CN101087672A - 电极头夹具、焊接方法及电极头调整装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电极头夹具、焊接方法和电极头调节装置。电极头夹具(10)包括：卡盘(40)，具有由锥形内圆周表面(40a)限定的内径孔，锥形内圆周表面(40a)向其端部发散；与卡盘(40)的端部外螺纹部分(40b)螺纹配合的锁紧螺母(44)；和与内径孔相配合的套筒(48)。由于锁紧螺母(44)与套筒(40)的端部外螺纹部分(40b)螺纹配合时，套筒(48)被轴向压缩并由于狭缝组(48a)的弹性变形而缩小直径，从而将电极头(46)固定在其中。卡盘(40)包括为凹槽(48c)供应冷却剂的冷却剂供应口(40c)和在面对凹槽(48c)的位置开口、从凹槽(48c)回收冷却剂的冷却剂回收口(40d)。

Description

电极头夹具、焊接方法及电极头调整装置

技术领域

本发明涉及一种用于固定在电焊过程中使用的电极头的电极头夹具、利用电极头的焊接方法和用于调整、更换电极头的电极头调整装置。

背景技术

车辆生产厂家，例如，使用具有电极头夹具的工业机器人使大多数的焊接操作自动化，以便在外部车辆板和车辆框架上有效地实施点焊操作。

安装在电极头夹具上的电极头，在用于焊接工件时，由于放电等不可避免地被损耗。通常的做法是在适当的时间间隔打磨每个电极头并当其严重磨损时使用新的电极头进行替换。当机器人停止时，严重磨损的电极头可以手动替换。由于操作者到操作者所需更换的时间不同，手动更换效率低，因此期望能够在短时间内自动更换磨损的电极头。同时也期望更换磨损电极头的频率能够较少，因为在更换电极头的过程中焊接操作被打断。

为了自动更换电极头，已经提议引入电极头移动板与电极头的末端相接合，用夹具装置将电极头安稳地夹紧在适当位置，并控制机器人将电极头从握杆中抽出(例如，参见日本专利JP3347436)。根据所提议的方法，新的电极头随后固定在电极头所处的位置上。

在焊接过程中，电极头被加热到相当高的温度，并因此需要适当的冷却介质来冷却以避免它们被损坏和用来提高焊接效率。例如，在日本专利公布No.2001-9575中公开的点焊电极，从握杆向固定在握杆末端的电极头提供冷却剂。日本专利公布No.8-11305公开的电阻焊电极具有与电极头接触固定的电极夹具用于给电极头通电。所公开的电极夹具被提供冷却剂用于间接冷却电极头。

日本专利No.3347436公开的为电极头更换装置提供的电极头，在摩擦力的作用下与握杆相固定，所述摩擦力由锥形的紧密接合产生。因此，电极头更换装置不能更换除具有所公开形状以外的其他形状的电极头。由于电极头通过紧密的摩擦配合固定在适当位置，电极头需要被相当强力地推进到所述位置。电极头和电极握杆的工作寿命由于所施加的大载荷而缩短。提供的用于将电极头推进的力不得不被细致地调整。如果电极头在过强的压力下被推进，则电极头将无法从握杆中拉出。如果电极头在过弱的压力下被推进，则电极头在焊接过程中会意外的从握杆中脱落。

作为易耗对象，电极头价格应合乎需求而低廉。如果电极头如日本专利No.3347436所公开的被提供冷却剂，则因为不泄漏液体密封需要通过锥形表面的对接配合而提供，从而需要精密加工锥形面，因此导致成本提高。事实上，锥形面的实际配合由于单独的锥形面缺少精度，因而必须提供适当的不透液体的结构。在电极头被更换时，握杆暴露，导致其锥形面容易受到破坏。如果握杆被破坏，也不得不更换握杆。

日本专利公布No.2001-9575中公开的电极头是固定在握杆末端的小尺寸电极头。由于电极头需具有握杆连接器和冷却剂通道孔，因而其作为电极而有效使用的部分限制为在其末端的小面积。因此，由于它的电极头磨损较快，需要频繁地更换电极头。此外，由于握杆连接器不能用作电极因此浪费了许多电极头材料。

日本专利公布No.8-11305公开的电极头包括多种不作为电极的部分，其中包括用于连接电极夹具的热管、环、刚性球和弹性体。因此，当电极头报废时，浪费很多材料。此外，由于电极头在摩擦力的作用下固定，当工件在强相互作用下被夹紧时，电极头容易被拉出或翘起。

