智能中頻逆變伺服機(jī)器人焊接系統(tǒng)

焦玉平+田紅杰+吳寶舉

摘要 智能中頻可編程電阻焊控制器、伺服焊鉗、點(diǎn)焊機(jī)器人（智能中頻逆變伺服機(jī)器人焊接系統(tǒng)）技術(shù)的現(xiàn)狀與未來(lái)，此項(xiàng)技術(shù)在提高焊接質(zhì)量、提高工作效率、降低生產(chǎn)成本、提高安全等級(jí)、降低工作危害等方面有著重要的作用。此項(xiàng)技術(shù)在點(diǎn)焊焊接工藝中有著越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，越來(lái)越多的科研技術(shù)人員參與到智能中頻逆變伺服機(jī)器人焊接系統(tǒng)研究中來(lái)，注定在機(jī)器人伺服點(diǎn)焊領(lǐng)域發(fā)揮出重要作用。

關(guān)鍵詞 智能中頻可編程電阻焊控制器：伺服焊鉗；點(diǎn)焊機(jī)器人

中圖分類號(hào)TP3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)1674-6708（2015）155-0067-01

1 點(diǎn)焊機(jī)器人

工業(yè)4.O已經(jīng)到來(lái)，在中嘲機(jī)器人必將得到越來(lái)越多的市場(chǎng)，根據(jù)機(jī)器人功能及作用的不同，大致分為噴涂機(jī)器人、水下機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人、弧焊機(jī)器人、切割機(jī)器人、救援機(jī)器人等；每種機(jī)器人有著六軸、七軸、八軸關(guān)節(jié)數(shù)量的區(qū)分及負(fù)重的不同。

點(diǎn)焊機(jī)器人由智能中頻可編程電阻焊控制器、伺服焊鉗、點(diǎn)焊機(jī)器人、機(jī)器人控制系統(tǒng)等組成，按工藝及動(dòng)作流程的要求，通過(guò)各關(guān)節(jié)的移動(dòng)，帶動(dòng)焊鉗，從而達(dá)到焊鉗上的電極對(duì)目標(biāo)點(diǎn)焊接的目的。點(diǎn)焊機(jī)器人有速度快、柔性高、精準(zhǔn)等特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)中頻逆變伺服點(diǎn)燁系統(tǒng)提供了良好的基本條件。

2 可編程中頻逆變點(diǎn)焊技術(shù)說(shuō)明

系統(tǒng)介紹：中頻逆變焊機(jī)把50HZ的交流電整流逆變?yōu)?000Hz的中頻方波經(jīng)中頻變壓器降壓整流為10V左右的低壓直流電，通過(guò)一體化伺服點(diǎn)焊鉗對(duì)工件進(jìn)行焊接。輸出電流為直流形式，焊接速度更快，而且焊接過(guò)程更加穩(wěn)定，電流的調(diào)節(jié)過(guò)程更快更準(zhǔn)確。焊接變壓器的體積和重量只有傳統(tǒng)焊接變壓器的40%左右。

2.1 產(chǎn)品主要用途

1）普通低碳鋼板；

2）鋁、鍍鋅鋼板、高強(qiáng)度鋼板等；

3）多層板焊接、非常薄的材料的焊接以及精密焊接。

2.2 技術(shù)特點(diǎn)

中頻逆變式電阻焊機(jī)主要體現(xiàn)如下優(yōu)點(diǎn)：1）節(jié)能，與傳統(tǒng)焊接產(chǎn)品對(duì)比，節(jié)能達(dá)40%以上；2）焊接過(guò)程基本無(wú)飛濺，焊核質(zhì)量好，汽車安全性提高；3）三相電網(wǎng)平衡，焊接端為直流，因此對(duì)電網(wǎng)沖擊很小，功率因數(shù)高。經(jīng)過(guò)中頻點(diǎn)焊和工頻點(diǎn)焊焊接比對(duì)得出，在相同的焊接要求下，三相中頻逆變直流焊接一次端電流很小，從電流波形可以看出，三相中頻逆變直流焊接明顯對(duì)電網(wǎng)的沖擊更小。

下面是詳細(xì)說(shuō)明：

1）節(jié)能：三相中頻逆變直流焊接輸入端為三相380V，工作時(shí)功率因數(shù)>0.9。用戶中90%的點(diǎn)焊機(jī)是單相380V交流焊機(jī)，單相380V交流點(diǎn)焊機(jī)依靠控制可控硅導(dǎo)通角大小來(lái)實(shí)現(xiàn)控制電壓的目的，因此存在空區(qū)。三相中頻逆變直流點(diǎn)焊機(jī)因其三相用電平衡、直流逆變技術(shù)不存在電流空區(qū)、工作時(shí)功率因數(shù)>0.9而以節(jié)能著稱。在焊裝車間（轎車為主），常用設(shè)備為DN3-160、DN3-200單相工頻交流懸掛式點(diǎn)焊機(jī)，如果使用三相中頻逆變直流一體式點(diǎn)焊機(jī)只需85kVA以下就可以達(dá)到同等效果。

