焊接聯(lián)接的整個過程日......



焊接聯(lián)接的整個過程日趨自動化，但卻沒有包括定位焊。由于焊接過程的柔性自動化提高了生產(chǎn)率和質(zhì)量，所以可以節(jié)省時間和費(fèi)用。一種定

位抓取器，是集成了焊接技術(shù)的工件抓取器，可以解決利用工業(yè)機(jī)械人完成定位焊工序的問題。
以汽車工業(yè)為例，對定位和定位焊的合理化要求
汽車車身不僅僅是將大的深拉伸鋼板件互相焊起來就完成了，還要有上百個成形小件固定上去，如：分類插頭或ABS—系統(tǒng)，座位固定裝置，

門窗鉸鏈，定距器等。一般說來，在進(jìn)行電阻點(diǎn)焊之前，要對它們合理化定位。這項(xiàng)工作對于生產(chǎn)計(jì)劃部門來說是一件十分頭痛的問題。由于

零件的多種多樣，而且位置往往也很緊湊，簡直不敢想像將這項(xiàng)定位工作自動化。因此在焊前的準(zhǔn)備工作大多由手工來完成。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情

況設(shè)計(jì)夾具，或者采用非柔性的專用機(jī)械，這種方式缺點(diǎn)如下：
■ 生產(chǎn)用具的計(jì)劃與設(shè)計(jì)費(fèi)用高得不成比例；
■ 在采用剛性和非柔性生產(chǎn)手段時，如果在生產(chǎn)過程中改變鋼板件的形狀和位置，將要進(jìn)行專用設(shè)備的改造；
■ 在生產(chǎn)過程中定位焊的位置公差經(jīng)常太大，給用金屬極氣體保護(hù)焊的全機(jī)械化帶來困難；
■ 在強(qiáng)制生產(chǎn)節(jié)拍的工作場地，采用手工操作的適應(yīng)性差；
■ 夾緊裝置妨礙焊接工作的操作；
■ 為了進(jìn)行定位焊，需要增加裝配車間的工作位；
■ 在車型改變時容易搞亂，把錯誤的零件定位焊上去；
改變工作方式
為了實(shí)現(xiàn)上述工作合理化的要求，司徒加特的弗朗霍夫生產(chǎn)與自動化技術(shù)研究所（IPA）以前的工作人員，開發(fā)了一種新的生產(chǎn)方式和所需的

產(chǎn)品。其結(jié)果是發(fā)明了“帶有行程引弧的板材電弧定位焊”，并獲得了慕尼黑弗朗霍夫?qū)W會的專利。配合采用的工業(yè)機(jī)器人而開發(fā)的定位抓取

器，主要是由標(biāo)準(zhǔn)部件組成。它采用6ba的壓縮空氣驅(qū)動，通過微處理機(jī)來調(diào)節(jié)定位焊接過程。它由定位抓取器的頭部、焊接電源和工業(yè)機(jī)械

人的控制器組成。在控制器中設(shè)置了適合各種不同焊接件的定位焊程序。可編程的焊接參數(shù)包括：
—預(yù)加電流的大小和時間；
—焊接主電流的大小和時間；
—焊接行程的大小和時間；
—壓緊力；
—沉入深度；
—行程運(yùn)動的特性曲線。
此外，還可以藉助定位抓取器進(jìn)行機(jī)械抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，以達(dá)到質(zhì)量控制的目的。必要時可用一個新的點(diǎn)焊件重復(fù)進(jìn)行點(diǎn)焊。為了進(jìn)行過程控制

，有一個可以對焊接參數(shù)理論值與實(shí)測值對比的功能，使之保持在預(yù)先給定的允許公差范圍內(nèi)。
一次定位焊的全過程
當(dāng)然不是把裝滿小件的箱子往工業(yè)機(jī)器人面前一放，然后便命令機(jī)器人“干活”。這樣，辨認(rèn)定位焊件的位置和對裝卡運(yùn)動進(jìn)行控制所需的費(fèi)

用就無法承擔(dān)。必須把工件分開，一件一件地按位置次序排列在工業(yè)機(jī)器人的工作區(qū)域內(nèi)。根據(jù)工件的幾何形狀和所需的節(jié)拍時間，需要不同

的工作系統(tǒng)，在此不進(jìn)一步敘述。用一個裝在工業(yè)機(jī)器人手臂上的定位抓取器抓取各種不同形狀的板件，并且按照給定坐標(biāo)將其送到汽車外殼