发明内容

本发明的目的是提供一种电极头夹具和一种焊接方法，其在延长的时间间隔或在较短的时间内更换电极头，以提高整个焊接过程的效率。

本发明的另一个目的是提供一种电极头调节装置，其在延长的时间间隔或在较短的时间内更换电极头，以提高整个焊接过程的效率。

根据本发明，提供一种电极头夹具，包括卡盘，所述卡盘具有由锥形内圆周表面限定的内孔，所述锥形内圆周表面的直径向其远端逐渐增大，所述卡盘具有螺纹部分、与卡盘的螺纹部分螺纹配合的锁紧螺母和用于夹紧其中的杆状电极头的套筒，套筒固定在所述内孔中且具有限定在其中的狭缝，其中当锁紧螺母与卡盘的螺纹部分螺纹配合时，套筒被轴向推进使狭缝弹性变形，从而套筒径向收缩以固定其中的杆状电极头，套筒具有锥形外圆周表面用于与锥形内圆周表面相对接接合，锥形外表面具有限定在其中的凹槽，卡盘冷却剂供应口用于将冷却剂输送进凹槽，冷却剂供应口在锥形内圆周表面中面对凹槽的位置开口，和用于从凹槽中收回冷却剂的冷却剂回收口，冷却剂回收口在锥形内圆周表面中面对凹槽的位置开口。

套筒可在狭缝被弹性变形时缩短，套筒能够可靠地夹紧嵌在套筒内的电极头的侧面。当锁紧螺母松开时，电极头能够容易的从套筒中移开或插入套筒内，并且电极头从电极头夹具中突出部分的量可依据电极头磨损的多少进行调节。因此，减少需要更换电极头的时间次数而提高整个焊接过程效率。电极头的形状可以是简单的杆状从而降低成本。

冷却剂供应口输送的和冷却剂回收口收回的冷却剂用于冷却套筒，并且被面对面固定的电极头与套筒相连。因此，电极头的消耗量降低而焊接效率提高，并且电极头更换的频繁程度较低。能够轴向提高限定在套筒锥形外圆周表面内的凹槽的面积和套筒锥形内圆周表面的面积，从而提高套筒被冷却的面积，致使电极头有效地冷却。

凹槽的侧视图可以是U形并具有分别面对冷却剂供应口和冷却剂回收口的相对的端部。冷却剂可通过宽面积沿U形平稳地流动从而提高冷却效率。

如果套筒由铜或铜合金制成，则套筒容易弹性变形适合于轻易地夹进电极头。由于铜或铜合金具有高热传导率，因此套筒致使电极头易于冷却。

根据本发明，也提供一种使用电极头夹具的焊接方法，所述电极头夹具包括卡盘，所述卡盘具有由锥形内圆周表面限定的内孔，锥形内圆周表面的直径向其远端逐渐增大，所述卡盘具有螺纹部分、与卡盘的螺纹部分螺纹配合的锁紧螺母和用于夹紧其中的杆状电极头的套筒，套筒固定在内孔且具有限定在其中的狭缝，其中当锁紧螺母与卡盘的螺纹部分螺纹配合时，套筒被轴向推进使槽弹性变形，从而与套筒径向接触以固定其中的杆状电极头，所述方法包括以下步骤：将锁紧螺母向下取向降低电极头夹具并将电极头从其中移开，直至竖直放置在预定装载位置的电极头插入套筒，旋转锁紧螺母与卡盘螺纹配合，紧固锁紧螺母确保电极头处与套筒中，将电极头夹具移向工件，电极头通电焊接工件，相对卡盘旋转锁紧螺母向下取向松开锁紧螺母，在锁紧螺母松开时，将放低的电极头与处于锁紧螺母下方预定距离的突出部分限制臂对接接合，然后相对卡盘旋转锁紧螺母以紧固锁紧螺母确保电极头在套筒内。

如上所述，应用的电极头夹具可通过松开螺母来调节电极头突出部分的量，并且焊接方法包括在焊接后松开锁紧螺母，和在锁紧螺母松开时，将放低的电极头与突出部分限制臂对接接合，并紧固锁紧螺母确保电极头在电极头夹具中的步骤。从而，减少需要更换电极头的时间次数提高整个焊接过程效率。电极头突出部分的量可通过松开然后紧固锁紧螺母进行简单的调节。当新的电极头替换磨损的电极头时，竖直放置在装载位置的电极头插入套筒然后紧固锁紧螺母确保被插入的电极头在套筒内。因此，需要更换电极头的时间缩短，更换电极头的过程可以自动化。

