圖1  TAWERS的外觀

松下推出的融合型弧焊專用機(jī)器人TAWERS，通過“融合”特性，實(shí)現(xiàn)了高速勘米、高品質(zhì)和低飛濺的焊接，在汽車制造領(lǐng)域內(nèi)疯忽，具有不可忽視的競爭實(shí)力痪猿。

目前中國汽車制造業(yè)正在飛快發(fā)展，廠家為提高生產(chǎn)能力交掌，不斷將手工作業(yè)向機(jī)器人化推進(jìn)续残，同時,為了拉開和其他公司的差距而進(jìn)行的投資十分活躍。汽車在不斷追求安全荧孽、快適鸵赫、節(jié)能的前提下，對焊接位置的要求越來越高躏升，焊接品質(zhì)的可靠性也越來越重要辩棒，機(jī)器人焊接也在不斷追尋高品質(zhì)化、高效化之路膨疏。

松下公司在不斷追求完美焊接的前提下盗温，不斷推陳出新，從最初的機(jī)器人和手工焊接電源通過模擬指令成肘，以“連接”方式構(gòu)建的焊接機(jī)器人系統(tǒng)卖局，到行業(yè)內(nèi)首先推出機(jī)器人和焊接電源之間通過串行接口通信斧蜕，以“結(jié)合”方式構(gòu)建的焊接機(jī)器人系統(tǒng)，最近又推出了打破焊接電源和機(jī)器人界限的融合型弧焊專用機(jī)器人TAWERS砚偶。TAWERS的“融合”特性為其帶來了卓越性能批销，在追求高速、高品質(zhì)焊接的行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)得到了很高的評價染坯。下面就以汽車行業(yè)為主均芽，介紹一下TAWERS及其相關(guān)應(yīng)用案例。

TAWERS的基本構(gòu)成

TAWERS的外觀如圖1所示单鹿。機(jī)器人本體部分采用高速肝珍、高剛性的TA系列本體；控制裝置和普通電源分離型不同楚辆，在機(jī)器人控制器下部內(nèi)置了焊接電源單元芍司，進(jìn)行波形控制的“大腦”安裝在上面的機(jī)器人控制器中。從機(jī)器人角度來看甜序，該電源單元相當(dāng)于外部軸伺服放大器抽堵，操作和送絲機(jī)放大器、關(guān)節(jié)軸驹拢、外部軸的操作相同起忠。

在電源單元中搭載了該級別的世界上速度最快的100kHz超高速逆變單元，即便在脈沖模式下帕吆，它的功率也能達(dá)到350A聋芹、60%的負(fù)載率，而電源單元的尺寸卻比以往的全數(shù)字電源縮小了1/3觅霉。另外膳膝，電源單元位置首次采用了防塵結(jié)構(gòu)，大大提高了環(huán)境適應(yīng)性及可靠性鬼癣。

圖2  硬件配置

 TAWERS控制部分的硬件構(gòu)成如圖2所示：焊接控制板對焊接波形進(jìn)行實(shí)際控制，由機(jī)器人的主CPU板通過總線直接控制啤贩。該焊接控制板上裝載有數(shù)字信號處理器（Digital Signal Processor待秃，簡稱DSP），用軟件來控制焊接波形痹屹。各個CPU之間總線相連章郁，直接訪問內(nèi)存進(jìn)行通信，如果現(xiàn)行的全數(shù)字電源和機(jī)器人之間通信速度為1的話志衍，則該速度將達(dá)到250暖庄，也就是說，相同數(shù)據(jù)量情況下楼肪，它的通信速度能快250倍培廓，或者相同時間內(nèi)能夠傳送250倍量的數(shù)據(jù)惹悄，從而，其具有了各種全數(shù)字焊機(jī)所不具備的優(yōu)點(diǎn)肩钠。

TAWERS的主要特征

TAWERS是電源融合型機(jī)器人泣港，機(jī)器人直接控制焊接波形，實(shí)現(xiàn)“全軟件控制”岂张。從而帶來了非常的優(yōu)良的焊接性能墓篇。

1. 新型短路波形控制SP-MAG

SP-MAG是基于在較低電流域?qū)崿F(xiàn)高速、低飛濺焊接理想上開發(fā)出來的波形控制方法础估。圖3所示為SP-MAG焊接法的原理瘾夯。“SP-MAG”是指短路結(jié)束后焊接電流迅速重疊（圖中陰影部分）牙德。使用該重疊的電流提高焊絲頭部的熔融速度巧嗡，再次引弧后能量重疊，使得焊絲頭部形成熔滴尺那。焊絲頭部提前形成充分熔滴后可以順利過渡到下一個短路为巾，同時也縮短了短路周期。

