單元一-工業(yè)機器人點焊工作站的認識課件

《工業(yè)機器人工作站系統(tǒng)集成》主講教師：汪勵單元一工業(yè)機器人點焊工作站的認識《工業(yè)機器人工作站系統(tǒng)集成》主講教師：汪勵單元一工業(yè)機器人點工作任務描述:根據焊接對象性質及焊接工藝要求，利用點焊機器人完成點焊過程。工業(yè)機器人點弧焊工作站除了點焊機器人外，還包括電阻焊控制系統(tǒng)、焊鉗等各種焊接附屬裝置。學習目標:通過本任務學習，應能：1、

了解電阻焊的基礎知識2、

熟悉工業(yè)機器人點焊工作站的組成3、

熟悉點焊控制裝置的工作原理4、

熟悉焊鉗的結構與工作原理5、

掌握點焊機器人接口技術工作任務描述:點焊是電阻焊的一種。電阻焊接是通過焊接設備的電極施加壓力并在接通電源時，在工件接觸點及鄰近區(qū)域產生電阻熱加熱工件，在外力作用下完成工件的聯結。點焊廣泛應用于汽車、土木建筑、家電產品、電子產品、鐵路機車等相關領域。點焊比其他焊接方法，比較擅長于薄板焊接領域，更適合運用于工業(yè)機器人的自動化生產。工業(yè)機器人點焊工作站的定義知識準備點焊是電阻焊的一種。電阻焊接是通過焊接設備的電極施加點焊的工藝過程知識準備1)預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)作用下冷卻結晶，

形成組織致密、無縮孔裂紋的焊點。點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行流動，而分成4大類。點焊的工藝過程知識準備1)預壓保證工件接觸良好；點焊的分類點焊是電阻焊的一種。電阻焊(resistancewelding)是將被焊母材壓緊于兩電極之間，并施以電流，利用電流流經工件接觸面及鄰近區(qū)域產生的電阻熱效應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。知識準備點焊的分類點焊是電阻焊的一種。電阻焊(resistance

(1)直接點焊直接點焊如圖3-1所示。這是最基本的、也是可靠度最高的焊接方法。點焊的分類知識準備a)b)c)

圖3-1直接點焊(1)直接點焊點焊的分類知識準備a)

相對的一對電極夾住被焊接物并施壓，其中一個電極通過被焊接物的接合部向另一個電極直接導通焊接電流。當然也有像c）一樣將電極分成2根進行焊接的方法,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)間接點焊間接點焊如圖3-2所示。被焊接物的接合部位電流，從一個電極通過被焊接物的一個部位分流通到另外一個電極的焊接方式。有時候不需要將電極相向設置，只要在單側設置就可以進行焊接了，因此適用與焊接大型物體。知識準備相對的一對電極夾住被焊接物并施壓，其中一個電知識準備b)圖3-2間接點焊(3)單邊多點點焊單邊多點點焊如圖3-3所示。當一個焊接電流回路中有2個接合部時，電流將順序依次流過這兩個焊點部位并進行點焊，這是一個高效的方式。但是如b）、c）圖所示，在有些方式中，電流將在被焊接物內部進行分流，由此會產生一些根本無利于接合部發(fā)熱的無效電流，因此不僅僅造成了電的效率低下，有時還會對焊接質量造成壞的影響。知識準備

所以為了盡量減少分流,需要盡量加大電極。而當板厚不同時，需要將厚板材放在下方。知識準備a)b)c)

圖3-3單邊多點點焊所以為了盡量減少分流,需要盡量加大電極。而當板厚不同(4)雙點焊（推挽點焊）雙點焊（推挽點焊）如圖3-4所示。在上下都配置焊接變壓器，可以同時進行2點焊接的方式。與圖3-3所示的單邊多點點焊相比,在相當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。知識準備圖3-4雙點焊（推挽點焊）(4)雙點焊（推挽點焊）知識準備圖3-4雙點焊（推挽