2）焊接質(zhì)量高：中頻點(diǎn)焊電流集中，焊接電流沒(méi)有空區(qū)，所以焊接時(shí)間短、電極發(fā)熱量小，增加了電極的使用壽命。中頻點(diǎn)焊頻率高達(dá)1000Hz以上，次級(jí)電流輸出能力強(qiáng)，波形平直，幾乎不產(chǎn)生飛濺，焊點(diǎn)表面質(zhì)量好。經(jīng)試驗(yàn)，在單相工頻交流焊機(jī)焊接100點(diǎn)情況下，三相中頻逆變直流點(diǎn)焊機(jī)可以達(dá)到普通焊機(jī)的兩倍以上；焊接有鍍層的板材，三相中頻逆變直流點(diǎn)焊機(jī)可以達(dá)到普通焊機(jī)的3倍以上，三相中頻逆變直流點(diǎn)焊機(jī)工作更穩(wěn)定，焊接效果更好。

3）焊接變壓器更輕：智能中頻逆變俐服機(jī)器人焊接系統(tǒng)的鉗體、焊接變壓器、次級(jí)整流部分為一體式，與單相工頻交流焊機(jī)重量相比較：智能中頻逆變伺服機(jī)器人焊接系統(tǒng)的鉗體、焊接變壓器、次級(jí)整流部分重量為單相工頻交流焊機(jī)的1/2，設(shè)計(jì)工藝好的廠家可以達(dá)到1/3甚至更低。

4）可焊接材料更廣：三相中頻逆變直流點(diǎn)焊機(jī)工作頻率在1000HZ以上，加上直流焊接方式，所以焊接時(shí)熱效率遠(yuǎn)高于工頻交流點(diǎn)焊機(jī)，三相中頻逆變直流點(diǎn)焊機(jī)具有對(duì)普通低碳鋼板、鋁、鍍鋅鋼板、高強(qiáng)度鋼板、多層板焊接、非常薄的材料等進(jìn)行組合焊接的特性。

5）控制精度更高：_三相中頻逆變直流點(diǎn)燁機(jī)響應(yīng)時(shí)問(wèn)為單相工頻交流焊機(jī)的1/20，電流上升時(shí)間更快，時(shí)間控制精度更高。

3 機(jī)器人點(diǎn)焊焊鉗

目前中國(guó)市場(chǎng)上機(jī)器人點(diǎn)焊焊接中使用的點(diǎn)焊焊鉗分為：氣動(dòng)點(diǎn)焊焊鉗和伺服點(diǎn)焊焊鉗。

3.1 氣動(dòng)點(diǎn)焊焊鉗

有控制容易、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易維護(hù)保養(yǎng)等優(yōu)點(diǎn)，占據(jù)著大部分市場(chǎng)。缺點(diǎn)主要集中在浪費(fèi)能源、焊接效果不理想、需要提供穩(wěn)定氣源、焊接壓力不能精確控制等問(wèn)題，下面是主要缺點(diǎn)說(shuō)明：

工作時(shí)焊接接壓力控制精度不夠，焊接壓力只能為固定值，不能實(shí)時(shí)控制。

工作時(shí)不能有效控制電極桿的移動(dòng)速度，對(duì)被焊件沖擊力大，對(duì)非常薄的材料等進(jìn)行焊接時(shí)工件容易產(chǎn)生變形。

工作時(shí)噪音大，工頻焊接變壓器工作時(shí)噪音大。工作時(shí)焊點(diǎn)易產(chǎn)生飛濺，操作工人隨時(shí)都有被燙傷的危險(xiǎn)。

氣動(dòng)焊鉗需要提供氣源。

安全系數(shù)低，工作時(shí)焊點(diǎn)易產(chǎn)生飛濺，操作工人隨時(shí)都有被燙傷的危險(xiǎn)。

3.2 伺服點(diǎn)焊焊鉗

在中國(guó)伺服控制技術(shù)的快速發(fā)展，伺服控制技術(shù)用在點(diǎn)焊焊鉗上已成為必然趨勢(shì)。伺服點(diǎn)焊焊鉗由：伺服電機(jī)、中頻點(diǎn)焊變壓器、次級(jí)整流器、點(diǎn)焊焊鉗等構(gòu)成。伺服電機(jī)用來(lái)控制電極桿行走，用來(lái)代替氣動(dòng)點(diǎn)焊焊鉗的氣缸。伺服電極用來(lái)實(shí)現(xiàn)工作過(guò)程中電極桿的直線運(yùn)動(dòng)，由機(jī)器人控制系統(tǒng)直接控制，是機(jī)器人本體的最后一個(gè)控制關(guān)節(jié)，伺服電機(jī)要與機(jī)器人本體伺服電機(jī)品牌一致，要與機(jī)器人控制系統(tǒng)兼容。也就是說(shuō)電極頭的直線運(yùn)動(dòng)全由機(jī)器人控制系統(tǒng)直接控制，精度更高。

