專利名稱：電極頭夾具、焊接方法及電極頭調整裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于固定在電焊過程中使用的電極頭的電極頭夾具、利用電極頭的焊接方法和用于調整、更換電極頭的電極頭調整裝置。
背景技術：
車輛生產廠家，例如，使用具有電極頭夾具的工業(yè)機器人使大多數的焊接操作自動化，以便在外部車輛板和車輛框架上有效地實施點焊操作。
安裝在電極頭夾具上的電極頭，在用于焊接工件時，由于放電等不可避免地被損耗。通常的做法是在適當的時間間隔打磨每個電極頭并當其嚴重磨損時使用新的電極頭進行替換。當機器人停止時，嚴重磨損的電極頭可以手動替換。由于操作者到操作者所需更換的時間不同，手動更換效率低，因此期望能夠在短時間內自動更換磨損的電極頭。同時也期望更換磨損電極頭的頻率能夠較少，因為在更換電極頭的過程中焊接操作被打斷。
為了自動更換電極頭，已經提議引入電極頭移動板與電極頭的末端相接合，用夾具裝置將電極頭安穩(wěn)地夾緊在適當位置，并控制機器人將電極頭從握桿中抽出(例如，參見日本專利JP3347436)。根據所提議的方法，新的電極頭隨后固定在電極頭所處的位置上。
在焊接過程中，電極頭被加熱到相當高的溫度，并因此需要適當的冷卻介質來冷卻以避免它們被損壞和用來提高焊接效率。例如，在日本專利公布No.2001-9575中公開的點焊電極，從握桿向固定在握桿末端的電極頭提供冷卻劑。日本專利公布No.8-11305公開的電阻焊電極具有與電極頭接觸固定的電極夾具用于給電極頭通電。所公開的電極夾具被提供冷卻劑用于間接冷卻電極頭。
日本專利No.3347436公開的為電極頭更換裝置提供的電極頭，在摩擦力的作用下與握桿相固定，所述摩擦力由錐形的緊密接合產生。因此，電極頭更換裝置不能更換除具有所公開形狀以外的其他形狀的電極頭。由于電極頭通過緊密的摩擦配合固定在適當位置，電極頭需要被相當強力地推進到所述位置。電極頭和電極握桿的工作壽命由于所施加的大載荷而縮短。提供的用于將電極頭推進的力不得不被細致地調整。如果電極頭在過強的壓力下被推進，則電極頭將無法從握桿中拉出。如果電極頭在過弱的壓力下被推進，則電極頭在焊接過程中會意外的從握桿中脫落。
作為易耗對象，電極頭價格應合乎需求而低廉。如果電極頭如日本專利No.3347436所公開的被提供冷卻劑，則因為不泄漏液體密封需要通過錐形表面的對接配合而提供，從而需要精密加工錐形面，因此導致成本提高。事實上，錐形面的實際配合由于單獨的錐形面缺少精度，因而必須提供適當的不透液體的結構。在電極頭被更換時，握桿暴露，導致其錐形面容易受到破壞。如果握桿被破壞，也不得不更換握桿。
日本專利公布No.2001-9575中公開的電極頭是固定在握桿末端的小尺寸電極頭。由于電極頭需具有握桿連接器和冷卻劑通道孔，因而其作為電極而有效使用的部分限制為在其末端的小面積。因此，由于它的電極頭磨損較快，需要頻繁地更換電極頭。此外，由于握桿連接器不能用作電極因此浪費了許多電極頭材料。
日本專利公布No.8-11305公開的電極頭包括多種不作為電極的部分，其中包括用于連接電極夾具的熱管、環(huán)、剛性球和彈性體。因此，當電極頭報廢時，浪費很多材料。此外，由于電極頭在摩擦力的作用下固定，當工件在強相互作用下被夾緊時，電極頭容易被拉出或翹起。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種電極頭夾具和一種焊接方法，其在延長的時間間隔或在較短的時間內更換電極頭，以提高整個焊接過程的效率。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種電極頭調節(jié)裝置，其在延長的時間間隔或在較短的時間內更換電極頭，以提高整個焊接過程的效率。
根據本發(fā)明，提供一種電極頭夾具，包括卡盤，所述卡盤具有由錐形內圓周表面限定的內孔，所述錐形內圓周表面的直徑向其遠端逐漸增大，所述卡盤具有螺紋部分、與卡盤的螺紋部分螺紋配合的鎖緊螺母和用于夾緊其中的桿狀電極頭的套筒，套筒固定在所述內孔中且具有限定在其中的狹縫，其中當鎖緊螺母與卡盤的螺紋部分螺紋配合時，套筒被軸向推進使狹縫彈性變形，從而套筒徑向收縮以固定其中的桿狀電極頭，套筒具有錐形外圓周表面用于與錐形內圓周表面相對接接合，錐形外表面具有限定在其中的凹槽，卡盤冷卻劑供應口用于將冷卻劑輸送進凹槽，冷卻劑供應口在錐形內圓周表面中面對凹槽的位置開口，和用于從凹槽中收回冷卻劑的冷卻劑回收口，冷卻劑回收口在錐形內圓周表面中面對凹槽的位置開口。
套筒可在狹縫被彈性變形時縮短，套筒能夠可靠地夾緊嵌在套筒內的電極頭的側面。當鎖緊螺母松開時，電極頭能夠容易的從套筒中移開或插入套筒內，并且電極頭從電極頭夾具中突出部分的量可依據電極頭磨損的多少進行調節(jié)。因此，減少需要更換電極頭的時間次數而提高整個焊接過程效率。電極頭的形狀可以是簡單的桿狀從而降低成本。
冷卻劑供應口輸送的和冷卻劑回收口收回的冷卻劑用于冷卻套筒，并且被面對面固定的電極頭與套筒相連。因此，電極頭的消耗量降低而焊接效率提高，并且電極頭更換的頻繁程度較低。能夠軸向提高限定在套筒錐形外圓周表面內的凹槽的面積和套筒錐形內圓周表面的面積，從而提高套筒被冷卻的面積，致使電極頭有效地冷卻。
