中频伺服焊钳
中频伺服焊钳
中频伺服机器人焊钳的应用随着汽车工业的发展，对车身焊接的质量、生产 效率等方面要求越来越高，尤其是车身新材料如高强 度钢板、热成形钢板、镀层钢板的采用，对焊接技术 和焊接设备提出了新的要求。另外，汽车价格竞争日 益激烈，除了通过设计降低成本之９１、，对生产加工工 艺也提出了降低成本的要求。机器人、中频焊接和伺 服焊钳新技术的发展和应用，在提高车身质量、生产 效率、节约制造成本、改善焊接工作环境等方面发挥 了重要作用。这项技术在汽车车身焊接工艺中得到了 越来越广泛的应用，更多工程技术人员也参与到此项 技术研究中来，希望它发挥更大的作用。 焊接机器人 随着工业自动化的发展，机器人得到了广泛应 用，根据机器人的加工工具和操作对象不同，主要 分为焊接机器人、切割机器人、喷涂机器人以及转运 机器人等；按其结构不同，有六轴机器人、七轴机器 人、八轴机器人。 焊接机器人的工作工具是焊钳，按照工艺轨迹要 求，通过坐标转换和各轴的运动，带动焊钳完成目标 运动实现焊接（见图１）。它具有很高的柔性、精确 度和高效性，为实现中频伺服焊钳功能提供了运动基 中频焊接技术介绍Ｅｌ前，中频焊接使用的频率分为工频和中频，工 频就是常见的电源频率５０Ｈｚ，中频是指工频经过脉宽
中频伺服焊钳结构&原理 1 伺服机器人焊钳结构 1.1 C 型伺服点焊钳结构 C 型伺服焊钳结构如图 1 和表 1 所示。 图 1 中频伺服焊钳（C 型）结构示意图 表 1 中频伺服焊钳（C 型）结构组成及名称 焊钳类型 功能展开 扭矩发生部 马达 零部件名称 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩ 齿轮（齿状皮带） 加压力转换部 加压驱动部 齿轮（皮带轮） 滚珠丝杠 活塞杆、轴承 中频伺服焊 钳（C 型） 电流输出部 二次供电部 导电部 加压力传动部 前侧自动轴承 后侧自动轴承 变压器 软连接 端子 机器人安装部 冷却水回路部 1.2 X 型伺服点焊钳结构 X 型伺服焊钳结构如图 2 和表 2 所示。 1 焊钳托架 水冷分水器 图 2 中频伺服焊钳（C 型）结构示意图 表 2 中频伺服焊钳（X 型）结构组成及名称 焊钳类型 功能展开 扭矩发生部 马达 零部件名称 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩ 齿轮（齿状皮带） 加压驱动部 加压力转换部 齿轮（皮带轮） 滚珠丝杠 加压力传动部 机器人伺服焊 钳（X 型） 旋转机构 摇动轴承部 电流输出部 二次供电部 导电部 机器人安装部 冷却水回路部 活塞杆、轴承 主轴 变压器 软连接 端子 焊钳托架 水冷分水器 2 中频伺服焊钳加压原理 2.1 加压状态动作过程 详见图 3，伺服点焊钳移动侧电极帽由机器人第 7 轴伺服电机驱动，固定侧电极帽由机 器人其余 6 轴伺服电机驱动，两者同时接近工件，同时接触工件表面。 2 平衡量 打开状态 移动侧和固定侧电极 同时接近工件 移动侧和固定侧电极 同时接触工件 图 3 中频伺服焊钳双侧电极同时接触工件的加压过程 2.2 打开状态动作过程 详见图 4，伺服点焊钳移动侧电极帽由机器人第 7 轴伺服电机驱动，固定侧电极帽由机 器人其余 6 轴伺服电机驱动，两者同时远离工件。 