根据本发明，还提供一种电极头调节装置用于调节电极头突出部分的量或者在电极头夹具上更换电极头，其包括卡盘，所述卡盘具有由锥形内圆周表面限定的内孔，锥形内圆周表面的直径向其远端逐渐增大，所述卡盘具有螺纹部分、与卡盘的螺纹部分螺纹配合的锁紧螺母和用于夹紧其中的杆状电极头的套筒，套筒固定在内孔且具有限定在其中的狭缝，其中当锁紧螺母与卡盘的螺纹部分螺纹配合时，套筒被轴向推进使槽弹性变形，从而与套筒径向接触以固定其中的杆状电极头，其中，调节电极头突出部分的量或者在锁紧螺母向下取向时，更换电极头。

向下取向的锁紧螺母使电极头易于调节其从电极头夹具中突出部分的量，也使电极头易于更换。

电极头调节装置可包括：锁紧螺母旋转器，用于相对与卡盘旋转锁紧螺母；和在利用锁紧螺母旋转器旋转锁紧螺母时，放置在锁紧螺母轴向下方预定距离的突出部分限制臂。

当锁紧螺母通过锁紧螺母旋转器旋转以便被松开时，电极头通过重力下落与突出部分限制臂对接接合，并且电极头具有从电极头夹具中突出的突出部分的适当量。其后，锁紧螺母旋转以便被锁紧螺母旋转器紧固，致使套筒夹紧电极头。因此，电极头从电极头夹具中突出的突出部分的量不许更换电极头而自动调节。因此所需更换电极头的时间次数减少而整个焊接过程的效率提高。

电极头调节装置可包括：向下插件，其用于降低电极头夹具而从其中移开电极头，直至竖直放置在预定装载位置的电极头插入套筒；和锁紧螺母旋转器，用于在电极头通过向下插件插入套筒时旋转锁紧螺母与卡盘螺纹配合。

在电极头从电极头夹具上移开之后，电极头夹具被向下插件降低直至电极头插入电极头夹具。然后，用锁紧螺母旋转器旋转锁紧螺母从而方便快捷地安装电极头。因此，更换电极头的过程缩短而整个焊接过程的效率提高。

锁紧螺母旋转器可包括：可编程的移动单元，用于移动和旋转电极头夹具；和固定工具，用于接合锁紧螺母的外表面。当固定工具与锁紧螺母的外表面接合，通过移动单元电极头夹具旋转以致相对卡盘旋转锁紧螺母。可编程的移动单元使电极头夹具依据固定工具的位置和方向适当轻松地移动。固定工具可包括简单的工具，如，扳手或同类工具。

电极头调节装置可进一步包括自动装载器，其用于在电极头夹具被移动单元与装载位置隔开之后，将另一个电极头竖直放置在装载位置上，所述电极头夹具带有安装在其中的电极头。自动装载器可包括用于竖直固定电极头排列的夹头和用于间歇输送夹头以便将电极头成功放置在装载位置上的输送装置。自动装载器使除更换电极头的过程外，将电极头以简单的排列放置在装载位置的过程自动化也成为可能。电极头调节装置因此作为人力节约器提高了焊接过程的效率。

附图说明

图1所示为焊接车辆框架的焊接系统的示意性透视图；

图2所示为根据本发明实施例的电极头夹具的横截面视图；

图3所示为沿图2中线III-III截取的截面侧视图；

图4所示为电极头夹具的分解透视图；

图5所示为套筒透视图；

图6所示为锁紧螺母部分切掉后的横截面示意图；

图7所示为电极头调节和更换装置的透视图；

图8所示为电极头调节和更换装置的自动电极头装载器的修改的透视图；

图9所示为电极头修整器的透视图；

图10所示为控制单元的框图；

图11所示为利用焊接系统焊接车辆框架的焊接方法的流程图；

图12所示为显示电极头夹具与电极头突出部分调节器相接合的方法的透视图；

图13所示为显示电极头夹具与电极头装配架相接合的方法的透视图。

具体实施方式

根据本发明实施例的电极头夹具和焊接方法将参照附图1-13进行说明。

如图1所示，根据本发明实施例的电极头夹具10插入焊接系统20中。根据本发明实施例的焊接方法利用焊接系统20而执行。焊接系统20设置在操作过程中用于点焊接沿生产线传送的车辆框架。焊接系统20包括：具有电极头夹具10的工业多关节型机器人(industrial articulated robot)(移动单元)22，所述固定电极头夹具10在其臂末端作为末端执行器；电极头调节和更换装置12；电极头修整器26；以及控制装置28，用于全面控制焊接系统20。焊接系统20还包括冷却剂供应源30，用于通过包括供应管52a和回收管52b的循环通道为电极头夹具10提供和回收冷却剂。用于使冷却剂循环通过其中的循环通道可具有散热器，其在冷却剂流过循环通道时散发冷却剂的热量。回收管52b不必与冷却剂供应源30相连，而是可与排水渠相连。