圖3  SP-MAG原理

另外丹自，同時進(jìn)行的還有二次開關(guān)控制彰朴。該控制是指機(jī)器人檢測短路的發(fā)生和結(jié)束，在短路發(fā)生和結(jié)束的瞬間迅速降低電流弹值，這樣就減少了微小短路的發(fā)生以及保險絲的崩斷效果据智。

這種新型短路波形控制法SP-MAG具備以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）通過和二次開關(guān)控制的抑制飛濺效果相乘，可實(shí)現(xiàn)飛濺的極小化豫尽；

（2）實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的短路周期及短周期化篙梢，能夠創(chuàng)造出適合高速焊接的電弧美旧；

（3）由于可以將電壓捆綁使用渤滞，容易控制對母材的入熱。

由以上優(yōu)點(diǎn)可看出榴嗅，SP-MAG是最適合薄板焊接的波形控制法妄呕。

2. 新型脈沖控制HD-Pulse

圖4是原來的脈沖焊接和“HD-Pulse焊接”電流波形的一個模式對比。

圖4  HD-Pulse的電流波形

以往的脈沖焊接嗽测，當(dāng)弧長變短后發(fā)生短路的時機(jī)就會變得不穩(wěn)定绪励，因而不僅在波谷期間，在波峰期間也會發(fā)生短路唠粥。由于在波峰期間電流較大疏魏，會產(chǎn)生保險絲崩斷效果而引發(fā)大顆粒飛濺。“HD-Pulse”是在波峰期間向波谷期間過渡的時機(jī)內(nèi)控制發(fā)生短路大莫，同時通過獨(dú)有的頸部檢測計(jì)算可以正確檢測蛉腌、計(jì)算出短路結(jié)束前的“時機(jī)”。在該“時機(jī)”內(nèi)再通過二次開關(guān)控制恃姨，降低短路結(jié)束時的電流擅锁，從而降低保險絲崩斷效果來實(shí)現(xiàn)降低飛濺。

這種新型HD-Pulse焊接具備SP-MAG的優(yōu)點(diǎn)宴今，同時還可以抑制咬邊情況的發(fā)生母谋。

3. 提升起弧和提升收弧功能

這兩種功能是“融合”帶來的新功能。提升起弧是指焊絲在帶電狀態(tài)下先低速向母材移動换攘，當(dāng)接觸到母材的一瞬間機(jī)器人迅速提起焊槍堰哗，在焊絲端部和母材之間形成一個小間隙，從而引弧成功椎颓。由于提升起弧功能不靠焊絲尖端和母材接觸產(chǎn)生飛濺（保險絲崩斷效果）來保證起弧恐梅，因而可以大大減少起弧時飛濺的發(fā)生，另外對于以往難于起弧的材質(zhì)最阿，其起弧效果也非常理想掀塞。

圖5  座椅骨架焊接應(yīng)用案例

提升收弧功能是指焊接結(jié)束時的處理功能。它通過機(jī)器人提升焊槍可以防止焊絲粘連貌砖。焊接輸出停止后喂很，機(jī)器人迅速提升焊槍，這對縮短節(jié)拍非常有效皆刺。

4. 自動調(diào)整焊絲干伸長功能

利用和電弧傳感相類似的高度跟蹤少辣，通過焊接電流和電壓計(jì)算出干伸長，機(jī)器人始終保持該干伸長一致的運(yùn)行動作羡蛾。由于TAWERS的所有焊接信息都保存在機(jī)器人內(nèi)部漓帅，因此無需添加其它硬件設(shè)施，只需添加該軟件即可實(shí)現(xiàn)該功能痴怨。

5. 焊接品質(zhì)管理功能

TAWERS還準(zhǔn)備有能夠記錄監(jiān)視焊接結(jié)果的高級選配軟件——焊接品質(zhì)管理工具忙干。

（1）焊接監(jiān)視功能

該功能不僅能夠監(jiān)視焊接電流和焊接電壓，還能夠監(jiān)視短路頻率浪藻、脈沖頻率捐迫、送絲速度以及送絲電機(jī)的電流值（送絲阻力）等。

（2）表格顯示功能

該功能是指將焊接電流珠移、焊接電壓等各種焊接信息在示教器上用波形來顯示的功能，可以實(shí)現(xiàn)和簡易示波器相媲美的波形觀測末融。

（3）焊接記錄功能

該功能可以記錄焊接相關(guān)信息钧惧，如日期、時間、程序名和示教點(diǎn)名叮歧，另外還有平均電流作两、平均電壓、送絲速度以及脫離設(shè)定范圍的情況等信息菌秘，可以作為生產(chǎn)管理以及品質(zhì)管理的數(shù)據(jù)庫加以使用袒覆。