1）伺服點(diǎn)焊焊鉗優(yōu)點(diǎn)

焊接質(zhì)量高：點(diǎn)焊焊接過(guò)程中焊接壓力的高低對(duì)焊接影響非常大，在工作時(shí)焊接壓力的實(shí)時(shí)控制，是最大的難題，也是決定焊接質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。就伺服點(diǎn)焊焊鉗而言，最大的特點(diǎn)就是實(shí)現(xiàn)了工作時(shí)焊接壓力的實(shí)時(shí)控制，解決了最大的難題，伺服點(diǎn)焊焊鉗能精確控制每個(gè)焊點(diǎn)在焊接時(shí)的電極頭壓力值，消除了因電極壓力因素造成的點(diǎn)焊質(zhì)量影響。伺服點(diǎn)焊焊鉗可以將電極頭運(yùn)動(dòng)過(guò)程分解成多時(shí)段控制，加壓曲線能達(dá)到最好，有效地控制了焊接飛濺問(wèn)題。另外，在電極頭直線運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，不僅可以多時(shí)段控制電極壓力，還可以實(shí)現(xiàn)電極頭軟閉合，就是在電極頭接觸到被焊工件時(shí)實(shí)現(xiàn)無(wú)沖擊加壓，沒(méi)有了對(duì)工件的沖擊，工件不會(huì)產(chǎn)生變形，間接提高了焊接質(zhì)量。

2）電極頭使用壽命更長(zhǎng)久

通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以得到電極頭的磨損數(shù)據(jù)，另外伺服點(diǎn)焊焊鉗在工作時(shí)通過(guò)編碼器的反饋信息，可以計(jì)算出上下電極接觸焊接時(shí)的間距。利用以上數(shù)據(jù)可以計(jì)算出焊核的直徑，再與原始焊核的直徑進(jìn)行對(duì)比，再根據(jù)比對(duì)結(jié)果自動(dòng)補(bǔ)償焊接電流的大小和上下電極接觸焊接時(shí)的間距，進(jìn)而保證了焊接質(zhì)量、提高了電極的使用壽命、降低了電極的更換次數(shù)。

3）工作效率高

伺服點(diǎn)焊焊鉗在點(diǎn)焊機(jī)器人點(diǎn)焊位置移動(dòng)過(guò)程中同時(shí)進(jìn)行電極頭的直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)動(dòng)，這樣就縮短了連續(xù)工作的周期，電極頭在當(dāng)前焊點(diǎn)與下一個(gè)焊點(diǎn)之間的移動(dòng)過(guò)程中電極頭就可以開(kāi)始直線運(yùn)動(dòng)，在焊完當(dāng)前焊點(diǎn)電極頭分離開(kāi)的同時(shí)，點(diǎn)焊機(jī)器人就可以帶動(dòng)伺服點(diǎn)焊焊鉗向下一焊點(diǎn)位移，因同步移動(dòng)降低了工作時(shí)間，工作節(jié)拍更快，電極頭張開(kāi)的位置可以根據(jù)被焊工件的不同任意調(diào)整，在不與被焊工件發(fā)生干涉或碰撞的前提下減少電極頭張開(kāi)距離，縮短了工作時(shí)間，提高了工作效率。

4）安全

伺服點(diǎn)焊焊鉗點(diǎn)焊焊接時(shí)無(wú)焊接飛濺，周圍變得更安全。沒(méi)有了對(duì)工件的沖擊，降低了工作噪音。

4 市場(chǎng)前景

技術(shù)改變命運(yùn)，新老交替是必然，落后技術(shù)終究會(huì)被市場(chǎng)所淘汰，我相信智能中頻逆變伺服機(jī)器人焊接系統(tǒng)在中國(guó)會(huì)得到更大的市場(chǎng)。

5 結(jié)論

中頻伺服機(jī)器人焊鉗是先進(jìn)焊接技術(shù)的綜合產(chǎn)物。伺服焊鉗的優(yōu)勢(shì)使其正在逐步替代氣動(dòng)焊鉗，使其更廣泛的應(yīng)用在點(diǎn)焊機(jī)器人系統(tǒng)中。作為技術(shù)人員，我們要加人研究自動(dòng)先進(jìn)的焊接技術(shù)，為國(guó)家做出貢獻(xiàn)。