多关节型机器人22可以是6-轴结构并由控制装置28根据预定程序进行操作。在操作时，多关节型机器人22可相对车辆框架14、电极头调节和更换装置12和电极头修整器26移动、定向和定位电极头夹具10。在图1中，电极头调节和更换装置12以及电极头修整器26均大于实际尺寸显示。

电极头夹具10的细节将在下文进行描述。电极头夹具10具有与多关节型机器人22相连的近端和在其中插入电极头46的远端。

如图2-4所示，电极头夹具10包括：卡盘40，所述卡盘40具有由锥形内圆周表面40a限定的内孔，锥形内圆周表面40a的直径向其远端逐渐增大；适配器42，用于将卡盘40连接到多关节型机器人22上；空心圆柱锁紧螺母44，其与卡盘40外部有螺纹的远端部分40b螺纹配合；和套筒48，与卡盘40的内孔的第一锥形内圆周表面40a相匹配。当锁紧螺母44被车螺纹并与外部有螺纹的远端部分40b拧紧时，套筒48轴向受压并在内部径向弹性变形，稳固地夹紧嵌在套筒48的内部空间48f(参见图5)的杆状电极头46。

电极头夹具10具有：六个螺栓50，用于将卡盘40固定在适配器42上；与供应管52a相连的第一接头54，用于从冷却剂供应源30为电极头夹具10提供冷却剂；与回收管52b相连的第二接头56，用于使冷却剂从电极头夹具10回流到冷却剂供应源30；和销58(参见图4)，用于相对卡盘40有角度地定位套筒48。

如图5所示，套筒48在其圆周壁上有三个以120

等角度间隔的狭缝48a，第一锥形外圆周表面48b用于与卡盘40的第一内锥形圆周表面40a相对接接合，限定在第一锥形外圆周表面上的三个以120

等角度间隔的凹槽48c，第二锥形外圆周表面48d与第一锥形外圆周表面48b轴向隔开并且其直径向其末端逐渐减小，限定在第一锥形外圆周表面48b和第二锥形外圆周表面48d之间的环形槽48e，和在圆周壁上的销槽48g，且其轴向延伸至近端。套筒48的内部空间48f由光滑的柱面限定，并其直径稍大于电极头46的外径。第一锥形内圆周表面40a和第一锥形外圆周表面48b为光滑表面，其当被装配在一起时，它们彼此之间以双圆锥状态紧密接触相互固定。第二锥形外圆周表面48d和第二锥形内圆周表面44b也光滑表面，当其被装配在一起时，它们彼此之间以双圆锥状态紧密接触相互固定。

三个狭缝组48a中的每一个具有第一狭长切口60a，其从套筒48的远端面轴向延伸至靠近其近端面的位置，第二狭长切口60b从套筒48的近端面轴向延伸至其靠近远端面的位置。第一狭长切口60a和第二狭长切口60b彼此间隔很近并彼此平行间隔。第一狭长切口60a和第二狭长切口60b具有相同的宽度，并且第一狭长切口60a和第二狭长切口60b之间的距离与每个第一狭长切口60a和第二狭长切口60b的宽度相等。当套筒48被锁紧螺母44挤压，第一锥形外圆周表面48b沿第一锥形内圆周表面40a内部径向受轻微挤压，第一狭长切口60a和第二狭长切口60b的宽度减少因而降低套筒48的直径。

三个凹槽48c以120

等角度间隔放置，每个处在一对狭缝组48a之间。如在侧视图中所示，三个凹槽48c中的每个基本为U形，其相对端62a、62b靠近近端放置，并且对衬形成。三个凹槽48c中的每个具有达到接近套筒48圆柱面的位置的深度，所述套筒48圆柱面限定内部空间48f。由于第一锥形外圆周表面48b倾斜，三个凹槽48c中的每个靠近端部62a、62b的近端部分较浅而其远端部分较深。