凹槽的側視圖可以是U形并具有分別面對冷卻劑供應口和冷卻劑回收口的相對的端部。冷卻劑可通過寬面積沿U形平穩(wěn)地流動從而提高冷卻效率。
如果套筒由銅或銅合金制成，則套筒容易彈性變形適合于輕易地夾進電極頭。由于銅或銅合金具有高熱傳導率，因此套筒致使電極頭易于冷卻。
根據本發(fā)明，也提供一種使用電極頭夾具的焊接方法，所述電極頭夾具包括卡盤，所述卡盤具有由錐形內圓周表面限定的內孔，錐形內圓周表面的直徑向其遠端逐漸增大，所述卡盤具有螺紋部分、與卡盤的螺紋部分螺紋配合的鎖緊螺母和用于夾緊其中的桿狀電極頭的套筒，套筒固定在內孔且具有限定在其中的狹縫，其中當鎖緊螺母與卡盤的螺紋部分螺紋配合時，套筒被軸向推進使槽彈性變形，從而與套筒徑向接觸以固定其中的桿狀電極頭，所述方法包括以下步驟將鎖緊螺母向下取向降低電極頭夾具并將電極頭從其中移開，直至豎直放置在預定裝載位置的電極頭插入套筒，旋轉鎖緊螺母與卡盤螺紋配合，緊固鎖緊螺母確保電極頭處與套筒中，將電極頭夾具移向工件，電極頭通電焊接工件，相對卡盤旋轉鎖緊螺母向下取向松開鎖緊螺母，在鎖緊螺母松開時，將放低的電極頭與處于鎖緊螺母下方預定距離的突出部分限制臂對接接合，然后相對卡盤旋轉鎖緊螺母以緊固鎖緊螺母確保電極頭在套筒內。
如上所述，應用的電極頭夾具可通過松開螺母來調節(jié)電極頭突出部分的量，并且焊接方法包括在焊接后松開鎖緊螺母，和在鎖緊螺母松開時，將放低的電極頭與突出部分限制臂對接接合，并緊固鎖緊螺母確保電極頭在電極頭夾具中的步驟。從而，減少需要更換電極頭的時間次數提高整個焊接過程效率。電極頭突出部分的量可通過松開然后緊固鎖緊螺母進行簡單的調節(jié)。當新的電極頭替換磨損的電極頭時，豎直放置在裝載位置的電極頭插入套筒然后緊固鎖緊螺母確保被插入的電極頭在套筒內。因此，需要更換電極頭的時間縮短，更換電極頭的過程可以自動化。
根據本發(fā)明，還提供一種電極頭調節(jié)裝置用于調節(jié)電極頭突出部分的量或者在電極頭夾具上更換電極頭，其包括卡盤，所述卡盤具有由錐形內圓周表面限定的內孔，錐形內圓周表面的直徑向其遠端逐漸增大，所述卡盤具有螺紋部分、與卡盤的螺紋部分螺紋配合的鎖緊螺母和用于夾緊其中的桿狀電極頭的套筒，套筒固定在內孔且具有限定在其中的狹縫，其中當鎖緊螺母與卡盤的螺紋部分螺紋配合時，套筒被軸向推進使槽彈性變形，從而與套筒徑向接觸以固定其中的桿狀電極頭，其中，調節(jié)電極頭突出部分的量或者在鎖緊螺母向下取向時，更換電極頭。
向下取向的鎖緊螺母使電極頭易于調節(jié)其從電極頭夾具中突出部分的量，也使電極頭易于更換。
電極頭調節(jié)裝置可包括鎖緊螺母旋轉器，用于相對與卡盤旋轉鎖緊螺母；和在利用鎖緊螺母旋轉器旋轉鎖緊螺母時，放置在鎖緊螺母軸向下方預定距離的突出部分限制臂。
當鎖緊螺母通過鎖緊螺母旋轉器旋轉以便被松開時，電極頭通過重力下落與突出部分限制臂對接接合，并且電極頭具有從電極頭夾具中突出的突出部分的適當量。其后，鎖緊螺母旋轉以便被鎖緊螺母旋轉器緊固，致使套筒夾緊電極頭。因此，電極頭從電極頭夾具中突出的突出部分的量不許更換電極頭而自動調節(jié)。因此所需更換電極頭的時間次數減少而整個焊接過程的效率提高。
電極頭調節(jié)裝置可包括向下插件，其用于降低電極頭夾具而從其中移開電極頭，直至豎直放置在預定裝載位置的電極頭插入套筒；和鎖緊螺母旋轉器，用于在電極頭通過向下插件插入套筒時旋轉鎖緊螺母與卡盤螺紋配合。
在電極頭從電極頭夾具上移開之后，電極頭夾具被向下插件降低直至電極頭插入電極頭夾具。然后，用鎖緊螺母旋轉器旋轉鎖緊螺母從而方便快捷地安裝電極頭。因此，更換電極頭的過程縮短而整個焊接過程的效率提高。
鎖緊螺母旋轉器可包括可編程的移動單元，用于移動和旋轉電極頭夾具；和固定工具，用于接合鎖緊螺母的外表面。當固定工具與鎖緊螺母的外表面接合，通過移動單元電極頭夾具旋轉以致相對卡盤旋轉鎖緊螺母?？删幊痰囊苿訂卧闺姌O頭夾具依據固定工具的位置和方向適當輕松地移動。固定工具可包括簡單的工具，如，扳手或同類工具。
電極頭調節(jié)裝置可進一步包括自動裝載器，其用于在電極頭夾具被移動單元與裝載位置隔開之后，將另一個電極頭豎直放置在裝載位置上，所述電極頭夾具帶有安裝在其中的電極頭。自動裝載器可包括用于豎直固定電極頭排列的夾頭和用于間歇輸送夾頭以便將電極頭成功放置在裝載位置上的輸送裝置。自動裝載器使除更換電極頭的過程外，將電極頭以簡單的排列放置在裝載位置的過程自動化也成為可能。電極頭調節(jié)裝置因此作為人力節(jié)約器提高了焊接過程的效率。


圖1所示為焊接車輛框架的焊接系統的示意性透視圖；圖2所示為根據本發(fā)明實施例的電極頭夾具的橫截面視圖；圖3所示為沿圖2中線III-III截取的截面?zhèn)纫晥D；圖4所示為電極頭夾具的分解透視圖；圖5所示為套筒透視圖；圖6所示為鎖緊螺母部分切掉后的橫截面示意圖；圖7所示為電極頭調節(jié)和更換裝置的透視圖；圖8所示為電極頭調節(jié)和更換裝置的自動電極頭裝載器的修改的透視圖；圖9所示為電極頭修整器的透視圖；圖10所示為控制單元的框圖；圖11所示為利用焊接系統焊接車輛框架的焊接方法的流程圖；圖12所示為顯示電極頭夾具與電極頭突出部分調節(jié)器相接合的方法的透視圖；圖13所示為顯示電極頭夾具與電極頭裝配架相接合的方法的透視圖。
