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1、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,点焊是电阻焊的一种。电阻焊接是通过焊接设备的电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
2、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,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 大类。,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
3、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,(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,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
4、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,知识准备,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。,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
5、-3 单边多点点焊,(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）,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
6、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,点焊的条件,知识准备,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
7、分大的电流，在较短的时间内焊接。,知识准备,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，那就是电极顶端直径。电流值固定不便时，电极
8、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,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。,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
9、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。,知识准备,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）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%,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,知识准备,表3-3 点焊过程中导致缺陷的主要原因,知识准备,表3-4 点焊过程中导致缺陷的主要原因,
10、+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。,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,图3-5 整体布置图1-点焊机器人 2-工件,图3-5 整体布置图1-点焊机器人 2-工件,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,知识准备,表3-5 点焊机器人系统图中各部分说明,知识准备,表3-6 点焊机器人系统各部分功能说明,知识准备,1
11、点焊机器人 点焊机器人包括安川ES165D机器人本体、DX100控制柜以及示教器。安川ES165D机器人本体如图3-7所示。,图3-7 安川ES165D机器人本体及焊钳1-机器人本体 2-伺服机器人焊钳 3-机器人安装底板,ES165D机器人为点焊机器人，由驱动器、传动机构、机械手臂、关节以及内部传感器等组成。它的任务是精确地保证机械手末端执行器（焊钳）所要求的位置、姿态和运动轨迹。焊钳与机器人手臂可直接通过法兰连接。,知识准备,2电阻焊接控制装置 电阻焊接控制装置是合理控制时间、电流和加压力这三大焊接条件的装置，综合了焊钳的各种动作的控制、时间的控制以及电流调整的功能。通常的方式是，装置启动
12、后就会自动进行一系列的焊接工序。工业机器人点焊工作站使用的电阻焊接控制装置型号为IWC5-10136C，是采用微电脑控制，同时具备高性能和高稳定性的控制器。IWC5-10136C电阻焊接控制装置，具有按照指定的直流焊接电流进行定电流控制功能、步增功能、各种监控以及异常检测功能。电阻焊接控制器如图3-8所示。,a）关门 b)关门 图3-8 电阻焊接控制器,知识准备,IWC5-10136C电阻焊接控制器配套有编程器和复位器，如图3-9、3-10所示。,图3-9 编程器 图3-10复位器,编程器由于焊接条件的设定；复位器用于异常复位和各种监控。,知识准备,3变压器 三相干式变压器为安川机器人ES16
13、5D提供电源，变压器参数为输入3相380V，输出三相220V，功率12KVA, 如图3-11所示。,a）变压器箱体 b）变压器箱内 图3-11 三相变压器,知识准备,4伺服机器人焊钳焊钳是指将点焊用的电极、焊枪架、加压装置等紧凑汇总的焊接装置。工业机器人点焊工作站采用电溶机电品牌的X型伺服机器人焊钳，焊钳变压器和焊钳一体化，焊钳变压器为点焊过程提供通过焊钳电极的电流。X型伺服机器人焊钳如图3-12所示。伺服机器人焊钳安装在机器人末端，由伺服电机驱动可动焊接臂，受焊接控制器与机器人控制器控制的一种焊钳。伺服机器人焊钳具有环保，焊接时轻柔接触工件、低噪声，能提高焊接质量，有超强的可控性特点。,a）
14、实物图 b）结构图 图3-12 X型伺服机器人焊钳,知识准备,表3-7 X型伺服机器人焊钳结构图说明,知识准备,5冷却水阀组由于点焊是低压大电流焊接，在焊接过程中，导体会产生大量的热量，所以焊钳、焊钳变压器需要水冷。冷却水系统图见图3-13所示。,图3-13 冷却水系统图,知识准备,6其它辅助设备工具其它辅助设备工具主要高速电机修磨机（CDR)、点焊机压力测试仪SP-236N、焊机专用电流表MM-315B，分别如图3-14 a)、b）、c）所示。,a）高速电机修磨机 b）点焊机压力测试仪 c）专用电流表 图3-14 辅助设备工具,(1) 高速电机修磨机：对焊接生产中磨损的电极进行打磨。,知识准
15、备,当连续进行点焊操作时，电极顶端会被加热，氧化加剧、接触电阻增大，特别是当焊接铝合金以及带镀层钢板时，容易发生镀层物质的粘着。即便保持焊接电流不变，随着顶端面积的增大，电流密度也会随之降低，造成焊接不良。因此需要在焊接过程中定期打磨电极顶端， 除去电极表面的污垢，同时还需要对顶端部进行整形，使顶端的形状与初始时的形状保持一致。(2) 点焊机压力测试仪：用于焊钳的压力校正。 在电阻焊接中为了保证焊接质量，电极加压力是一个重要的因素，需要对其进行定期测量。电极加压力测试仪分为三种：音叉式加压力仪、油压式加压力仪、负载传感器式加压力仪。压力测试仪SP-236N为模拟型油压式加压力测量仪。(3) 焊
16、机专用电流表：专用电流表用于设备的维护、测试焊接时二次短路电流。在电阻焊接中，焊接电流的测量对于焊接条件的设定以及焊接质量的管理起到,知识准备,重要的作用。由于焊接电流是短时间、高电流导通的方式，因此使用通常市场上销售的电流计是无法测量的。需要使用焊机专用焊接电流表。在测量电流时，有使用环形线圈，在焊机的二次线路侧缠绕环形线圈，利用此线圈测量出的磁力线的时间变化，并对次时间变化进行积分计算求取电流值。,知识准备,四、工业机器人点焊工作站的工作过程(1) 系统启动1) 设备启动前，打开冷却水、焊机电源；2) 机器人控制柜DX100主电源开关合闸，等待机器人启动完毕；3) 在“示教模式”下选择机器人焊接程序，然后将模式开关转至“远程模式”；4) 若系统没有报警，启动完毕。(2) 生产准备1) 选择要焊接的产品；2) 将产品安装在焊接台上；(3) 开始生产按下启动按钮，机器人开始按照预先编制的程序与设置的焊接参数进行焊接作业。当机器人焊接完毕，回到作业原点后。工更换母材，开始下一个循环。,谢谢！,