焊接電流、通電時間以及電極加壓力被稱為電阻焊接的三大條件。在電阻焊接中，這些條件互相作用，具有非常緊密的聯系。(1)焊接電流焊接電流是指電焊機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中，在變壓器的一次側流通的電流，將乘以與變壓器線匝比（是指一次側的線匝數N1和二次側的線匝N2的比，即N1/N2）后流向二次側。在合適的電極加壓力下，大小合適的電流在合適的時間范圍內導通后，接合點焊的條件知識準備焊接電流、通電時間以及電極加壓力被稱為電阻焊

母材間會形成共同的熔合部，在冷卻后形成接合部（熔核）。但是，如果電流過大會導致熔合部飛濺出來（飛濺）以及電極粘結在母材（熔敷）等故障現象。此外，也會導致熔接部位變形過大。(2)通電時間

通電時間是指焊接電流導通的時間。在電流值固定的情況下改變通電時間，會導致焊接部位所能夠達到的最高溫度不同，從而導致形成的接合部大小不一。一般而言，選擇低的電流值、延長通電時間不僅僅會造成大量的熱量損失，而且也會導致對不需要焊接的地方進行加熱。特別是對像鋁合金等熱傳導率好的材料以及小零件等進行焊接時，必須使用充分大的電流，在較短的時間內焊接。知識準備母材間會形成共同的熔合部，在冷卻后形成接合部（熔核）知識準備(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，同時電極本身也起到了保證導通穩(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部開裂等作用。在設定電極加壓力時，有時也會采用在通電前進行預壓、在通電過程中進行減壓、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、提供壓力促進焊件熔合、熱熔時形成塑性環(huán)、防止周圍氣體侵入、防止液態(tài)熔核金屬沿板縫向外噴濺。此外，還有一個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，電極頂端直徑（面積）越大，電流的密度則越小，在相同時間內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、通電時間以便能夠知識準備(3)電極加壓力知識準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，相關的電極加壓力、焊接電流以及通電時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，當然同時還需要使用較大的焊接電流以保證所需的電流密度。知識準備形成與電極頂端直徑相同的熔核。此外，焊接母材的板知識準備二、工業(yè)機器人點焊工作站的工作任務工業(yè)機器人點焊工作站工作任務是完成L型工件和車身門框處的點焊工作。L型工件，材料低碳鋼，雙層厚度2mm；車身門框是材料是鍍錫，雙層厚度3mm。焊接規(guī)范見表3-1、表3-2、表3-3、表3-4。知識準備二、工業(yè)機器人點焊工作站的工作任務工業(yè)機器人點焊知識準備板厚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焊接時間Cycles681014182124焊接電流A61008100930011500135001500016600軟規(guī)范電極間壓力N600100012001700230030003500焊接時間Cycles10152035457085焊接電流A3700450057006800820087009500最小搭接寬度mm11111216181922最小焊點間距mm10131926323845焊點直徑mm3.344.85.76.87.88.5知識準備板厚mm0.50.811.522.53電極型式和知識準備（1）材料表面應沒有銹、氧化物、油漆、油脂、油。（2）對于不同板厚材料焊接，參見表格3-2。（3）電極材料應根據板材狀況選用（4）對于三層板焊接，最小間距應增加30%（5）對于鍍鋅板而言，一般參數上應增加15～20%（6）對于有銅板保護的焊接點而言，一般參數上應增加15～20%知識準備（1）材料表面應沒有銹、氧化物、油漆、油脂、油。知識準備表3-2對于2或3層相同或不同板厚的工件焊接參數的選擇標準A=BA<BA=B=CC>A>BB>C>A根據板厚A選擇參數根據板厚A選擇參數根據板厚A選擇參數根據板厚A選擇參數根據板厚C選擇參數MaxA/B=1/4MaxA/C=1/2.5MaxA/C=1/2.5C>B>AA=C>BB=C>AA=C<BA=B<C根據板厚B選擇參數根據板厚A選擇參數根據板厚B選擇參數根據板厚A選擇參數根據板厚A選擇參數MaxA/C=1/2.5MaxA/C=1/2.5MaxA/C=1/2.5知識準備表3-2對于2或3層相同或不同板厚的工件焊接參知識準備表3-3點焊過程中導致缺陷的主要原因可能的原因缺陷類型焊點不圓壓痕過深壓痕顏色太明顯工件表面的飛濺工件之間的飛濺參數調整焊接電流++++焊接時間+++電極間壓力----預壓時間--維持時間--保養(yǎng)維護電極隊列≠電極頭部狀況≠≠電極頭部直徑≠電極冷卻狀況-焊接原理的準備≠≠≠≠知識準備表3-3點焊過程中導致缺陷的主要原因可能的原因知識準備表3-4點焊過程中導致缺陷的主要原因可能的原因缺陷類型焊點過小焊點開裂或有裂痕焊點偏心焊點附近板材開裂電極變形過大參數調整焊接電流-+-+焊接時間-+電極間壓力+-++-預壓時間--維持時間--保養(yǎng)維護電極隊列≠電極頭部狀況≠電極頭部直徑≠≠-電極冷卻狀況---焊接原理的準備≠≠≠+比標準值大-比標準值小≠不符合標準此表表示了防止部分焊接缺陷的可能的原因，這僅對兩層相同板厚的普通鋼材焊接的情況有效。知識準備表3-4點焊過程中導致缺陷的主要原因可能的原因知識準備工業(yè)機器人點焊工作站由機器人系統(tǒng)、伺服機器人焊鉗、冷卻水系統(tǒng)、電阻焊接控制裝置、焊接工作臺等組成，采用雙面單點焊方式。整體布置如圖3-5所示，點焊系統(tǒng)如圖3-6所示。三、工業(yè)機器人點焊工作站的組成21圖3-5整體布置圖1-點焊機器人2-工件圖3-5整體布置圖1-點焊機器人