具體實施例方式
根據本發(fā)明實施例的電極頭夾具和焊接方法將參照附圖1-13進行說明。
如圖1所示，根據本發(fā)明實施例的電極頭夾具10插入焊接系統20中。根據本發(fā)明實施例的焊接方法利用焊接系統20而執(zhí)行。焊接系統20設置在操作過程中用于點焊接沿生產線傳送的車輛框架。焊接系統20包括具有電極頭夾具10的工業(yè)多關節(jié)型機器人(industrial articulated robot)(移動單元)22，所述固定電極頭夾具10在其臂末端作為末端執(zhí)行器；電極頭調節(jié)和更換裝置12；電極頭修整器26；以及控制裝置28，用于全面控制焊接系統20。焊接系統20還包括冷卻劑供應源30，用于通過包括供應管52a和回收管52b的循環(huán)通道為電極頭夾具10提供和回收冷卻劑。用于使冷卻劑循環(huán)通過其中的循環(huán)通道可具有散熱器，其在冷卻劑流過循環(huán)通道時散發(fā)冷卻劑的熱量。回收管52b不必與冷卻劑供應源30相連，而是可與排水渠相連。
多關節(jié)型機器人22可以是6-軸結構并由控制裝置28根據預定程序進行操作。在操作時，多關節(jié)型機器人22可相對車輛框架14、電極頭調節(jié)和更換裝置12和電極頭修整器26移動、定向和定位電極頭夾具10。在圖1中，電極頭調節(jié)和更換裝置12以及電極頭修整器26均大于實際尺寸顯示。
電極頭夾具10的細節(jié)將在下文進行描述。電極頭夾具10具有與多關節(jié)型機器人22相連的近端和在其中插入電極頭46的遠端。
如圖2-4所示，電極頭夾具10包括卡盤40，所述卡盤40具有由錐形內圓周表面40a限定的內孔，錐形內圓周表面40a的直徑向其遠端逐漸增大；適配器42，用于將卡盤40連接到多關節(jié)型機器人22上；空心圓柱鎖緊螺母44，其與卡盤40外部有螺紋的遠端部分40b螺紋配合；和套筒48，與卡盤40的內孔的第一錐形內圓周表面40a相匹配。當鎖緊螺母44被車螺紋并與外部有螺紋的遠端部分40b擰緊時，套筒48軸向受壓并在內部徑向彈性變形，穩(wěn)固地夾緊嵌在套筒48的內部空間48f(參見圖5)的桿狀電極頭46。
電極頭夾具10具有六個螺栓50，用于將卡盤40固定在適配器42上；與供應管52a相連的第一接頭54，用于從冷卻劑供應源30為電極頭夾具10提供冷卻劑；與回收管52b相連的第二接頭56，用于使冷卻劑從電極頭夾具10回流到冷卻劑供應源30；和銷58(參見圖4)，用于相對卡盤40有角度地定位套筒48。
如圖5所示，套筒48在其圓周壁上有三個以120 等角度間隔的狹縫48a，第一錐形外圓周表面48b用于與卡盤40的第一內錐形圓周表面40a相對接接合，限定在第一錐形外圓周表面上的三個以120 等角度間隔的凹槽48c，第二錐形外圓周表面48d與第一錐形外圓周表面48b軸向隔開并且其直徑向其末端逐漸減小，限定在第一錐形外圓周表面48b和第二錐形外圓周表面48d之間的環(huán)形槽48e，和在圓周壁上的銷槽48g，且其軸向延伸至近端。套筒48的內部空間48f由光滑的柱面限定，并其直徑稍大于電極頭46的外徑。第一錐形內圓周表面40a和第一錐形外圓周表面48b為光滑表面，其當被裝配在一起時，它們彼此之間以雙圓錐狀態(tài)緊密接觸相互固定。第二錐形外圓周表面48d和第二錐形內圓周表面44b也光滑表面，當其被裝配在一起時，它們彼此之間以雙圓錐狀態(tài)緊密接觸相互固定。
三個狹縫組48a中的每一個具有第一狹長切口60a，其從套筒48的遠端面軸向延伸至靠近其近端面的位置，第二狹長切口60b從套筒48的近端面軸向延伸至其靠近遠端面的位置。第一狹長切口60a和第二狹長切口60b彼此間隔很近并彼此平行間隔。第一狹長切口60a和第二狹長切口60b具有相同的寬度，并且第一狹長切口60a和第二狹長切口60b之間的距離與每個第一狹長切口60a和第二狹長切口60b的寬度相等。當套筒48被鎖緊螺母44擠壓，第一錐形外圓周表面48b沿第一錐形內圓周表面40a內部徑向受輕微擠壓，第一狹長切口60a和第二狹長切口60b的寬度減少因而降低套筒48的直徑。
三個凹槽48c以120 等角度間隔放置，每個處在一對狹縫組48a之間。如在側視圖中所示，三個凹槽48c中的每個基本為U形，其相對端62a、62b靠近近端放置，并且對襯形成。三個凹槽48c中的每個具有達到接近套筒48圓柱面的位置的深度，所述套筒48圓柱面限定內部空間48f。由于第一錐形外圓周表面48b傾斜，三個凹槽48c中的每個靠近端部62a、62b的近端部分較淺而其遠端部分較深。
套筒48由具有高導熱率的銅或銅合金，也就是，鈹銅或類似物制成。