平衡量 打开状态 移动侧和固定侧电极 同时远离工件 加压状态 图 4 中频伺服焊钳焊接完成打开过程 伺服点焊钳移动侧电极帽由机器人第 7 轴伺服电机驱动，固定侧电极帽由机器人其余 6 轴伺服电机驱动，两者都由控制器精确控制，能够实现同时运动，同时接近工件，同时接触 工件表面。这就是机器人伺动点焊钳优越性能的来源。伺服点焊钳可以进行全方向的平衡处 理，伺服点焊钳的平衡动作由机器人主体轴进行控制（6 轴） ，因此不需要向气动点焊钳那样 需要弹簧等平衡装置。 2.3 电极修磨 焊钳电极表面容易氧化形成氧化膜，并且在使用中也会随着打点次数增加而有所损耗， 影响焊接质量，所以需要对电极进行修磨以避免产生不合格焊点。 3 自动线电极修磨方式一般分为整线修磨和计点修磨两种，并且在修磨后由于电极截面增 大，需要焊接控制器逐级增大焊接电流以保证焊接质量。整线修磨：整线的机器人完成一定 量的台车数量后，结束循环，统一进行修磨；计点修模：由焊接控制器计打点数，当步增电 流达到最后一步，且本次递增后的焊接点数也已经完成，在机器人完成当前循环之后，进行 单台机器人焊钳的修磨，待修磨完成后，焊接控制器打点数量及步增电流复位。 电极修磨后的磨损量：在焊钳修模后，需要通过焊钳空打以及焊钳打板两个步骤让机器 人自己计算出两侧电极的磨损量。空打可以知晓固定电极与移动电极的共同修磨量，打板则 可以知道移动侧电极的修模量，并计算固定侧的修磨量。 3 伺服点焊钳相对于气动点焊钳优点 3.1 能大幅缩短工作周期时间 能使电极行程控制在最小限度之内、打点间移动距离为最短。工作周期时间大为减少。 可在工作行程范围之内任意设定电极行程（不含电极消耗部分） 。 3.2 能任意设定电极加压力 伺服点焊钳通过控制伺服电机输入电流，从而控制伺服电机输出扭矩，进而控制点焊钳 加压力，即可以根据工件的厚度和材质的变化选择最合适的压力已达到良好的焊接品质。注 意加压力是在规定的点焊钳允许加压力范围内任意设定的。 3.3 电极与被焊接物接触平缓 电极在接触工件前减速，因此可以轻柔的接触工件。可以延长电机和电极的寿命，形成 很好的焊核；可以防止工件变形；因接触平缓，降低夹具刚性，减少夹具压紧点和压紧力， 所以能简化夹具。 3.4 点焊可在全方位内打点 对于水平面（FL）而言，点焊的打点作业姿势可在全方位内进行。 4 图5 3.5 噪音小、环境好、省能源 因能平缓接触焊接物，所以消除了加压时的冲击音及排气音。与气动点焊钳相比，工作 噪音大为减低，噪音水平约为 7dB 以下；因无排气，使工场内环境得以保护；无压力损失， 空压机浪费，可节省动力能源达 60％以上。 3.6 可检测电极的消耗状况 能自动检测电极长度，消耗状况。一般通过电极修磨时检测。 3.7 可检测电极与工件间的熔焊粘连 检测电极的移动量，可检测电极同工件是否熔焊粘连（单面或两面） 。 3.8 可检测电极的脱落 如电极脱落，在下一电极加压动作时可测出。因为电极帽脱落，会引起管道回水流量急 剧降低，所以也可以通过冷却循环水流量低来检测。 5 4 使用寿命： 表 3 中频伺服焊钳各部分使用寿命 5 技术参数&评价指标 焊接变压器：容量（KVA） 、重量（kg） 、频率（Hz） 、匝数比； 焊钳钳体：加压压力（N） 、最大短路电流（A） 、焊钳整体重量（kg） ； 焊钳驱动单元的结构及组成形式。 6 备件 焊钳包含部分易耗品，出现故障的解决措施基本都是以更换零部件为主。 易损件：1、握杆；2、电极接头；3、电极柄；4、电极帽； 常用备件：1、软连接；2、伺服电机；3.滚轴丝杠；4.变压器；
