一种利用机器人CMT和FSW技术焊接电池托盘的装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种利用机器人CMT和FSW技术焊接电池托盘的装置及方法，包括工件传输与搬运系统、CMT机器人焊接系统、FSW机器人焊接系统和安全保护装置，工件传输与搬运系统包括输送链、搬运机器人、搬运机器人控制柜，CMT机器人焊接系统包括CMT焊接机器人、CMT焊接机器人控制柜、CMT焊接组件、五轴双工位回转变位机和CMT工位工装夹具，FSW机器人焊接系统包括FSW焊接机器人、FSW焊接机器人控制柜、FSW焊接组件、双工位回转变位机和FSW工位工装夹具。提出CMT和FSW组合工艺，使电池托盘焊缝完全焊透提高气密性，且变形控制满足产品需求，利用机器人CMT、机器人FSW、搬运机器人及输送链等装置协同高效生产电池托盘。

【技术实现步骤摘要】
一种利用机器人CMT和FSW技术焊接电池托盘的装置
本专利技术涉及新能源汽车辅助装置生产
，尤其是一种利用机器人CMT和FSW技术焊接电池托盘的装置及方法。
技术介绍
CMT即冷金属过渡焊接技术(ColdMetalTransfer)，通过在短路电流产生时，停止焊丝前进，并自动回抽，同时减小电压、电流，实现无飞溅过渡的同时减小了热输入；FSW即搅拌摩擦焊(FrictionStirWelding)，是利用高速旋转的搅拌头与工件摩擦产生的热量熔化焊件材料完成焊接的方法；CMT在焊接铝合金时，能清理氧化膜，减少热输入，减小变形，提高焊接质量；而FSW焊接铝合金除了变形小、焊接质量高之外，还不需填充材料、气体保护等。采用铝合金电池托盘制造是新能源汽车实现轻量化的重要手段，而电池托盘对性能的要求较高，在制造中要求变形小、气密性好和焊接质量高，但传统采用MIG焊对电池托盘进行焊接，易产生裂纹、气孔等缺陷，并且焊后容易产生较大变形，造成产品密封性差、难以装配等问题。现今的铝合金焊接工艺中，MIG焊生产效率高、焊缝成形好、飞溅小，但热输入高、变形大；TIG焊电弧稳定、热输入易控、无飞溅，但生产效率低、熔深小；CMT焊接技术具有变形小、热输入小和焊接质量好等优势，但电池托盘大多是角焊缝，若着重于控制热输入，会导致焊缝出现未焊透、未熔合等缺陷，若是着重于焊缝质量，焊接过程的变形问题又不符合电池托盘产品性能要求；而FSW无法处理角焊缝焊接，在其焊接电池托盘边框与底板的不等厚对接焊缝时还需加装背部支撑。专利
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：克服以上现有技术存在的缺陷，提供一种利用机器人CMT和FSW技术焊接电池托盘的装置及方法，提出CMT和FSW组合工艺，能够使电池托盘焊缝完全焊透提高气密性，且变形控制满足产品需求。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种利用机器人CMT和FSW技术焊接电池托盘的装置，包括工件传输与搬运系统、CMT机器人焊接系统、FSW机器人焊接系统和安全保护装置，所述的工件传输与搬运系统包括输送链、搬运机器人、搬运机器人控制柜，所述的CMT机器人焊接系统包括CMT焊接机器人、CMT焊接机器人控制柜、CMT焊接组件、五轴双工位回转变位机和CMT工位工装夹具，所述的CMT焊接组件包括CMT焊枪、CMT焊接电源、送丝机和气瓶，所述的FSW机器人焊接系统包括FSW焊接机器人、FSW焊接机器人控制柜、FSW焊接组件、双工位回转变位机和FSW工位工装夹具，所述的FSW焊接组件包括机头和搅拌头。进一步，所述的安全保护装置为安全防护栏。进一步，所述的输送链上设置光电传感器，光电传感器与搬运机器人控制柜电连接，用于检测待焊电池托盘是否到达待搬运区域。