套筒48由具有高导热率的铜或铜合金，也就是，铍铜或类似物制成。

如图2-4所示，卡盘40具有限定在其中的冷却剂供应口40c，其在面对各凹槽48c的末端62a的位置上开口，限定在其中的冷却剂回收口40d在面对各凹槽48c的末端62b的位置上开口，并且法兰盘40e具有限定在其中的并以等角度间隔的六个安装孔40j，螺栓60通过安装孔延伸。卡盘40也具有限定在其中的通到底部的轴向中心孔40f，其将卡盘40的近端与第一接头54相连，径向限定在其中的三个径向通道40g(参见图2)以等角度间隔并从法兰盘40e的外圆周表面延伸与轴向中心孔40f相通，限定在其中的三个轴向通道40h并从卡盘40的远端面延伸与各自的冷却剂供应口40c相通，以及三个限定在其中的第二轴向通道40i从卡盘40的远端表面延伸与各自冷却剂回收口40d相通。第一轴向通道40h和第二轴向通道40i交替地以等角度60

相间隔并轴向延伸。第一轴向通道40h和第二轴向通道40i在它们的顶部弯曲分别与冷却剂供应口40c和冷却剂回收口40d相通。

三个轴向通道40g在法兰盘40e的外圆周表面上具有被相应的塞子64封闭的开口。三个第一轴向通道40h还在卡盘40的近端表面上具有被相应塞子64封闭的开口。第一接头54通过轴向中心孔40f与冷却剂供应口40c、径向通道40g和第一径向通道40h相通。由于供应管52a与第一接头54相连，从冷却剂供应源30提供的冷却剂从冷却剂供应口40c流出流入到凹槽48c的端部62a。

卡盘40具有限定在其侧表面的销孔66，且销孔内部径向延伸到卡盘40的内孔。定位销58插入到销孔66中并具有通过套筒48的销槽48g伸出到套筒48内部空间48f的末梢，因而在卡盘40中定位套筒48。

适配器42由分级的空心圆柱组成，并具有轴向面对法兰盘40e的法兰盘支架42a，与适配器42的近端整体相连的螺纹接头42b，和从适配器42的内空间42c延伸至其侧表面并与第二接头56相连的侧孔42d。适配器42的侧表面为六边形用于与诸如扳手或类似的工具相接合。法兰盘支架42a具有限定在其中的六个在内部有螺纹的孔。螺栓50通过法兰盘40e中相应的装配孔40j插入法兰盘支架42a的内部有螺纹的孔。

当卡盘40和适配器42由六个螺栓50彼此紧固时，内部空间42c以不透液体的方式从外部密封，并且与第二轴向通道40i相通固定。因此第二接头56通过第二轴向通道40i与冷却剂回收口40d相连。由于回收管52b与第二接头56相连，流入凹槽48c端部62a的冷却剂经凹槽48c的U形通道流入到凹槽48c的其它端部62b，冷却剂从所述端部62b经冷却剂回收口40d收回并返回冷却剂供应源30。冷却剂经凹槽48c的U形通道平稳流过套筒48的宽区域，从而以提高的冷却效率冷却套筒48。

锁紧螺母44为冠形，并具有与卡盘40的外螺纹远端部分40b螺纹配合的内螺纹近端44a，第二锥形内圆周表面44b与套筒48的第二锥形外圆周表面48d相固定，并且环形脊44c径向内部突出。

环形脊44c相对于锁紧螺母44的其余部分偏心放置。实际上，环形脊44c具有非径向内部突出的部分和具有邻近第二锥形内圆周表面44b的径向内表面，和径向内突出并与套筒48的环形槽48e相接合的其余部分。

如图6所示，非径向内部突出的环形脊44c部分，也就是，在图6中右侧的部分，使套筒48容易地插入锁紧螺母44而不需任何特殊的专用工具。在套筒48已经插入锁紧螺母44之后，环形脊44c与环形凹槽48e牢固配合，第二锥形外圆周表面48d与第二锥形内圆周表面44b配套接合，套筒48和锁紧螺母44开始彼此同轴排列。由于环形脊44c与环形凹槽48e接合，当锁紧螺母44松开时，套筒48与锁紧螺母44同步位移，并因此防止附着住卡盘40。套筒48也从卡盘40上弹性释放并恢复到原来的直径。由于第二锥形外圆周表面48d和第二锥形内圆周表面44b彼此配套结合固定，当锁紧螺母44与卡盘48螺纹配合时套筒48由锁紧螺母44轴向精确推进。锁紧螺母44具有六边形外圆周表面与诸如扳手或类似的工具相结合。由于锁紧螺母44无法以高速连续旋转，不会通过相对于锁紧螺母44的其余部分偏心放置的环形脊44c摇动旋转。