如圖2-4所示，卡盤40具有限定在其中的冷卻劑供應口40c，其在面對各凹槽48c的末端62a的位置上開口，限定在其中的冷卻劑回收口40d在面對各凹槽48c的末端62b的位置上開口，并且法蘭盤40e具有限定在其中的并以等角度間隔的六個安裝孔40j，螺栓60通過安裝孔延伸?？ūP40也具有限定在其中的通到底部的軸向中心孔40f，其將卡盤40的近端與第一接頭54相連，徑向限定在其中的三個徑向通道40g(參見圖2)以等角度間隔并從法蘭盤40e的外圓周表面延伸與軸向中心孔40f相通，限定在其中的三個軸向通道40h并從卡盤40的遠端面延伸與各自的冷卻劑供應口40c相通，以及三個限定在其中的第二軸向通道40i從卡盤40的遠端表面延伸與各自冷卻劑回收口40d相通。第一軸向通道40h和第二軸向通道40i交替地以等角度60 相間隔并軸向延伸。第一軸向通道40h和第二軸向通道40i在它們的頂部彎曲分別與冷卻劑供應口40c和冷卻劑回收口40d相通。
三個軸向通道40g在法蘭盤40e的外圓周表面上具有被相應的塞子64封閉的開口。三個第一軸向通道40h還在卡盤40的近端表面上具有被相應塞子64封閉的開口。第一接頭54通過軸向中心孔40f與冷卻劑供應口40c、徑向通道40g和第一徑向通道40h相通。由于供應管52a與第一接頭54相連，從冷卻劑供應源30提供的冷卻劑從冷卻劑供應口40c流出流入到凹槽48c的端部62a。
卡盤40具有限定在其側表面的銷孔66，且銷孔內部徑向延伸到卡盤40的內孔。定位銷58插入到銷孔66中并具有通過套筒48的銷槽48g伸出到套筒48內部空間48f的末梢，因而在卡盤40中定位套筒48。
適配器42由分級的空心圓柱組成，并具有軸向面對法蘭盤40e的法蘭盤支架42a，與適配器42的近端整體相連的螺紋接頭42b，和從適配器42的內空間42c延伸至其側表面并與第二接頭56相連的側孔42d。適配器42的側表面為六邊形用于與諸如扳手或類似的工具相接合。法蘭盤支架42a具有限定在其中的六個在內部有螺紋的孔。螺栓50通過法蘭盤40e中相應的裝配孔40j插入法蘭盤支架42a的內部有螺紋的孔。
當卡盤40和適配器42由六個螺栓50彼此緊固時，內部空間42c以不透液體的方式從外部密封，并且與第二軸向通道40i相通固定。因此第二接頭56通過第二軸向通道40i與冷卻劑回收口40d相連。由于回收管52b與第二接頭56相連，流入凹槽48c端部62a的冷卻劑經凹槽48c的U形通道流入到凹槽48c的其它端部62b，冷卻劑從所述端部62b經冷卻劑回收口40d收回并返回冷卻劑供應源30。冷卻劑經凹槽48c的U形通道平穩(wěn)流過套筒48的寬區(qū)域，從而以提高的冷卻效率冷卻套筒48。
鎖緊螺母44為冠形，并具有與卡盤40的外螺紋遠端部分40b螺紋配合的內螺紋近端44a，第二錐形內圓周表面44b與套筒48的第二錐形外圓周表面48d相固定，并且環(huán)形脊44c徑向內部突出。
環(huán)形脊44c相對于鎖緊螺母44的其余部分偏心放置。實際上，環(huán)形脊44c具有非徑向內部突出的部分和具有鄰近第二錐形內圓周表面44b的徑向內表面，和徑向內突出并與套筒48的環(huán)形槽48e相接合的其余部分。
如圖6所示，非徑向內部突出的環(huán)形脊44c部分，也就是，在圖6中右側的部分，使套筒48容易地插入鎖緊螺母44而不需任何特殊的專用工具。在套筒48已經插入鎖緊螺母44之后，環(huán)形脊44c與環(huán)形凹槽48e牢固配合，第二錐形外圓周表面48d與第二錐形內圓周表面44b配套接合，套筒48和鎖緊螺母44開始彼此同軸排列。由于環(huán)形脊44c與環(huán)形凹槽48e接合，當鎖緊螺母44松開時，套筒48與鎖緊螺母44同步位移，并因此防止附著住卡盤40。套筒48也從卡盤40上彈性釋放并恢復到原來的直徑。由于第二錐形外圓周表面48d和第二錐形內圓周表面44b彼此配套結合固定，當鎖緊螺母44與卡盤48螺紋配合時套筒48由鎖緊螺母44軸向精確推進。鎖緊螺母44具有六邊形外圓周表面與諸如扳手或類似的工具相結合。由于鎖緊螺母44無法以高速連續(xù)旋轉，不會通過相對于鎖緊螺母44的其余部分偏心放置的環(huán)形脊44c搖動旋轉。
在具有這樣結構的電極頭夾具10中，狹縫組48a彈性變形使套筒48內部軸向壓縮從而緊固電極頭46的側表面。當鎖緊螺母44松開，電極頭46可容易地插入或脫離套筒48，并且電極頭46從電極頭夾具10中突出的長度可依據電極頭46的磨損程度容易地進行調節(jié)。而且，電極頭46可以是簡單的桿狀，并可以廉價地制造，并且電極頭46的材料不會浪費。電極頭夾具10可應用于各種為夾緊不同直徑的電極頭46而具有不同內徑的套筒48。因此，那些具有不同直徑的電極頭46可用于電極頭夾具10。
當套筒48在卡盤40中軸向壓縮時，套筒48與由套筒48夾緊的電極頭46的側表面面對接觸固定。因此，在電極頭46和套筒48之間發(fā)生良好的熱傳導。由于注入端部62a的冷卻劑經凹槽48c的U形通道，冷卻劑在凹槽48c流經相對較長的距離，因而有效地冷卻套筒48。因此，由于焊接效率提高而電極頭46的損耗降低。每個凹槽48c不限于U形，但可以是任何形狀，如M形，用于在第一錐形外圓周表面形成較長的冷卻通道經過寬的區(qū)域。由于凹槽48c的端部62a、62b相對較窄，它們提供流動限制，其具有小橫截面使冷卻劑以較高的速度流過以提高冷卻效果。每個凹槽48c的其他遠端部分足夠深靠近限定內部空間48f的套筒48的內表面。因此，在每個凹槽48c的遠端部分中冷卻劑流動而接近電極頭46的表面以更有效地冷卻電極頭46。由于套筒48被鎖緊螺母44軸向推進，因此第一錐形外圓周表面48b相對第一錐形內圓周表面40a被強烈擠壓，因而保持凹槽48c以不透液體的方式密封防止冷卻劑泄漏。