圖6  液壓變矩器上蓋焊接案例

TAWERS在汽車零部件中的應(yīng)用實(shí)例

如果能夠靈活使用TAWERS的焊接性能的話，便可適用于多種汽車零部件的焊接及奋。下面介紹一下幾個案例鱼虽。

1. 汽車門框加強(qiáng)板焊接應(yīng)用案例

管、板相連的裙邊部分婶祥，焊接時容易發(fā)生焊穿付准，另外用戶對飛濺的要求也比較苛刻。對于這部分的焊接阴迹，采用SP-MAGⅡ焊接法佩艇，可大幅減少飛濺，杜絕焊穿俭疤，另外焊接速度也提高到原來的1.5倍送丰。

2. 座椅骨架焊接應(yīng)用案例

如圖5所示，汽車座椅骨架的焊縫短而且多弛秋，用戶要求起弧性能可靠器躏，且飛濺少的高品質(zhì)焊接。以前在焊接后道工序需設(shè)專人去除飛濺铐懊，而使用TAWERS的SP-MAGⅡ后邀桑，實(shí)現(xiàn)了高速低飛濺焊接。

3. 液壓變矩器上蓋焊接應(yīng)用案例

圖6是液壓變矩器上蓋和安裝件的焊接案例科乎。由于該件是驅(qū)動部分的重要零部件壁畸，因此焊接時要求可靠的熔深及低飛濺。對該零件茅茂，采用TAWERS的HD-Pulse焊接法捏萍，實(shí)現(xiàn)了足夠的熔深，飛濺很低空闲。

 4. 汽車低位手臂焊接應(yīng)用案例

圖7是汽車懸掛裝置的低位手臂焊接案例令杈。對懸掛系統(tǒng)部件的焊接要求無咬邊、無焊穿碴倾、焊接穩(wěn)定和飛濺較低棋眠。采用TAWERS脈沖MAG焊接后，速度可達(dá)1m/min即粗，焊縫外觀良好滋样，飛濺較低迁搜。

圖7  低位手臂焊接案例

TAWERS的擴(kuò)展

TAWERS不僅具備適用于汽車零部件焊接的各種功能、特長以及新焊接法督阿，此外宣葡，通過增加、變更軟件畴制，逐步推出各種革命性波形控制法椰墩，實(shí)現(xiàn)用戶需求，成就了不斷進(jìn)化的TAWRES译快。

圖8  TAWERS-TIG焊槍原理

1. TAWERS-TIG

TAWERS-TIG是在標(biāo)準(zhǔn)TAWERS機(jī)器人上配備專用填絲焊槍喊傻，再添加新軟件，即可實(shí)現(xiàn)各種改變以往焊接常識的功能悄济。新開發(fā)的TIG填絲焊槍利用電弧分流作用可將焊絲預(yù)熱秫辨，大幅提高熔敷效率，可將焊速提高1倍左右摄杂，是一款適合高生產(chǎn)性要求的汽車零部件行業(yè)坝咐。圖8是專用TIG焊槍原理圖。

2. TAWERS-MIG

標(biāo)準(zhǔn)TAWERS上配備MIG專用單元及MIG軟件即可實(shí)現(xiàn)高品位鋁MIG焊接析恢，具有以下特點(diǎn)：1.使用3個送絲電機(jī)墨坚，實(shí)現(xiàn)高精度、穩(wěn)定的送絲映挂。2.采用提升起弧泽篮，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的起弧效果。3.具備低脈沖焊接功能柑船，還可進(jìn)行擺動同步低脈沖焊接帽撑。焊接板厚不一樣的工件時控制焊接規(guī)范和擺動相同步，既能實(shí)現(xiàn)充分熔深鞍时，又不至于焊穿亏拉，實(shí)現(xiàn)漂亮的焊道外觀。

圖9   夾套式導(dǎo)電嘴的結(jié)構(gòu)