在具有这样结构的电极头夹具10中，狭缝组48a弹性变形使套筒48内部轴向压缩从而紧固电极头46的侧表面。当锁紧螺母44松开，电极头46可容易地插入或脱离套筒48，并且电极头46从电极头夹具10中突出的长度可依据电极头46的磨损程度容易地进行调节。而且，电极头46可以是简单的杆状，并可以廉价地制造，并且电极头46的材料不会浪费。电极头夹具10可应用于各种为夹紧不同直径的电极头46而具有不同内径的套筒48。因此，那些具有不同直径的电极头46可用于电极头夹具10。

当套筒48在卡盘40中轴向压缩时，套筒48与由套筒48夹紧的电极头46的侧表面面对接触固定。因此，在电极头46和套筒48之间发生良好的热传导。由于注入端部62a的冷却剂经凹槽48c的U形通道，冷却剂在凹槽48c流经相对较长的距离，因而有效地冷却套筒48。因此，由于焊接效率提高而电极头46的损耗降低。每个凹槽48c不限于U形，但可以是任何形状，如M形，用于在第一锥形外圆周表面形成较长的冷却通道经过宽的区域。由于凹槽48c的端部62a、62b相对较窄，它们提供流动限制，其具有小横截面使冷却剂以较高的速度流过以提高冷却效果。每个凹槽48c的其他远端部分足够深靠近限定内部空间48f的套筒48的内表面。因此，在每个凹槽48c的远端部分中冷却剂流动而接近电极头46的表面以更有效地冷却电极头46。由于套筒48被锁紧螺母44轴向推进，因此第一锥形外圆周表面48b相对第一锥形内圆周表面40a被强烈挤压，因而保持凹槽48c以不透液体的方式密封防止冷却剂泄漏。

电极头调节和更换装置12、电极头修整器26和控制装置28将在以下进行描述。

如图7所示，电极头调节和更换装置12具有作为基底的四角柱70，置于四角柱70的一个面上的电极头突出部分调节器(电极头调节装置)72和放置在四角柱70的另一个面上的电极头支架(电极头调节装置)75。

电极头突出部分调节器72包括：从四角柱70的上部横向突出的第一锁紧螺母旋转工具73，且第一锁紧螺母旋转工具73具有在其远端限定的扳手形的切口73a并在第一锁紧螺母旋转工具73的纵向上开口；和从四角柱70的中部横向突出并低于第一锁紧螺母旋转工具73的突出限制臂74。突出限制臂74具有一对限定在其竖直面板中的竖直延长狭缝，所述竖直面板依附四角柱70。突出限制臂74垂直调节以便其与第一锁紧螺母旋转工具73之间的垂直距离设置为取决于电极头46的预定长度。电极头回收盒72a放置的位置在电极头突出部分调节器72的下方。

电极头支架75包括：第二锁紧螺母旋转工具76，其从四角柱70的上部横向突出并具有在其远端限定的扳手形的切口76a，其与第一锁紧螺母旋转工具73的扳手形的切口73a的形状相同；导向板78，从第二锁紧螺母旋转工具76的较低表面水平延伸，其延伸方向垂直于第二锁紧螺母旋转工具76从四角柱70的上部横向突出的方向；自动电极头装载器80，低于第二锁紧螺母旋转工具76放置。

自动电极头装载器80具有水平延伸的夹头81、固定夹头81的夹头导轨82和用于间歇性输送夹头81的电动机(输送装置)84。电动机84由控制装置28激励旋转小齿轮82a并与固定在夹头81的侧面上的齿条80a相啮合固定，从而间歇性水平输送夹头81。

夹头81具有一列竖直限定在其中以等间距隔开的电极头孔80b，电极头孔80b在夹头81的上表面开口用于在竖直方向上在其中安置相应的新电极头46。弹簧80c放置在相应的电极头孔80b底部。当夹头81由电动机84的间歇输送被水平输送时，插在电极头孔80b中的新电极头46的上端接连相对导向板78的下表面滑动，当压缩相应的弹簧80c时其压制电极头46。当沿导向板78被引导的电极头46移动过导向板78时，电极头46在扳手形切口76a中心定位，于是夹头81的间歇移动的一个周期结束。扳手形切口76a中心为将电极头46装载到电极头夹具10中提供装载位置。

图8所示为另一个自动电极头装载器85，其为自动装载器80的改进。自动装载器85与自动装载器80的不同在于在第二锁紧螺母旋转工具76上的扳手形切口76a在第二锁紧螺母旋转工具76的横向上开口，并且无需自动装载器80的导向板78。然而，夹头81不限于线性形状，但可以是环形，并具有环状排列的电极头孔80b用于为扳手形切口76a接连供应电极头46。