電極頭調節(jié)和更換裝置12、電極頭修整器26和控制裝置28將在以下進行描述。
如圖7所示，電極頭調節(jié)和更換裝置12具有作為基底的四角柱70，置于四角柱70的一個面上的電極頭突出部分調節(jié)器(電極頭調節(jié)裝置)72和放置在四角柱70的另一個面上的電極頭支架(電極頭調節(jié)裝置)75。
電極頭突出部分調節(jié)器72包括從四角柱70的上部橫向突出的第一鎖緊螺母旋轉工具73，且第一鎖緊螺母旋轉工具73具有在其遠端限定的扳手形的切口73a并在第一鎖緊螺母旋轉工具73的縱向上開口；和從四角柱70的中部橫向突出并低于第一鎖緊螺母旋轉工具73的突出限制臂74。突出限制臂74具有一對限定在其豎直面板中的豎直延長狹縫，所述豎直面板依附四角柱70。突出限制臂74垂直調節(jié)以便其與第一鎖緊螺母旋轉工具73之間的垂直距離設置為取決于電極頭46的預定長度。電極頭回收盒72a放置的位置在電極頭突出部分調節(jié)器72的下方。
電極頭支架75包括第二鎖緊螺母旋轉工具76，其從四角柱70的上部橫向突出并具有在其遠端限定的扳手形的切口76a，其與第一鎖緊螺母旋轉工具73的扳手形的切口73a的形狀相同；導向板78，從第二鎖緊螺母旋轉工具76的較低表面水平延伸，其延伸方向垂直于第二鎖緊螺母旋轉工具76從四角柱70的上部橫向突出的方向；自動電極頭裝載器80，低于第二鎖緊螺母旋轉工具76放置。
自動電極頭裝載器80具有水平延伸的夾頭81、固定夾頭81的夾頭導軌82和用于間歇性輸送夾頭81的電動機(輸送裝置)84。電動機84由控制裝置28激勵旋轉小齒輪82a并與固定在夾頭81的側面上的齒條80a相嚙合固定，從而間歇性水平輸送夾頭81。
夾頭81具有一列豎直限定在其中以等間距隔開的電極頭孔80b，電極頭孔80b在夾頭81的上表面開口用于在豎直方向上在其中安置相應的新電極頭46。彈簧80c放置在相應的電極頭孔80b底部。當夾頭81由電動機84的間歇輸送被水平輸送時，插在電極頭孔80b中的新電極頭46的上端接連相對導向板78的下表面滑動，當壓縮相應的彈簧80c時其壓制電極頭46。當沿導向板78被引導的電極頭46移動過導向板78時，電極頭46在扳手形切口76a中心定位，于是夾頭81的間歇移動的一個周期結束。扳手形切口76a中心為將電極頭46裝載到電極頭夾具10中提供裝載位置。
圖8所示為另一個自動電極頭裝載器85，其為自動裝載器80的改進。自動裝載器85與自動裝載器80的不同在于在第二鎖緊螺母旋轉工具76上的扳手形切口76a在第二鎖緊螺母旋轉工具76的橫向上開口，并且無需自動裝載器80的導向板78。然而，夾頭81不限于線性形狀，但可以是環(huán)形，并具有環(huán)狀排列的電極頭孔80b用于為扳手形切口76a接連供應電極頭46。
如圖9所示，電極頭修整器26包括管狀外殼26a其中容納電動機；類似板狀的從管狀外殼26a的上端橫向突出的打磨基底26b；支撐基底26d，具有彈簧26c，用于垂直移動地支撐管狀外殼26a；和在打磨基底26b的上表面中心放置的小的盤狀旋轉砂輪26e。當被電極頭夾具10固定的電極頭46的遠端被關節(jié)型機器人22相對旋轉砂輪26e輕微擠壓時，旋轉砂輪26e由在管狀外殼26a中的電動機驅動旋轉在控制裝置28的控制下將電極頭46的遠端基本打磨成圓錐形。
如圖10所示，控制裝置28包括機器人控制器86，用于控制關節(jié)型機器人22；電動機控制器88，用于控制自動電極頭裝載器80的電動機84間歇轉動；電極頭修整器控制器90，用于控制在電極頭修整器26的管狀外殼26a中的電動機；冷卻劑供應源控制器92，用于控制冷卻劑控制源30；和電極頭狀態(tài)檢測器94，其基于傳感器或類似物(未示出)檢測電極頭46的狀態(tài)?？刂蒲b置28也包括電極頭下落檢測器96，其放置在電極頭突出調節(jié)器72的附近，用于檢測何時電極頭46已消耗到結束使用壽命，從電極頭夾具10上移開并落到電極頭回收盒72a內。
機器人控制器86具有焊接處理器86a，用于使多關節(jié)型機器人22依據車輛框架14的形狀在車輛框架14上實施焊接操作；通電控制器86b，用于在多關節(jié)型機器人22處于焊接狀態(tài)時通過變壓器(未示出)為電極頭46供應電流；和電極頭修整處理器86c，用于操作多關節(jié)型機器人22將電極頭46的遠端垂直供應給旋轉砂輪26e。機器人控制器86還具有突出部分調節(jié)處理器86d和電極頭安裝處理器(向下插入物)86e。
突出部分調節(jié)處理器86d為控制功能單元，用于在電極頭46被向下取向時操作多關節(jié)型機器人22將鎖緊螺母44的六邊形外圓周表面放入扳手形切口73a，并繞電極頭夾具10的軸向旋轉電極頭夾具10。