进一步，所述的搬运机器人的尾端法兰上安装有吸盘，吸盘与气压站连接，吸盘承载大于40kg。进一步，所述的机头安装在FSW焊接机器人的连接法兰上，所述的搅拌头安装在机头的连接套内。进一步，所述的输送链设置于搬运机器人的前方，搬运机器人的两侧分别设置五轴双工位回转变位机和双工位回转变位机，五轴双工位回转变位机靠近搬运机器人的一侧工位、双工位回转变位机靠近搬运机器人的一侧工位以及输送链上待搬区域均处于搬运机器人的工作范围内，所述的CMT焊接机器人设置于五轴双工位回转变位机远离搬运机器人的一侧工位旁，所述的FSW焊接机器人设置于双工位回转变位机远离搬运机器人的一侧工位旁。优选地，所述的工件传输与搬运系统中，输送链长5m～25m，宽1.5m～5m，输送速度1～30m/min，承载为0～200kg；搬运机器人臂展为1～3m，承载大于50kg。优选地，所述的CMT机器人焊接系统中，五轴双工位回转变位机承载大于100kg；CMT焊接机器人臂展为1～2m，承载大于10kg；CMT焊接电源可调整电压9～30V，电流25A～400A，送丝速度1m/min～17.5m/min。优选地，所述的FSW机器人焊接系统中，双工位回转变位机承载大于2000kg；FSW焊接机器人臂展为2～4m，承载大于500kg；FSW焊接机器人机头转速为50～15000r/min；FSW焊接组件的搅拌头轴肩直径为8～60mm，适用厚度0.2～30mm，可根据产品需求设计选用静轴肩或动轴肩，或根据需要定制规格尺寸。一种利用CMT和FSW技术焊接电池托盘的方法，其步骤包括：步骤一：首先，根据电池托盘结构特征划分焊缝接头，分别开展工艺预研究，获得最佳工艺规范；电池托盘一般由边框、筋板和底板拼接组成，故根据其结构特征将焊缝接头划分成：第一类，边框与边框内部角焊缝；第二类，边框与边框外部角焊缝；第三类，筋板与边框内部角焊缝；第四类，边框与底板内部角焊缝；第五类，筋板与底板内部角焊缝；第六类，背部底板与边框焊缝；以上六类焊缝接头的焊接工艺分别对应采用工艺1—6，所述的工艺1—6满足：工艺1：采用CMT+P焊接工艺，焊接电流I1＝ξ1×(δ1+δ2)/2(A)，焊接电压U1为18～22V，焊接速度为5～25mm/s，式中ξ1取15～23，δ1、δ2为接头处两边框板厚；工艺2：采用CMT焊接工艺，焊接电流I2＝ξ2×(δ1+δ2)/2(A)，焊接电压U2为10～15V焊接速度为6～12mm/s，式中ξ2取10～16，δ1、δ2为接头处两边框板厚；工艺3：采用CMT+P焊接工艺，焊接电流I3＝ξ3×δ3(A)，焊接电压U3为15～22V，焊接速度8～13mm/s，式中ξ3取22～30，δ3为筋板板厚；工艺4：采用CMT焊接工艺，焊接电流I4＝ξ4×δ4(A)，焊接电压U4为10～15V，焊接速度3～12mm/s，式中ξ4取45～60，δ4为底板板厚；工艺5：采用CMT焊接工艺，焊接电流I5＝ξ5×δ4(A)，焊接电压U5为10～15V，焊接速度3～12mm/s，式中ξ5取40～55，δ4为底板板厚；工艺6：采用FSW焊接工艺，将电池托盘边框与背部的底板处焊缝设计成对—搭接形式，即边框与底板连接端加工出矩形切口，切口厚度等于底板板厚，切口宽度为d，d一般为δ4(mm)～δ1/2(mm)，拼焊时将底板搭放在切口上，且底板端面与切口厚度面贴合，搅拌头沿对接面焊接，搅拌头规格满足：δ4+0.1(mm)<H1<δ4+2(mm)，d(mm)<R<δ1－d(mm)，n＝(250～350)×δ4(r/min)，焊接速度200～2000mm/min，式中H1为搅拌针长度，R为轴肩半径，d为切口宽度，δ4为底板板厚，δ1为边框板厚，n为搅拌头