如图9所示，电极头修整器26包括：管状外壳26a其中容纳电动机；类似板状的从管状外壳26a的上端横向突出的打磨基底26b；支撑基底26d，具有弹簧26c，用于垂直移动地支撑管状外壳26a；和在打磨基底26b的上表面中心放置的小的盘状旋转砂轮26e。当被电极头夹具10固定的电极头46的远端被关节型机器人22相对旋转砂轮26e轻微挤压时，旋转砂轮26e由在管状外壳26a中的电动机驱动旋转在控制装置28的控制下将电极头46的远端基本打磨成圆锥形。

如图10所示，控制装置28包括：机器人控制器86，用于控制关节型机器人22；电动机控制器88，用于控制自动电极头装载器80的电动机84间歇转动；电极头修整器控制器90，用于控制在电极头修整器26的管状外壳26a中的电动机；冷却剂供应源控制器92，用于控制冷却剂控制源30；和电极头状态检测器94，其基于传感器或类似物(未示出)检测电极头46的状态。控制装置28也包括电极头下落检测器96，其放置在电极头突出调节器72的附近，用于检测何时电极头46已消耗到结束使用寿命，从电极头夹具10上移开并落到电极头回收盒72a内。

机器人控制器86具有：焊接处理器86a，用于使多关节型机器人22依据车辆框架14的形状在车辆框架14上实施焊接操作；通电控制器86b，用于在多关节型机器人22处于焊接状态时通过变压器(未示出)为电极头46供应电流；和电极头修整处理器86c，用于操作多关节型机器人22将电极头46的远端垂直供应给旋转砂轮26e。机器人控制器86还具有突出部分调节处理器86d和电极头安装处理器(向下插入物)86e。

突出部分调节处理器86d为控制功能单元，用于在电极头46被向下取向时操作多关节型机器人22将锁紧螺母44的六边形外圆周表面放入扳手形切口73a，并绕电极头夹具10的轴向旋转电极头夹具10。

电极头安装处理器86e为另外一个功能单元，用于在锁紧螺母44向下取向且没有电极头46固定在电极头夹具10上时，操作多关节型机器人22降低电极头夹具10直至锁紧螺母44的六边形外圆周表面插入扳手形切口76a中，并绕电极头夹具10的轴向旋转电极头夹具10。当突出部分调节处理器86d和电极头安装处理器86e指示多关节型机器人22绕电极头夹具10的轴向旋转电极头夹具10时，多关节型机器人22操作关节22a(锁紧螺母旋转器，参见图1)，以旋转电极头夹具10，所述关节22a靠近机器人手臂的末端放置并能扭转作用。

控制装置28具有：CPU(中央处理器)作为主控制器；RAM(随机存取存储器)和ROM(只读存储器)作为存储单元；和其他组成部份。上述涉及控制装置28的功能组成部分由CPU执行，当其读程序并执行程序与存储单元和其他功能组成部分共同动作。

用于点焊接车辆框架14的焊接方法将在以下进行描述，其中车辆框架14在许多焊点上使用由此构造的焊接系统20。除了另外提到的，焊接方法将根据给出的步骤编号进行实施。

在图11中示出的步骤S1，已经预先装配的电极头夹具10安装在多关节型机器人22的手臂末端。具体地说，适配器42的螺纹接头42b与钢管(未示出)螺纹配合，所述钢管在多关节型机器人22的手臂末端。供应管52a与第一接头54通过钢管相连接，并且回收管52b与第二接头56相连。冷却剂供应源30被执行冷却循环为电极头夹具10供应冷却剂和从电极头夹具10回收冷却剂。从冷却剂供应源30流出的冷却剂流经供应管52a、第一接头54、轴向中心孔40f、径向通道40g、第一轴向通道40h、凹槽48c(从端部62a到端部62b)、第二轴向通道40i、适配器42的内部空间42c、第二接头56和回收管52b返回到冷却剂供应源30。步骤s1的过程可包含下文将描述的步骤S9、S10的过程中，用于循环执行焊接方法。

在步骤S2中，多关节型机器人22由焊接处理器86a操作并由控制器86b激励在其中某一焊接点焊接车辆框架14。多关节型机器人22可在多个焊接点接连焊接车辆框架14或接连焊接多个沿生产线输送的车辆框架14。