電極頭安裝處理器86e為另外一個功能單元，用于在鎖緊螺母44向下取向且沒有電極頭46固定在電極頭夾具10上時，操作多關節(jié)型機器人22降低電極頭夾具10直至鎖緊螺母44的六邊形外圓周表面插入扳手形切口76a中，并繞電極頭夾具10的軸向旋轉電極頭夾具10。當突出部分調節(jié)處理器86d和電極頭安裝處理器86e指示多關節(jié)型機器人22繞電極頭夾具10的軸向旋轉電極頭夾具10時，多關節(jié)型機器人22操作關節(jié)22a(鎖緊螺母旋轉器，參見圖1)，以旋轉電極頭夾具10，所述關節(jié)22a靠近機器人手臂的末端放置并能扭轉作用。
控制裝置28具有CPU(中央處理器)作為主控制器；RAM(隨機存取存儲器)和ROM(只讀存儲器)作為存儲單元；和其他組成部份。上述涉及控制裝置28的功能組成部分由CPU執(zhí)行，當其讀程序并執(zhí)行程序與存儲單元和其他功能組成部分共同動作。
用于點焊接車輛框架14的焊接方法將在以下進行描述，其中車輛框架14在許多焊點上使用由此構造的焊接系統20。除了另外提到的，焊接方法將根據給出的步驟編號進行實施。
在圖11中示出的步驟S1，已經預先裝配的電極頭夾具10安裝在多關節(jié)型機器人22的手臂末端。具體地說，適配器42的螺紋接頭42b與鋼管(未示出)螺紋配合，所述鋼管在多關節(jié)型機器人22的手臂末端。供應管52a與第一接頭54通過鋼管相連接，并且回收管52b與第二接頭56相連。冷卻劑供應源30被執(zhí)行冷卻循環(huán)為電極頭夾具10供應冷卻劑和從電極頭夾具10回收冷卻劑。從冷卻劑供應源30流出的冷卻劑流經供應管52a、第一接頭54、軸向中心孔40f、徑向通道40g、第一軸向通道40h、凹槽48c(從端部62a到端部62b)、第二軸向通道40i、適配器42的內部空間42c、第二接頭56和回收管52b返回到冷卻劑供應源30。步驟s1的過程可包含下文將描述的步驟S9、S10的過程中，用于循環(huán)執(zhí)行焊接方法。
在步驟S2中，多關節(jié)型機器人22由焊接處理器86a操作并由控制器86b激勵在其中某一焊接點焊接車輛框架14。多關節(jié)型機器人22可在多個焊接點接連焊接車輛框架14或接連焊接多個沿生產線輸送的車輛框架14。
在多關節(jié)型機器人22已經焊接車輛框架14或車輛框架14在預定的焊接周期數量或預定的時間周期之后，步驟S3中電極頭狀態(tài)檢測器94檢測電極頭46遠端的狀態(tài)或電極頭46的突出量。如果電極頭狀態(tài)檢測器94判斷電極頭46遠端磨損，則控制進行步驟S4。如果電極頭狀態(tài)檢測器94判斷電極頭46的突出量較小，則控制進行步驟S5。否則，電極頭狀態(tài)檢測器94判斷電極頭46正常，則返回到步驟S2?？刂瓶苫谝呀泩?zhí)行的焊接周期的數量或已經消耗的焊接時間的周期從步驟S3出現分支，而不是基于電極頭狀態(tài)檢測器94的判斷，所述電極頭狀態(tài)檢測器94的判斷依據傳感器的信號。
在步驟S4，電極頭46的遠端由電極頭修整處理器86c相對旋轉砂輪26e被固定。之后，旋轉砂輪26e由電極頭修整控制器90旋轉以將電極頭46打磨成圓錐形。然后，控制回到步驟S2以繼續(xù)焊接操作。
在步驟S5中，在電極頭46被向下取向時，鎖緊螺母44的六邊形外圓周表面通過突出部分調節(jié)處理器86d插入扳手形切口73a中(參見圖12)。
在步驟S6中，如圖12所示，電極頭夾具10在箭頭1所指示的方向上逆時針旋轉，使鎖緊螺母44和卡盤40相對彼此轉動，從而松開鎖緊螺母44。雖然第一鎖緊螺母旋轉工具73(和第二鎖緊螺母旋轉工具76)為固定工具，它作為旋轉工具用于在多關節(jié)型機器人22操作轉動電極頭夾具10的時候旋轉鎖緊螺母。鎖緊螺母44和卡盤40可相對彼此轉到超過90 。
當鎖緊螺母44因此相對卡盤40轉動時，套筒48釋放施加到其上的力。套筒48輕微地沿第一錐形內圓周表面40a向下放置，在這段時間套筒48內徑輕微地增加。電極頭46因此從套筒48的緊固力中釋放并因重力下落。
如果電機頭46磨損一點并仍具有充分的長度，如圖12中的兩點劃線所示，電極頭46的遠端相對突出限制臂74被保持并直立，以便電極頭46以預定長度從電極頭夾具10中伸出。如果電極頭46磨損較大并且不具有必要長度，則電極頭46從套筒48中脫落，并在回收盒72a中被收回。因此，電極頭突出部分調節(jié)器72充當調節(jié)電極頭46突出量的裝置且也作為移動電極頭46的移動裝置。
在步驟S7中，控制裝置28基于來自電極頭脫落檢測器96的信號確定電極頭46的狀態(tài)。如果它判斷電極頭46在突出限制臂74上直立，則控制進行步驟S8。如果它判斷電極頭46在回收盒72a中被收回，則控制進行步驟S9。
在步驟S8中，電極頭夾具10在箭頭A2指示的方向上順時針轉動以使鎖緊螺母44和卡盤40相對彼此轉動，從而緊固鎖緊螺母44。電極頭46再次被套筒48可靠緊固。在此時，由于第一錐形外圓周表面48b和第一錐形內圓周表面40a保持彼此接觸，凹槽48c以不透液體的方式被密封以防止冷卻劑泄漏。在步驟S8之后，控制返回步驟S2用以繼續(xù)焊接操作。
