焊接聯接的整個過程日......



焊接聯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率和質量，所以可以節省時間和費用。一種定

位抓取器，是集成了焊接技術的工件抓取器，可以解決利用工業機械人完成定位焊工序的問題。
以汽車工業為例，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，座位固定裝置，

門窗鉸鏈，定距器等。一般說來，在進行電阻點焊之前，要對它們合理化定位。這項工作對于生產計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定位工作自動化。因此在焊前的準備工作大多由手工來完成。根據實際應用情

況設計夾具，或者采用非柔性的專用機械，這種方式缺點如下：
■ 生產用具的計劃與設計費用高得不成比例；
■ 在采用剛性和非柔性生產手段時，如果在生產過程中改變鋼板件的形狀和位置，將要進行專用設備的改造；
■ 在生產過程中定位焊的位置公差經常太大，給用金屬極氣體保護焊的全機械化帶來困難；
■ 在強制生產節拍的工作場地，采用手工操作的適應性差；
■ 夾緊裝置妨礙焊接工作的操作；
■ 為了進行定位焊，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
為了實現上述工作合理化的要求，司徒加特的弗朗霍夫生產與自動化技術研究所（IPA）以前的工作人員，開發了一種新的生產方式和所需的

產品。其結果是發明了“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學會的專利。配合采用的工業機器人而開發的定位抓取

器，主要是由標準部件組成。它采用6ba的壓縮空氣驅動，通過微處理機來調節定位焊接過程。它由定位抓取器的頭部、焊接電源和工業機械

人的控制器組成。在控制器中設置了適合各種不同焊接件的定位焊程序。可編程的焊接參數包括：
—預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；
—行程運動的特性曲線。
此外，還可以藉助定位抓取器進行機械抗拉強度試驗，以達到質量控制的目的。必要時可用一個新的點焊件重復進行點焊。為了進行過程控制

，有一個可以對焊接參數理論值與實測值對比的功能，使之保持在預先給定的允許公差范圍內。
一次定位焊的全過程
當然不是把裝滿小件的箱子往工業機器人面前一放，然后便命令機器人“干活”。這樣，辨認定位焊件的位置和對裝卡運動進行控制所需的費

用就無法承擔。必須把工件分開，一件一件地按位置次序排列在工業機器人的工作區域內。根據工件的幾何形狀和所需的節拍時間，需要不同

的工作系統，在此不進一步敘述。用一個裝在工業機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。然后機器人才能把板件放在汽車外殼的指定位置上。機器人目標點的

編程，應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25mm。這個距離是可供傳動距離的一半。從而可以補償汽

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，通過這個壓進運動，不使被聯接件產生塑性變

形。為此降低了平時伺服氣動系統的空氣壓力。
在編程機器人目標點達到之后，開始正式的定位焊接過程。第一步是測量伺服驅動器的真實位置，從而得出汽車車身的誤差，并且暫時將與焊
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位相關的坐標位移向量X2儲存起來。啟動夾持壓力之后，焊接預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

面抬起一個程序設計的焊接行程量X3。該值根據定位焊任務不同，約為0.5～4mm。從而在定位焊接件與車身鋼板之間產生一個位置不動的電弧

。通過將預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地，利用焊接電源來調節焊接電壓，使焊接電流
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保持不變。當焊接能量達到要求值后，伺服驅動機構定位焊件加速移向車身表面。當兩個聯接面接觸時，電弧熄滅。在電源被切斷之前，流過

的是短路電流。行程的目標點是進入熔池中一個編程熔深X4，該值與產生的熔深有關。經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。伺服驅動的

典型特征是焊接件進入熔池時無沖擊。在兩個熔池碰撞時，通過減速，實現定位焊件的“軟”浸入。與傳統的磁力行程機構相比，它極大地改

善了焊接質量。
經驗與開發潛力
目前在汽車工業中已經采用的定位抓取器，在合理化和柔性方面都取得了優異的結果。由于這種定位抓取器實際上不需要維護，所以幾乎可以

達到100%的利用率。如果一旦某個零件壞了，可以很快更換一個標準部件，從而保證繼續使用。關于過程的可靠性，經過統計表明，在幾個月

的時間內，出現焊接缺陷的機率只有0.03%。
通過伺服調節驅動的定位焊頭，也為定位焊后零件的成品焊接提供了新的可能性。由于機器人定位精度高，定位焊接件的形狀誤差小，所以可

以在機器人手臂上裝上氣體保護焊焊炬，對零件進行成品焊接。因為通過坐標移動向量X2，可以在任何焊位補償車身的位置誤差，所以可以在

連續焊接程序中，將空間點改變一個坐標移動向量值，從而可以放棄采用昂貴的焊縫跟蹤系統。原來工業機器人不適合于用在氣體保護連續焊

接上，現在則可以可靠而又十分經濟地實現。
機械制造的所有領域都提出來要用自動定位焊。例如用在農業機械、鋼結構和容器制造、采曖和空調、廚房用品和物料搬運技術。恰值工業機