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电阻焊设备及控制(7)-电阻焊机的机械结构和装置（点焊机和凸焊机）
文/赵升吨
2 电阻焊机的机械结构和装置
2.1 点焊机和凸焊机
2.1.1 机械结构
按照焊机的机械结构，可以将点（凸）焊机分为： 通用固定式焊机；移动式焊机；多点焊机。
2.1.1.1 通用式固定焊机
下图是3种通用固定式点焊机和凸焊机。
圆弧运动式点焊机
垂直运动式点焊机
垂直运动式凸焊机
（1）圆弧运动式点焊机是最简单的固定式焊机，俗称摇臂式点焊机。
这种点焊机是利用杠杆原理，通过上电极臂施加电极压力。上、下电极臂为伸长的圆柱形构件，既传递电极压力，也传递焊接电流。
加压方式有：①气动；②脚踏；③电动机-凸轮3种。
其优点是：结构简单，生产及维修成本较低；适用于多用途的电极变化，即电极臂间距、臂伸长及下电极臂的方位均可按工件形状及焊点位置作灵活调整；合理的杠杆加压和配力结构运作灵活，但缺点是焊接电流和电极压力会随臂伸度的变化而变化； 同时，由于上电极的运动轨迹是圆弧形的，不适宜作凸焊。
（2）垂直运动式焊机，亦称直压式焊机，适用于要求较高点焊及凸焊。
这类焊机的上电极在有导向构件的控制下作直线运动。
电极压力由气缸或液压缸直接作用。加压方式有：①气动；②液压；③伺服电机。
这类焊机的特点是：采用直压式加压机构，焊接速度快；可分别通过调压阀和节流阀无级调节电极压力和加压速度；直压式加压，焊接压力稳定，有利于保证焊点表面及内在质量，尤其是凸焊，对焊接压力稳定性、均匀性和随动性要求高，必须采用垂直加压式。
2.1.1.2 移动式焊机
下图是3种典型的移动式点焊机 。移动式焊机分为两类：①悬挂式焊机；②便携式焊机。
悬挂式（变压器与焊钳分离型）
悬挂式（一体型）
便携式
悬挂式焊机是阻焊变压器与焊钳型分离的，要通过水冷电缆传递焊接电流。 由于阻焊变压器与焊钳之间的电缆增加了焊接回路的阻抗，所以这种悬挂式焊机阻焊变压器的二次空载电压较固定式焊机高2~4倍。
悬挂式焊机是阻焊变压器与焊钳一体的，故与固定式焊机性能相似。
便携式焊机，主要用于维修工作，为达到简便、轻巧的使用目的，阻焊变压器采用空气自然冷却形式，这样额定功率很小（2.5kVA），负载持续率非常低（仅能每分钟使用1次），但瞬时焊接电流仍可达7000~10000A。
移动式焊机重量较轻、移动灵活、操作方便，可实现全位置、全方位焊接，悬挂式点焊机是汽车白车身焊装线上用的最广泛的焊接设备。
在全自动生产线上，通常是将移动式焊机的焊钳安装在机械手上，通过计算机控制，使机械手按指令进行点焊操作，并可将多台机械手安装在生产线上同时对工件不同部位施焊，从而显著提高生产效率。
2.1.1.3 多点焊机
多点焊机是大批量生产中的专用设备，例如汽车生产线上针对具体冲压焊接件而专门设计制造多点焊机。
多点焊机一般采用多个阻焊变压器及多把焊枪根据工件形状分布。电极压力通过安装在焊枪上的气缸或液压缸直接作用在电极上，为了达到较小的焊点间距，焊枪外形和尺寸受到限制，有时需要采用液压缸才能满足要求。
20世纪70年代的多点焊机大多采用单面双点焊方式，有些大型的可焊数百点，但为了适应加速更新车型的需要，20世纪80年代起已逐步发展成每个工位只完成10~30余点的多点焊机。
同时为了保证焊点质量和控制或检测焊接电流，已从单面双点改用双面单点方式，有时也采用推挽式双面双点，还出现了机头固定，工作台将工件移动到所需焊接部位的柔性多点焊机。