转速；然后，按照“边框与边框内部角焊缝——边框与筋板内部角焊缝——边框与底板内部角焊缝——筋板与底板内部角焊缝——边框与边框外部角焊缝——背部底板与边框焊缝”的焊接顺序和模型特征规划机器人路径，并结合工艺规范编制CMT焊接机器人和搅拌摩擦CMT焊接机器人的程序；步骤二：将预先拼装点焊好的电池托盘放至输送链，待光电传感器检测到待焊电池托盘到达输送链待搬区本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用机器人CMT和FSW技术焊接电池托盘的装置，其特征是：包括工件传输与搬运系统、CMT机器人焊接系统、FSW机器人焊接系统和安全保护装置，所述的工件传输与搬运系统包括输送链(2)、搬运机器人(3)、搬运机器人控制柜(32)，所述的搬运机器人控制柜(32)控制搬运机器人(3)将电池托盘(1)从待搬运区域搬运至待焊工位，所述的CMT机器人焊接系统包括CMT焊接机器人(5)、CMT焊接机器人控制柜(53)、CMT焊接组件、五轴双工位回转变位机(4)和CMT工位工装夹具(41)，所述的CMT焊接组件包括CMT焊枪(51)、CMT焊接电源(52)、送丝机(54)和气瓶(6)，所述的FSW机器人焊接系统包括FSW焊接机器人(8)、FSW焊接机器人控制柜(82)、FSW焊接组件、双工位回转变位机(7)和FSW工位工装夹具(71)，所述的FSW焊接组件包括机头和搅拌头(81)。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用机器人CMT和FSW技术焊接电池托盘的装置，其特征是：包括工件传输与搬运系统、CMT机器人焊接系统、FSW机器人焊接系统和安全保护装置，所述的工件传输与搬运系统包括输送链(2)、搬运机器人(3)、搬运机器人控制柜(32)，所述的搬运机器人控制柜(32)控制搬运机器人(3)将电池托盘(1)从待搬运区域搬运至待焊工位，所述的CMT机器人焊接系统包括CMT焊接机器人(5)、CMT焊接机器人控制柜(53)、CMT焊接组件、五轴双工位回转变位机(4)和CMT工位工装夹具(41)，所述的CMT焊接组件包括CMT焊枪(51)、CMT焊接电源(52)、送丝机(54)和气瓶(6)，所述的FSW机器人焊接系统包括FSW焊接机器人(8)、FSW焊接机器人控制柜(82)、FSW焊接组件、双工位回转变位机(7)和FSW工位工装夹具(71)，所述的FSW焊接组件包括机头和搅拌头(81)。


2.根据权利要求1所述的一种利用机器人CMT和FSW技术焊接电池托盘的装置，其特征是：所述的安全保护装置为安全防护栏(10)。


3.根据权利要求1所述的一种利用机器人CMT和FSW技术焊接电池托盘的装置，其特征是：所述的输送链(2)上设置光电传感器，光电传感器与搬运机器人控制柜(32)电连接，用于检测待焊电池托盘是否到达待搬运区域。


4.根据权利要求1所述的一种利用机器人CMT和FSW技术焊接电池托盘的装置，其特征是：所述的搬运机器人(3)的尾端法兰上安装有吸盘(31)，吸盘(31)与气压站连接，吸盘(31)承载大于40kg。


5.根据权利要求1所述的一种利用机器人CMT和FSW技术焊接电池托盘的装置，其特征是：所述的机头安装在FSW焊接机器人(8)的连接法兰上，所述的搅拌头(81)安装在机头的连接套内。


6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：周春东，王剑春，谢杰，徐海斌，边飞宇，代杨，陈磊，
申请(专利权)人：常州大学怀德学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32