2-工件知識準備工業(yè)機器人點焊工作站由機器人系統(tǒng)、伺服機知識準備圖3-6點焊機器人系統(tǒng)圖圖3-6點焊機器人系統(tǒng)圖知識準備圖3-6點焊機器人系統(tǒng)圖圖3-6點焊機器人系知識準備表3-5點焊機器人系統(tǒng)圖中各部分說明設備代號設備名稱設備代號設備名稱(1)機器人本體(ES165D)(12)機器人變壓器(2)伺服焊鉗(13)焊鉗供電電纜(3)電極修磨機(14)機器人控制柜DX100(4)手首部集合電纜(GISO)(15)點焊指令電纜(I/F)(5)焊鉗伺服控制電纜S1(16)機器人供電電纜2BC(6)氣/水管路組合體(17)機器人供電電纜3BC(7)焊鉗冷水管(18)機器人控制電纜1BC(8)焊鉗回水管(19)焊鉗進氣管(9)點焊控制箱冷水管(20)機器人示教器(PP)(10)冷水閥組(21)冷卻水流量開關(11)點焊控制箱(22)電源提供知識準備表3-5點焊機器人系統(tǒng)圖中各部分說明設備代號設知識準備表3-6點焊機器人系統(tǒng)各部分功能說明類型設備代號功能及說明機器人相關(1)(4)(5)(13)(14)(15)(16)(17)(18)(20)焊接機器人系統(tǒng)以及與其它設備的聯系。點焊系統(tǒng)(2)(3)(11)實施點焊作業(yè)。供氣系統(tǒng)(6)(19)如果使用氣動焊鉗時，焊鉗加壓氣缸完成點焊加壓，需要供氣。當焊鉗長時間不用時，須用氣吹干焊鉗管道中殘留的水。類型設備代號功能及說明供水系統(tǒng)(7)(8)(10)用于對設備(2)(11)的冷卻。供電系統(tǒng)(12)(22)系統(tǒng)動力。知識準備表3-6點焊機器人系統(tǒng)各部分功能說明類型設備代知識準備1．點焊機器人點焊機器人包括安川ES165D機器人本體、DX100控制柜以及示教器。安川ES165D機器人本體如圖3-7所示。213圖3-7安川ES165D機器人本體及焊鉗1-機器人本體

