 软规范 电极间压力 N600 1000 12001700230030003500 焊接时间 Cycles10152035457085 焊接电流 A3700450057006800820087009500 最小搭接宽 度 mm11111216181922 最小焊点间 距 mm10131926323845 焊点 直径 mm3.344.85.76.87.88.5 工业机器人工作站系统集成 常州机电 知识准备 （1）材料表面应没有锈、氧化物、油漆、油脂、油。 （2）对于不同板厚材料焊接，参见表格3-2。 （3）电极材料应根据板材状况选用 （4

12、）对于三层板焊接，最小间距应增加30% （5）对于镀锌板而言，一般参数上应增加1520% （6）对于有铜板保护的焊接点而言，一般参数上应增加1520% 工业机器人工作站系统集成 常州机电 知识准备 表3-2 对于2或3层相同或不同板厚的工件焊接参数的选择标准 A=BAABBCA 根据板厚A选择参数根据板厚A选择参数根据板厚A选择参数根据板厚A选择参数根据板厚C选择参数 Max A/B = 1/4Max A/C = 1/2.5Max A/C = 1/2.5 CBAA=CBB=CAA=CBA=BC 根据板厚B选择参数根据板厚A选择参数根据板厚B选择参数根据板厚A选择参数根据板厚A选择参数 Max

13、A/C = 1/2.5Max A/C = 1/2.5Max A/C = 1/2.5 工业机器人工作站系统集成 常州机电 知识准备 表3-3 点焊过程中导致缺陷的主要原因 可能的原因 缺陷类型 焊点不圆压痕过深 压痕颜色 太明显 工件表面的飞 溅 工件之间的飞 溅 参数调整 焊接电流+ 焊接时间+ 电极间压力- 预压时间- 维持时间- 保养维护 电极队列 电极头部状况 电极头部直径 电极冷却状况- 焊接原理的准备 工业机器人工作站系统集成 常州机电 知识准备 表3-4 点焊过程中导致缺陷的主要原因 可能的原因 缺陷类型 焊点过小 焊点开裂或有 裂痕 焊点偏心 焊点附近板材 开裂 电极变形过大 参

14、数调整 焊接电流 -+-+ 焊接时间 -+ 电极间压力 +-+- 预压时间 - 维持时间 - 保养维护 电极队列 电极头部状况 电极头部直径 - 电极冷却状况 - 焊接原理的准备 +比标准值大 -比标准值小 不符合标准 此表表示了防止部分焊接缺陷的可能的原因，这仅对两层相同板厚的普通钢材焊 接的情况有效。 工业机器人工作站系统集成 常州机电 知识准备 工业机器人点焊工作站由机器人系统、伺服机器人焊钳、冷却水系统、电 阻焊接控制装置、焊接工作台等组成，采用双面单点焊方式。整体布置如图3-5 所示，点焊系统如图3-6所示。 三、工业机器人点焊工作站的组成 21 图3-5 整体布置图 1-点焊机器人

15、 2-工件 图3-5 整体布置图 1-点焊机器人 2-工件 工业机器人工作站系统集成 常州机电 知识准备 图3-6 点焊机器人系统图 图3-6 点焊机器人系统图 工业机器人工作站系统集成 常州机电 知识准备 表3-5 点焊机器人系统图中各部分说明 设备代号设备名称设备代号设备名称 (1) 机器人本体(ES165D) (12)机器人变压器 (2)伺服焊钳(13)焊钳供电电缆 (3)电极修磨机(14) 机器人控制柜DX100 (4) 手首部集合电缆(GISO) (15) 点焊指令电缆(I/F) (5) 焊钳伺服控制电缆S1 (16) 机器人供电电缆2BC (6) 气/水管路组合体 (17) 机器人

16、供电电缆3BC (7)焊钳冷水管(18) 机器人控制电缆1BC (8)焊钳回水管(19)焊钳进气管 (9)点焊控制箱冷水管(20) 机器人示教器(PP) (10)冷水阀组(21)冷却水流量开关 (11)点焊控制箱(22)电源提供 工业机器人工作站系统集成 常州机电 知识准备 表3-6 点焊机器人系统各部分功能说明 类型设备代号功能及说明 机器人相关 (1)(4)(5)(13)(14)(15)(16)(1 7)(18) (20) 焊接机器人系统以及与其它设备的联系。 点焊系统(2)(3)(11)实施点焊作业。 供气系统(6)(19) 如果使用气动焊钳时，焊钳加压气缸完成点焊加压，需要供气 。当焊钳长时间不用时，须用气吹干焊钳管道中残留的水。 类型设备代号功能及说明 供水系统(