圖1  TAWERS的外觀

松下推出的融合型弧焊專用機(jī)器人TAWERS药版，通過“融合”特性的席，實(shí)現(xiàn)了高速莉狠、高品質(zhì)和低飛濺的焊接伪给，在汽車制造領(lǐng)域內(nèi)改宅，具有不可忽視的競(jìng)爭實(shí)力。

目前中國汽車制造業(yè)正在飛快發(fā)展盲如，廠家為提高生產(chǎn)能力姓迅，不斷將手工作業(yè)向機(jī)器人化推進(jìn)，同時(shí),為了拉開和其他公司的差距而進(jìn)行的投資十分活躍俊马。汽車在不斷追求安全丁存、快適、節(jié)能的前提下柴我，對(duì)焊接位置的要求越來越高解寝，焊接品質(zhì)的可靠性也越來越重要，機(jī)器人焊接也在不斷追尋高品質(zhì)化艘儒、高效化之路聋伦。

松下公司在不斷追求完美焊接的前提下，不斷推陳出新界睁，從最初的機(jī)器人和手工焊接電源通過模擬指令觉增，以“連接”方式構(gòu)建的焊接機(jī)器人系統(tǒng)，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翻斟，以“結(jié)合”方式構(gòu)建的焊接機(jī)器人系統(tǒng)逾礁，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。TAWERS的“融合”特性為其帶來了卓越性能访惜，在追求高速栗柴、高品質(zhì)焊接的行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)得到了很高的評(píng)價(jià)。下面就以汽車行業(yè)為主翔实，介紹一下TAWERS及其相關(guān)應(yīng)用案例忙坡。

TAWERS的基本構(gòu)成

TAWERS的外觀如圖1所示眉藤。機(jī)器人本體部分采用高速、高剛性的TA系列本體邪笆；控制裝置和普通電源分離型不同琴邻，在機(jī)器人控制器下部內(nèi)置了焊接電源單元，進(jìn)行波形控制的“大腦”安裝在上面的機(jī)器人控制器中熏尉。從機(jī)器人角度來看赂燎，該電源單元相當(dāng)于外部軸伺服放大器，操作和送絲機(jī)放大器潜路、關(guān)節(jié)軸向膏、外部軸的操作相同。

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

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(duì)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迄委。該焊接控制板上裝載有數(shù)字信號(hào)處理器（Digital Signal Processor褐筛，簡稱DSP），用軟件來控制焊接波形叙身。各個(gè)CPU之間總線相連渔扎，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的話曲梗，則該速度將達(dá)到250赞警，也就是說，相同數(shù)據(jù)量情況下虏两，它的通信速度能快250倍，或者相同時(shí)間內(nèi)能夠傳送250倍量的數(shù)據(jù)世剖，從而充贿，其具有了各種全數(shù)字焊機(jī)所不具備的優(yōu)點(diǎn)。

TAWERS的主要特征

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

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)高速戴砍、低飛濺焊接理想上開發(fā)出來的波形控制方法惧圆。圖3所示為SP-MAG焊接法的原理】莸耍“SP-MAG”是指短路結(jié)束后焊接電流迅速重疊（圖中陰影部分）瘦镶。使用該重疊的電流提高焊絲頭部的熔融速度，再次引弧后能量重疊掰媚，使得焊絲頭部形成熔滴澳坟。焊絲頭部提前形成充分熔滴后可以順利過渡到下一個(gè)短路，同時(shí)也縮短了短路周期习棋。

圖3  SP-MAG原理

另外孤殿，同時(shí)進(jìn)行的還有二次開關(guān)控制。該控制是指機(jī)器人檢測(cè)短路的發(fā)生和結(jié)束满俗，在短路發(fā)生和結(jié)束的瞬間迅速降低電流转捕，這樣就減少了微小短路的發(fā)生以及保險(xiǎn)絲的崩斷效果。

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唆垃，可實(shí)現(xiàn)飛濺的極小化瓜富；

（2）實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的短路周期及短周期化，能夠創(chuàng)造出適合高速焊接的電唤淀铩与柑；

（3）由于可以將電壓捆綁使用，容易控制對(duì)母材的入熱蓄坏。

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

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(gè)模式對(duì)比涡戳。

圖4  HD-Pulse的電流波形

以往的脈沖焊接结蟋，當(dāng)弧長變短后發(fā)生短路的時(shí)機(jī)就會(huì)變得不穩(wěn)定，因而不僅在波谷期間渔彰，在波峰期間也會(huì)發(fā)生短路嵌屎。由于在波峰期間電流較大，會(huì)產(chǎn)生保險(xiǎn)絲崩斷效果而引發(fā)大顆粒飛濺胯挚〉味剑“HD-Pulse”是在波峰期間向波谷期間過渡的時(shí)機(jī)內(nèi)控制發(fā)生短路，同時(shí)通過獨(dú)有的頸部檢測(cè)計(jì)算可以正確檢測(cè)咨桶、計(jì)算出短路結(jié)束前的“時(shí)機(jī)”瘫碾。在該“時(shí)機(jī)”內(nèi)再通過二次開關(guān)控制，降低短路結(jié)束時(shí)的電流椎敞，從而降低保險(xiǎn)絲崩斷效果來實(shí)現(xiàn)降低飛濺奴爷。