2-伺服機器人焊鉗

3-機器人安裝底板ES165D機器人為點焊機器人，由驅動器、傳動機構、機械手臂、關節(jié)以及內部傳感器等組成。它的任務是精確地保證機械手末端執(zhí)行器（焊鉗）所要求的位置、姿態(tài)和運動軌跡。焊鉗與機器人手臂可直接通過法蘭連接。知識準備1．點焊機器人213圖3-7安川ES165D機知識準備2．電阻焊接控制裝置電阻焊接控制裝置是合理控制時間、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作的控制、時間的控制以及電流調整的功能。通常的方式是，裝置啟動后就會自動進行一系列的焊接工序。工業(yè)機器人點焊工作站使用的電阻焊接控制裝置型號為IWC5-10136C，是采用微電腦控制，同時具備高性能和高穩(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行定電流控制功能、步增功能、各種監(jiān)控以及異常檢測功能。電阻焊接控制器如圖3-8所示。電源指示燈電源開關a）關門b)關門圖3-8電阻焊接控制器知識準備2．電阻焊接控制裝置電源電源開關a）關門知識準備IWC5-10136C電阻焊接控制器配套有編程器和復位器，如圖3-9、3-10所示。圖3-9編程器圖3-10復位器編程器由于焊接條件的設定；復位器用于異常復位和各種監(jiān)控。知識準備IWC5-10136C電阻焊接控制器配套有編程器知識準備3．變壓器三相干式變壓器為安川機器人ES165D提供電源，變壓器參數為輸入3相380V，輸出三相220V，功率12KVA,如圖3-11所示。冷卻風扇變壓器a）變壓器箱體

b）變壓器箱內圖3-11三相變壓器知識準備3．變壓器冷卻風扇變壓器a）變壓器箱體知識準備4．伺服機器人焊鉗焊鉗是指將點焊用的電極、焊槍架、加壓裝置等緊湊匯總的焊接裝置。工業(yè)機器人點焊工作站采用電溶機電品牌的X型伺服機器人焊鉗，焊鉗變壓器和焊鉗一體化，焊鉗變壓器為點焊過程提供通過焊鉗電極的電流。X型伺服機器人焊鉗如圖3-12所示。伺服機器人焊鉗安裝在機器人末端，由伺服電機驅動可動焊接臂，受焊接控制器與機器人控制器控制的一種焊鉗。伺服機器人焊鉗具有環(huán)保，焊接時輕柔接觸工件、低噪聲，能提高焊接質量，有超強的可控性特點。a）實物圖

b）結構圖圖3-12X型伺服機器人焊鉗知識準備4．伺服機器人焊鉗a）實物圖知識準備表3-7X型伺服機器人焊鉗結構圖說明序號名稱序號名稱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12二次導體5可動焊接臂13變壓器6固定焊接臂14接線盒7驅動部組合15冷卻水多歧管8伺服電機16飛濺擋板知識準備表3-7X型伺服機器人焊鉗結構圖說明序號名稱序知識準備5．冷卻水閥組由于點焊是低壓大電流焊接，在焊接過程中，導體會產生大量的熱量，所以焊鉗、焊鉗變壓器需要水冷。冷卻水系統(tǒng)圖見圖3-13所示。圖3-13冷卻水系統(tǒng)圖知識準備5．冷卻水閥組圖3-13冷卻水系統(tǒng)圖知識準備6．其它輔助設備工具其它輔助設備工具主要高速電機修磨機（CDR)、點焊機壓力測試儀SP-236N、焊機專用電流表MM-315B，分別如圖3-14a)、b）、c）所示。a）高速電機修磨機

b）點焊機壓力測試儀

c）專用電流表

圖3-14輔助設備工具(1)高速電機修磨機：對焊接生產中磨損的電極進行打磨。知識準備6．其它輔助設備工具a）高速電機修磨機知識準備當連續(xù)進行點焊操作時，電極頂端會被加熱，氧化加