2.1.2 机械装置
点焊机及凸焊机的机械装置中的关键部分为加压机构，它直接影响到焊接质量，装置应满足下列要求：
①刚度好，在工作中不易产生挠曲变形，不失稳，保证上下电极不发生错位。
②加压、消压动作灵活、迅速、无冲击，电极压力随动性好，特别对于凸焊机，其电极压力随动性要求更高。
③能提供适合焊接工艺要求的各种电极压力变化曲线（例如：恒定压力、阶梯形压力及马鞍形压力等）。
④焊接过程中电极压力要稳定。
点焊机及凸焊机的加压机构主要由动力部分和导向部分组成,前者产生压力，后者的作用是保证电极和导电部分在加压和焊接过程中按照一定的方向移动。
按照加压机构的动力来源不同，一般有脚踏式加压机构，电动凸轮传动加压机构、气压传动加压机构、液压传动加压机构和气-液压复合传动加压机构等，最新开发的是用伺服电机驱动的加压机构。
2.1.2.1 脚踏和电动凸轮传动加压机构
脚踏和电动凸轮传动的加压机构分别是利用脚踏带动的杠杆或电动机驱动的凸轮将弹簧压缩，弹簧的压紧力通过杠杆扩力后成为电极力。
这两种加压机构只能用于圆弧运动式点焊机上，结构简单、操作方便，但由于电极力会随电极磨损及弹簧性能变化而变化，很难保证恒定的焊接质量。
所以这两种加压机构一般用于小批量手工操作或压缩空气不易得到的场合。
2.1.2.2 气压传动加压机构
目前在点焊机和凸焊机中，应用最多是气压传动加压机构，这种加压机构通常是自动控制的，加压和消压动作迅速、灵活，而且电极压力可以根据要求随时调节，可以用于垂直运动式点（凸）焊机、圆弧运动式点焊机或悬挂式点焊机上。
气压传动加压机构可以是恒压力的，也可以是变压力的，通用的点（凸）焊机一般采用恒压力系统，对于某些有特殊工艺要求的点（凸）焊机可以采用变压力系统，以实现阶梯形或马鞍形压力曲线。
点（凸）焊机上采用的气压传动系统通常有以下三种：
①气缸行程固定的恒压力气压传动系统 对于一些无特殊要求、且气缸行程不需要经常改变的点（凸）焊机，只需采用恒压力加压。
②气缸行程可调的恒压力气压传动系统 为了适应不同的焊件结构形状要求，一般通用的点（凸）焊机的加压常采用行程可调，且具有辅助行程的三气室气缸。气缸中上下两个活塞将气缸分成上、中、下三个气室，使气缸活塞具有辅助行程和工作行程两个行程。
③采用双电磁气阀的气压传动系统 带有双电磁气阀的气压传动系统其工作行程的调节及辅助行程的使用与气缸行程可调的恒压力气压传动系统相同，利用其气压和电气控制的配合，此系统可以实现：提高电极复位速度、变压力气压传动两种不同的加压功能。
通常情况下，300kV·A以下的点（凸）焊机都是采用气压传动加压机构的，气压传动加压机构具有随动性好，成本低等优点。
当焊机要求很大的电极压力，或者加压气缸的尺寸不得不缩小时，可用液压传动或气液压传动，但气液压或液压传动加压机构的成本高，维修复杂。
2.1.2.3 用伺服电机驱动的加压机构
最新开发的是用伺服电机驱动的加压机构，即电极位移、速度及压力由伺服电机控制。
其压紧力可实现无级调节，具有电极压力提升速度快，且保持恒定；加压过程无冲击，工件变形小；实现精确控制，改善焊接稳定性，减少焊接飞溅，焊接质量高；焊接时可减少碰撞变形和噪音。
目前国外机器人用焊钳已逐步采用伺服焊钳。
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