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

3. 提升起弧和提升收弧功能

這兩種功能是“融合”帶來的新功能擂门。提升起弧是指焊絲在帶電狀態(tài)下先低速向母材移動(dòng)秩旬，當(dāng)接觸到母材的一瞬間機(jī)器人迅速提起焊槍，在焊絲端部和母材之間形成一個(gè)小間隙自畔，從而引弧成功淘客。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(xiǎn)絲崩斷效果）來保證起弧，因而可以大大減少起弧時(shí)飛濺的發(fā)生遇患，另外對(duì)于以往難于起弧的材質(zhì)统台，其起弧效果也非常理想。

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(shí)的處理功能啡邑。它通過機(jī)器人提升焊槍可以防止焊絲粘連贱勃。焊接輸出停止后，機(jī)器人迅速提升焊槍谤逼，這對(duì)縮短節(jié)拍非常有效贵扰。

4. 自動(dòng)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，通過焊接電流和電壓計(jì)算出干伸長流部，機(jī)器人始終保持該干伸長一致的運(yùn)行動(dòng)作戚绕。由于TAWERS的所有焊接信息都保存在機(jī)器人內(nèi)部，因此無需添加其它硬件設(shè)施枝冀，只需添加該軟件即可實(shí)現(xiàn)該功能舞丛。

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(jí)選配軟件——焊接品質(zhì)管理工具。

（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果漾，還能夠監(jiān)視短路頻率球切、脈沖頻率、送絲速度以及送絲電機(jī)的電流值（送絲阻力）等绒障。

（2）表格顯示功能

該功能是指將焊接電流晃烟、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(cè)场恬。

（3）焊接記錄功能

該功能可以記錄焊接相關(guān)信息翠柄，如日期、時(shí)間吝寒、程序名和示教點(diǎn)名皿完，另外還有平均電流、平均電壓侈吨、送絲速度以及脫離設(shè)定范圍的情況等信息冗级，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。

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的焊接性能的話均膛，便可適用于多種汽車零部件的焊接。下面介紹一下幾個(gè)案例淘巩。

1. 汽車門框加強(qiáng)板焊接應(yīng)用案例

管服英、板相連的裙邊部分努儒，焊接時(shí)容易發(fā)生焊穿，另外用戶對(duì)飛濺的要求也比較苛刻探橱。對(duì)于這部分的焊接申屹，采用SP-MAGⅡ焊接法，可大幅減少飛濺隧膏，杜絕焊穿哗讥，另外焊接速度也提高到原來的1.5倍。

2. 座椅骨架焊接應(yīng)用案例

如圖5所示胞枕，汽車座椅骨架的焊縫短而且多杆煞，用戶要求起弧性能可靠，且飛濺少的高品質(zhì)焊接腐泻。以前在焊接后道工序需設(shè)專人去除飛濺决乎，而使用TAWERS的SP-MAGⅡ后，實(shí)現(xiàn)了高速低飛濺焊接派桩。

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构诚。由于該件是驅(qū)動(dòng)部分的重要零部件，因此焊接時(shí)要求可靠的熔深及低飛濺铆惑。對(duì)該零件范嘱，采用TAWERS的HD-Pulse焊接法，實(shí)現(xiàn)了足夠的熔深员魏，飛濺很低斤间。

 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。對(duì)懸掛系統(tǒng)部件的焊接要求無咬邊沫跨、無焊穿仿扩、焊接穩(wěn)定和飛濺較低。采用TAWERS脈沖MAG焊接后祖销，速度可達(dá)1m/min种鳖，焊縫外觀良好，飛濺較低夕荆。

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哈滥、特長以及新焊接法，此外添毒，通過增加喷总、變更軟件，逐步推出各種革命性波形控制法植西，實(shí)現(xiàn)用戶需求柳卒，成就了不斷進(jìn)化的TAWRES。

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，再添加新軟件列疗，即可實(shí)現(xiàn)各種改變以往焊接常識(shí)的功能滑蚯。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，大幅提高熔敷效率抵栈，可將焊速提高1倍左右告材，是一款適合高生產(chǎn)性要求的汽車零部件行業(yè)。圖8是專用TIG焊槍原理圖古劲。