如上所述，鎖緊螺母44松開使電極頭46可從電極頭夾具10上輕松地移開，并且也使電極頭46的突出量可根據電極頭46已經磨損的多少進行調節(jié)。因此，可利用的電極頭46相對變長并且可以減少更換頻率從而提高整個焊接的效率。
在步驟S9中，電極頭夾具10通過電極頭安裝處理器86e放置在扳手形切口76a的上方，同時鎖緊螺母向下取向，在這之后向扳手形切口76a下降。當電極頭夾具10降下時，豎直放置在扳手形切口76a中的裝載位置上的新電極頭46插入套筒48中，并且鎖緊螺母44的六邊形外圓周表面插入扳手形切口76a中(參見圖13)。
在步驟S10中，電極頭夾具10以步驟S8中的同樣的方式順時針轉動以緊固鎖緊螺母44，致使套筒48夾緊插入到其中的電極頭46。
在步驟S11中，電極頭夾具10縮回到所給定的縮回位置，并且電動機84被電動機控制器88間歇激勵而將新電極頭46帶到裝載位置為下一個裝載周期作準備。這之后，控制進行步驟S2以繼續(xù)焊接操作。
雖然未在圖11的流程圖中示出，當焊接過程結束或生產線關閉，控制裝置28移動多關節(jié)型機器人22到預定的回縮位置，并且不再激勵多關節(jié)型機器人22和冷卻劑供應源30。
如上所述，根據本發(fā)明實施例，帶有電極頭夾具10，電極頭46的突出量可根據電極頭46已磨損的多少進行調節(jié)。電極頭46需要被更換的次數降低，而且焊接操作由于更換電極頭46而中斷的時間縮短，從而提高生產效率。由于被電極頭夾具10固定的電極頭46由提供給凹槽48c的冷卻劑經套筒48冷卻，電極頭46的消耗量減少，從而焊接效率提高且更換頻率減少。
當電極頭46的突出量被調節(jié)和當電極頭46放置在電極頭夾具10中時，第一錐形外圓周表面48b和第一錐形內圓周表面40a保持彼此接觸，以不透液體的方式密封凹槽48c。因此，凹槽48c未暴露給外部而受到損壞，并因此套筒48在同樣直徑的電極頭46與電極頭夾具10一起使用的范圍內不需要更換。
根據本實施例的焊接方法，應用電極頭夾具10以及電極頭調節(jié)和更換裝置12。焊接方法包括在焊接周期后松開鎖緊螺母44的步驟和在鎖緊螺母44松開后將降低的電極頭46與突出限制臂74相對接并緊固鎖緊螺母44以確保電極頭46在電極頭夾具10中的步驟。因此，電極頭46需要更換的時間次數減少而整個焊接效率提供。電極頭46的突出量可通過松開鎖緊螺母44然后緊固鎖緊螺母44進行簡單的調節(jié)。當新電極頭46替換置于電極頭夾具10中消耗的電極頭46時，在裝載位置豎直放置的電極頭46插入到套筒48中然后緊固鎖緊螺母44確保電極頭46插入到套筒48中。因此，需要更換電極頭46的時間縮短，并且更換電極頭的過程可自動化。上述過程可根據為周期執(zhí)行焊接過程而預定的順序接連實施。根據本發(fā)明的焊接方法可用于在沿生產線連續(xù)輸送的車輛框架14上有效實施多個點焊周期。
具有根據本發(fā)明的電極頭調節(jié)和更換裝置12的電極頭突出部分調節(jié)器72，當鎖緊螺母44被第一鎖緊螺母旋轉工具73松開時，電極頭46下落，直至它碰撞突出限制臂74并且在它與突出限制臂74鄰接時具有適當的突出量。另外規(guī)定，電極頭突出調節(jié)器72能夠快速調節(jié)電極頭46從電極頭夾具10中突出的量，并因此使電極頭46更換頻率減少而提高焊接操作。
具有根據本發(fā)明的電極頭調節(jié)和更換裝置12，在電極頭46從電極頭夾具10中移開之后，電極頭夾具10朝向豎直放置在裝載位置的新電極頭46降低，直至新電極頭插入電極頭夾具10中。然后，第二鎖緊螺母旋轉工具76緊固鎖緊螺母44以夾緊在電極頭夾具10中的電極頭46。電極頭46能因此方便快捷地固定在適當位置。另外規(guī)定，電極頭支架75有效縮短需要更換電極頭46的時間從而提高焊接效率。
在所說明的實施例中，單個電極頭夾具10如所示固定在多關節(jié)型機器人22中。然而，電極頭夾具10可固定在其他點焊裝置上，如C形焊槍、X形焊槍等。
權利要求
1.一種電極頭夾具(10)，其包括卡盤(40)，其具有由錐形內圓周表面限定的內孔，所述錐形內圓周表面的直徑向其遠端逐漸增大，所述卡盤(40)具有螺紋部分；鎖緊螺母(44)，與所述卡盤(40)的螺紋部分螺紋配合；及套筒(48)，用于固定其中的桿狀電極頭(46)，所述套筒(48)固定在所述內孔中且具有限定在其中的狹縫組(48a)，其中當所述鎖緊螺母(44)與卡盤(40)的螺紋部分螺紋配合時，所述套筒(48)被軸向推進使所述狹縫組(48a)彈性變形，從而所述套筒(48)徑向收縮以固定其中的桿狀電極頭(46)；所述套筒(48)包括錐形外圓周表面，用于與所述錐形內圓周表面相接合，所述錐形外圓周表面具有限定在其中的凹槽；所述卡盤(40)包括冷卻劑供應口(40c)，用于將冷卻劑輸送到所述凹槽，所述冷卻劑供應口(40c)在所述錐形內圓周表面中面對所述凹槽的位置處開口；及用于從凹槽中收回冷卻劑的冷卻劑回收口(40d)，所述冷卻劑回收口(40d)在所述錐形內圓周表面中面對所述凹槽的位置開口。
2.如權利要求1所述的電極頭夾具(10)，其中，所述凹槽從側面看為U形并具有分別面對冷卻劑供應口(40c)和冷卻劑回收口(40d)的相對端部。