TAWERS-HEAT工法

“HEAT”是英文“High Efficiency Advanced Tip”的縮寫逆巍，含義是“高效率革新性導(dǎo)電嘴”及塘。HEAT工法是指在導(dǎo)電嘴尖端加上絕緣陶瓷嘴，再加上新開發(fā)的夾套式導(dǎo)電嘴厚较，來人為增加焊絲干伸長坊蜂，從而提高熔敷效率的功能。

1. HEAT工法的原理

當(dāng)加長焊絲干伸長后蚤岗，伸出的焊絲電阻值R增大卢俯，通過電流I后，I2Ｒ變大变硬。焊絲被加熱氢熏，其效果是在同等電流情況下提高了熔敷量药锯。如果要求的熔敷量相同的話，可以降低電流值幅猖，減少對母材入熱，防止產(chǎn)生咬邊造轴。在焊接有間隙焊縫或焊接裙邊焊縫時效果很好梢翼。另外，確保同等焊道寬度時胀邀，可以提高焊接速度雪怠。該到點(diǎn)嘴具有降低電流、減少能耗的優(yōu)點(diǎn)戚嗅。在使用以往的導(dǎo)電嘴時雨涛，如果單純增加焊絲干伸長的話，會引起焊絲指偏懦胞，對焊絲供電不穩(wěn)定替久，另外還需根據(jù)干伸長設(shè)定不同的焊接規(guī)范。

圖10  HEAT工法熔敷量對比

因此躏尉，Panasonic開發(fā)出這種具備新型導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電嘴（夾套式導(dǎo)電嘴）蚯根，使得這種工法得以順利實(shí)現(xiàn)。

2. 新開發(fā)的夾套式導(dǎo)電嘴

圖9是夾套式導(dǎo)電嘴的結(jié)構(gòu)示意圖胀糜。

 夾套式導(dǎo)電嘴由導(dǎo)電嘴本體和插入本體中的用于供電的夾套構(gòu)成颅拦。強(qiáng)行供電結(jié)構(gòu)是指從后部壓緊夾套，通過導(dǎo)電嘴端部的斜面使夾套收緊教藻，從而強(qiáng)行供電的結(jié)構(gòu)距帅。

采用該結(jié)構(gòu)，使得供電位置固定在夾套端部括堤，夾套雖然不斷磨損碌秸，電流變化卻極小，另外茁螺，夾套將焊絲抱緊钧鸥，抑制了焊絲的指偏，從而大幅度提高焊接品質(zhì)烦猾。

另外膏莽，由于夾套端部一直和焊絲接觸，在導(dǎo)電嘴內(nèi)部就不會產(chǎn)生調(diào)電火花卤舆，這樣就延長了導(dǎo)電嘴的壽命（約延長3～5倍）体六，減少了更換導(dǎo)電嘴的時間，另外也節(jié)省了資源挥肤。

3.HEAT工法的施工案例

圖10是提高熔敷量的施工案例挥桑。330A豪杉、1.2m/min的焊接條件下，HEAT工法能比原來工法提高約33%的熔敷量达玉。

使用原來工法焊接板厚1.2mm管件相貫線時豆玖，由于工件的不穩(wěn)定性，焊絲指向偏向哪塊板蹲居，哪塊板就會產(chǎn)生焊穿沙峻。而使用HEAT-SPMAG工法時，由于提高了焊絲的熔敷量两芳，即便焊絲有一定偏差摔寨，但熔融金屬在兩個管件之間架起“橋梁”，防止了焊穿的發(fā)生怖辆。

由此可見是复，SP-MAG的HEAT工法是適用于薄板焊接的優(yōu)良工法，非常適用于座椅骨架竖螃、儀表盤支架的焊接淑廊。圖11是薄板相貫線的無焊穿、低飛濺穩(wěn)定焊接案例特咆。

圖11  薄板相貫線焊接應(yīng)用案例

由于HEAT工法能夠增加30%～40%的熔敷量蒋纬，因此可以抑制咬邊的發(fā)生，并且可以提高焊接速度坚弱。再配上高電流域具備優(yōu)良焊接性能的HD-Pulse的進(jìn)化版焊接法蜀备，特別適用于減震器、車架等較厚板的焊接荒叶。圖12是HEAT-HD-Pulse工法的對比案例晾晕。

圖12  HEAT-HD-Pulse工法對比案例

以上介紹的就是融合型TAWERS機(jī)器人的技術(shù)。TAWERS在日本上市已經(jīng)有3年多的時間钻字，以汽車行業(yè)為中心窃等，TAWERS正在在全球進(jìn)行推廣，并且根據(jù)用戶的需求哈痘，TAWERS也在不斷進(jìn)化淀准。

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