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焊接斥赋，具有以下特點(diǎn)：1.使用3個(gè)送絲電機(jī)，實(shí)現(xiàn)高精度产艾、穩(wěn)定的送絲疤剑。2.采用提升起弧，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的起弧效果胰舆。3.具備低脈沖焊接功能骚露，還可進(jìn)行擺動(dòng)同步低脈沖焊接。焊接板厚不一樣的工件時(shí)控制焊接規(guī)范和擺動(dòng)相同步缚窿，既能實(shí)現(xiàn)充分熔深棘幸，又不至于焊穿，實(shí)現(xiàn)漂亮的焊道外觀妨舟。

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”的縮寫问乌，含義是“高效率革新性導(dǎo)電嘴”。HEAT工法是指在導(dǎo)電嘴尖端加上絕緣陶瓷嘴邦叶，再加上新開發(fā)的夾套式導(dǎo)電嘴寂齐，來人為增加焊絲干伸長，從而提高熔敷效率的功能尺笼。

1. HEAT工法的原理

當(dāng)加長焊絲干伸長后肃逐，伸出的焊絲電阻值R增大，通過電流I后林下，I2Ｒ變大袄肩。焊絲被加熱，其效果是在同等電流情況下提高了熔敷量腋芜。如果要求的熔敷量相同的話再副，可以降低電流值，減少對(duì)母材入熱花炭，防止產(chǎn)生咬邊躬拢。在焊接有間隙焊縫或焊接裙邊焊縫時(shí)效果很好。另外见间，確保同等焊道寬度時(shí)聊闯，可以提高焊接速度工猜。該到點(diǎn)嘴具有降低電流、減少能耗的優(yōu)點(diǎn)馅袁。在使用以往的導(dǎo)電嘴時(shí)域慷，如果單純?cè)黾雍附z干伸長的話荒辕，會(huì)引起焊絲指偏汗销，對(duì)焊絲供電不穩(wěn)定，另外還需根據(jù)干伸長設(shè)定不同的焊接規(guī)范抵窒。

圖10  HEAT工法熔敷量對(duì)比

因此弛针，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），使得這種工法得以順利實(shí)現(xiàn)李皇。

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)示意圖削茁。

 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。強(qiáng)行供電結(jié)構(gòu)是指從后部壓緊夾套掉房，通過導(dǎo)電嘴端部的斜面使夾套收緊茧跋，從而強(qiáng)行供電的結(jié)構(gòu)。

采用該結(jié)構(gòu)蟋扩，使得供電位置固定在夾套端部捉肄，夾套雖然不斷磨損，電流變化卻極小南翻，另外常苍，夾套將焊絲抱緊，抑制了焊絲的指偏绵布，從而大幅度提高焊接品質(zhì)鸵丸。

另外，由于夾套端部一直和焊絲接觸肪禾，在導(dǎo)電嘴內(nèi)部就不會(huì)產(chǎn)生調(diào)電火花贪焊，這樣就延長了導(dǎo)電嘴的壽命（約延長3～5倍），減少了更換導(dǎo)電嘴的時(shí)間袁羔，另外也節(jié)省了資源惦肴。

3.HEAT工法的施工案例

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

使用原來工法焊接板厚1.2mm管件相貫線時(shí)瓶您，由于工件的不穩(wěn)定性麻捻，焊絲指向偏向哪塊板，哪塊板就會(huì)產(chǎn)生焊穿呀袱。而使用HEAT-SPMAG工法時(shí)贸毕，由于提高了焊絲的熔敷量，即便焊絲有一定偏差，但熔融金屬在兩個(gè)管件之間架起“橋梁”明棍，防止了焊穿的發(fā)生乡革。

由此可見，SP-MAG的HEAT工法是適用于薄板焊接的優(yōu)良工法摊腋，非常適用于座椅骨架沸版、儀表盤支架的焊接。圖11是薄板相貫線的無焊穿兴蒸、低飛濺穩(wěn)定焊接案例视粮。

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，因此可以抑制咬邊的發(fā)生间歌，并且可以提高焊接速度胃磷。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，特別適用于減震器鹅址、車架等較厚板的焊接裤困。圖12是HEAT-HD-Pulse工法的對(duì)比案例。

圖12  HEAT-HD-Pulse工法對(duì)比案例

以上介紹的就是融合型TAWERS機(jī)器人的技術(shù)妨谦。TAWERS在日本上市已經(jīng)有3年多的時(shí)間巡雄，以汽車行業(yè)為中心，TAWERS正在在全球進(jìn)行推廣巾鹰，并且根據(jù)用戶的需求屠睡，TAWERS也在不斷進(jìn)化。

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