上去。
在將定位焊件壓到汽車外殼上之前，通過直線傳動使之位移一段距離X1。然后機(jī)器人才能把板件放在汽車外殼的指定位置上。機(jī)器人目標(biāo)點(diǎn)的

編程，應(yīng)使定位焊件與汽車外殼接觸之后，仍能通過定位抓取器的直線傳送使之壓進(jìn)25mm。這個距離是可供傳動距離的一半。從而可以補(bǔ)償汽

車車身表面總會存在的位置與形狀誤差。在加工單元上，該值的大小為±5mm。重要之處在于，通過這個壓進(jìn)運(yùn)動，不使被聯(lián)接件產(chǎn)生塑性變

形。為此降低了平時伺服氣動系統(tǒng)的空氣壓力。
在編程機(jī)器人目標(biāo)點(diǎn)達(dá)到之后，開始正式的定位焊接過程。第一步是測量伺服驅(qū)動器的真實(shí)位置，從而得出汽車車身的誤差，并且暫時將與焊
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位相關(guān)的坐標(biāo)位移向量X2儲存起來。啟動夾持壓力之后，焊接預(yù)電流開始在夾持器卡鉗中流動。緊接著利用直線傳動，將定位焊接件從車身表

面抬起一個程序設(shè)計(jì)的焊接行程量X3。該值根據(jù)定位焊任務(wù)不同，約為0.5～4mm。從而在定位焊接件與車身鋼板之間產(chǎn)生一個位置不動的電弧

。通過將預(yù)電流提高到主焊接電流，使定位焊接件與車身鋼板表面熔化。與行程段距離相適應(yīng)地，利用焊接電源來調(diào)節(jié)焊接電壓，使焊接電流
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保持不變。當(dāng)焊接能量達(dá)到要求值后，伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)定位焊件加速移向車身表面。當(dāng)兩個聯(lián)接面接觸時，電弧熄滅。在電源被切斷之前，流過

的是短路電流。行程的目標(biāo)點(diǎn)是進(jìn)入熔池中一個編程熔深X4，該值與產(chǎn)生的熔深有關(guān)。經(jīng)過一個短暫的停留時間，待焊接熔池凝固后，定位抓

取器即可松開。
整個定位焊的過程大約消耗在50～500ms之間。工作過程很像螺柱焊接過程。不同之處在于定位焊接件的形狀可以是多種多樣的。伺服驅(qū)動的

典型特征是焊接件進(jìn)入熔池時無沖擊。在兩個熔池碰撞時，通過減速，實(shí)現(xiàn)定位焊件的“軟”浸入。與傳統(tǒng)的磁力行程機(jī)構(gòu)相比，它極大地改

善了焊接質(zhì)量。
經(jīng)驗(yàn)與開發(fā)潛力
目前在汽車工業(yè)中已經(jīng)采用的定位抓取器，在合理化和柔性方面都取得了優(yōu)異的結(jié)果。由于這種定位抓取器實(shí)際上不需要維護(hù)，所以幾乎可以

達(dá)到100%的利用率。如果一旦某個零件壞了，可以很快更換一個標(biāo)準(zhǔn)部件，從而保證繼續(xù)使用。關(guān)于過程的可靠性，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)表明，在幾個月

的時間內(nèi)，出現(xiàn)焊接缺陷的機(jī)率只有0.03%。
通過伺服調(diào)節(jié)驅(qū)動的定位焊頭，也為定位焊后零件的成品焊接提供了新的可能性。由于機(jī)器人定位精度高，定位焊接件的形狀誤差小，所以可

以在機(jī)器人手臂上裝上氣體保護(hù)焊焊炬，對零件進(jìn)行成品焊接。因?yàn)橥ㄟ^坐標(biāo)移動向量X2，可以在任何焊位補(bǔ)償車身的位置誤差，所以可以在

連續(xù)焊接程序中，將空間點(diǎn)改變一個坐標(biāo)移動向量值，從而可以放棄采用昂貴的焊縫跟蹤系統(tǒng)。原來工業(yè)機(jī)器人不適合于用在氣體保護(hù)連續(xù)焊

接上，現(xiàn)在則可以可靠而又十分經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)。
機(jī)械制造的所有領(lǐng)域都提出來要用自動定位焊。例如用在農(nóng)業(yè)機(jī)械、鋼結(jié)構(gòu)和容器制造、采曖和空調(diào)、廚房用品和物料搬運(yùn)技術(shù)。恰值工業(yè)機(jī)