3.如權利要求1或2所述的電極頭夾具(10)，其中，所述套筒(48)由銅或銅合金制成。
4.一種使用電極頭夾具(10)的焊接方法，所述電極頭夾具(10)包括卡盤(40)，其具有由錐形內圓周表面限定的內孔，所述錐形內圓周表面的直徑向其遠端逐漸增大，所述卡盤(40)具有螺紋部分；鎖緊螺母(44)，其與所述卡盤(40)的螺紋部分螺紋配合；及套筒(48)，用于固定其中的桿狀電極頭(46)，所述套筒(48)固定在所述內孔中且具有限定在其中的狹縫組(48a)，其中當鎖緊螺母(44)與卡盤(40)的螺紋部分螺紋配合時，所述套筒(48)被軸向推進使所述狹縫組(48a)彈性地變形，從而所述套筒(48)徑向收縮以固定其中的桿狀電極頭(46)；所述方法包括以下步驟將鎖緊螺母(44)向下取向并將電極頭(46)從中移開來降低電極頭夾具(10)，直至豎直放置在預定裝載位置的電極頭(46)插入所述套筒(48)，并旋轉所述鎖緊螺母(44)使其與所述卡盤(40)螺紋配合以緊固所述鎖緊螺母(44)，以確保所述電極頭(46)處于所述套筒(48)中；將所述電極頭夾具(10)移向工件，并使所述電極頭(46)通電，以焊接所述工件；相對所述卡盤(40)旋轉所述鎖緊螺母(44)，以松開向下取向的所述鎖緊螺母(44)；及將松開鎖緊螺母(44)時被放低的電極頭(46)與處于鎖緊螺母(44)下方預定距離的突出部分限制臂(74)相接合，然后相對卡盤(40)旋轉鎖緊螺母(44)緊固所述鎖緊螺母(44)，以確保電極頭(46)在所述套筒(48)中。
5.一種電極頭調節(jié)裝置，用于調節(jié)電極頭(46)突出部分的量或更換電極頭夾具(10)上的電極頭(46)，其包括卡盤(40)，其具有由錐形內圓周表面限定的內孔，錐形內圓周表面的直徑向其遠端逐漸增大，所述卡盤(40)具有螺紋部分；鎖緊螺母(44)，與所述卡盤(40)的螺紋部分螺紋配合；及套筒(48)，用于固定其中的桿狀電極頭(46)，所述套筒(48)固定在所述內孔中且具有限定在其中的狹縫組(48a)，其中當鎖緊螺母(44)與卡盤(40)的螺紋部分螺紋配合時，所述套筒(48)被軸向推進使所述狹縫組(48a)彈性變形，從而所述套筒(48)徑向收縮以固定其中的桿狀電極頭(46)；其中，在所述鎖緊螺母(44)被向下取向時，所述電極頭(46)突出部分的量被調節(jié)或所述電極頭(46)被更換。
6.如權利要求5所述的電極頭調節(jié)裝置，其包括鎖緊螺母旋轉器(73，76)，用于相對于所述卡盤(40)旋轉所述鎖緊螺母(44)；和突出部分限制臂(74)，當利用所述鎖緊螺母旋轉器(73，76)旋轉所述鎖緊螺母(44)時，所述突出部分限制臂(74)與所述鎖緊螺母(44)軸向向下間隔預定距離。
7.如權利要求5所述的電極頭調節(jié)裝置，其包括向下插件(22，86e)，其用于在移開所述電極頭(46)時來降低所述電極頭夾具(10)，直至豎直放置在預定裝載位置的電極頭(46)插入所述套筒(48)；和鎖緊螺母旋轉器(73，76)，用于在通過向下插件(22，86e)將電極頭(46)插入所述套筒(48)時，旋轉所述鎖緊螺母(44)使其與所述卡盤(40)螺紋配合。
8.如權利要求7所述的電極頭調節(jié)裝置，其中，所述鎖緊螺母旋轉器(73，76)包括可編程的移動單元(22)，用于移動和旋轉所述電極頭夾具(10)；和固定工具，用于接合所述鎖緊螺母的外表面(44)；其中，當固定工具與所述鎖緊螺母(44)的外表面接合時，通過移動單元(22)旋轉所述電極頭夾具(10)，從而相對所述卡盤(40)旋轉所述鎖緊螺母(44)。
9.如權利要求8述的電極頭調節(jié)裝置，其中，還包括自動裝載器(80，85)，其用于在帶有安裝在其中的電極頭(46)的電極頭夾具(10)通過移動單元(22)從裝載位置分隔之后，將另一個電極頭(46)豎直放置在裝載位置上；所述自動裝載器(80，85)包括夾頭(81)，用于保持電極頭(46)陣列豎直；和輸送裝置(84)，用于間歇輸送夾頭(81)以便將電極頭(46)依次放置在裝載位置上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電極頭夾具、焊接方法和電極頭調節(jié)裝置。電極頭夾具(10)包括卡盤(40)，具有由錐形內圓周表面(40a)限定的內徑孔，錐形內圓周表面(40a)向其端部發(fā)散；與卡盤(40)的端部外螺紋部分(40b)螺紋配合的鎖緊螺母(44)；和與內徑孔相配合的套筒(48)。由于鎖緊螺母(44)與套筒(40)的端部外螺紋部分(40b)螺紋配合時，套筒(48)被軸向壓縮并由于狹縫組(48a)的彈性變形而縮小直徑，從而將電極頭(46)固定在其中?？ūP(40)包括為凹槽(48c)供應冷卻劑的冷卻劑供應口(40c)和在面對凹槽(48c)的位置開口、從凹槽(48c)回收冷卻劑的冷卻劑回收口(40d)。
文檔編號B23K11/30GK101087672SQ20058004468
公開日2007年12月12日 申請日期2005年12月22日 優(yōu)先權日2004年12月24日
發(fā)明者菅原利夫, 高崎則敏, 青木日出男 申請人:本田技研工業(yè)株式會社