在多关节型机器人22已经焊接车辆框架14或车辆框架14在预定的焊接周期数量或预定的时间周期之后，步骤S3中电极头状态检测器94检测电极头46远端的状态或电极头46的突出量。如果电极头状态检测器94判断电极头46远端磨损，则控制进行步骤S4。如果电极头状态检测器94判断电极头46的突出量较小，则控制进行步骤S5。否则，电极头状态检测器94判断电极头46正常，则返回到步骤S2。控制可基于已经执行的焊接周期的数量或已经消耗的焊接时间的周期从步骤S3出现分支，而不是基于电极头状态检测器94的判断，所述电极头状态检测器94的判断依据传感器的信号。

在步骤S4，电极头46的远端由电极头修整处理器86c相对旋转砂轮26e被固定。之后，旋转砂轮26e由电极头修整控制器90旋转以将电极头46打磨成圆锥形。然后，控制回到步骤S2以继续焊接操作。

在步骤S5中，在电极头46被向下取向时，锁紧螺母44的六边形外圆周表面通过突出部分调节处理器86d插入扳手形切口73a中(参见图12)。

在步骤S6中，如图12所示，电极头夹具10在箭头1所指示的方向上逆时针旋转，使锁紧螺母44和卡盘40相对彼此转动，从而松开锁紧螺母44。虽然第一锁紧螺母旋转工具73(和第二锁紧螺母旋转工具76)为固定工具，它作为旋转工具用于在多关节型机器人22操作转动电极头夹具10的时候旋转锁紧螺母。锁紧螺母44和卡盘40可相对彼此转到超过90

。

当锁紧螺母44因此相对卡盘40转动时，套筒48释放施加到其上的力。套筒48轻微地沿第一锥形内圆周表面40a向下放置，在这段时间套筒48内径轻微地增加。电极头46因此从套筒48的紧固力中释放并因重力下落。

如果电机头46磨损一点并仍具有充分的长度，如图12中的两点划线所示，电极头46的远端相对突出限制臂74被保持并直立，以便电极头46以预定长度从电极头夹具10中伸出。如果电极头46磨损较大并且不具有必要长度，则电极头46从套筒48中脱落，并在回收盒72a中被收回。因此，电极头突出部分调节器72充当调节电极头46突出量的装置且也作为移动电极头46的移动装置。

在步骤S7中，控制装置28基于来自电极头脱落检测器96的信号确定电极头46的状态。如果它判断电极头46在突出限制臂74上直立，则控制进行步骤S8。如果它判断电极头46在回收盒72a中被收回，则控制进行步骤S9。

在步骤S8中，电极头夹具10在箭头A2指示的方向上顺时针转动以使锁紧螺母44和卡盘40相对彼此转动，从而紧固锁紧螺母44。电极头46再次被套筒48可靠紧固。在此时，由于第一锥形外圆周表面48b和第一锥形内圆周表面40a保持彼此接触，凹槽48c以不透液体的方式被密封以防止冷却剂泄漏。在步骤S8之后，控制返回步骤S2用以继续焊接操作。

如上所述，锁紧螺母44松开使电极头46可从电极头夹具10上轻松地移开，并且也使电极头46的突出量可根据电极头46已经磨损的多少进行调节。因此，可利用的电极头46相对变长并且可以减少更换频率从而提高整个焊接的效率。

在步骤S9中，电极头夹具10通过电极头安装处理器86e放置在扳手形切口76a的上方，同时锁紧螺母向下取向，在这之后向扳手形切口76a下降。当电极头夹具10降下时，竖直放置在扳手形切口76a中的装载位置上的新电极头46插入套筒48中，并且锁紧螺母44的六边形外圆周表面插入扳手形切口76a中(参见图13)。

在步骤S10中，电极头夹具10以步骤S8中的同样的方式顺时针转动以紧固锁紧螺母44，致使套筒48夹紧插入到其中的电极头46。

在步骤S11中，电极头夹具10缩回到所给定的缩回位置，并且电动机84被电动机控制器88间歇激励而将新电极头46带到装载位置为下一个装载周期作准备。这之后，控制进行步骤S2以继续焊接操作。

虽然未在图11的流程图中示出，当焊接过程结束或生产线关闭，控制装置28移动多关节型机器人22到预定的回缩位置，并且不再激励多关节型机器人22和冷却剂供应源30。

如上所述，根据本发明实施例，带有电极头夹具10，电极头46的突出量可根据电极头46已磨损的多少进行调节。电极头46需要被更换的次数降低，而且焊接操作由于更换电极头46而中断的时间缩短，从而提高生产效率。由于被电极头夹具10固定的电极头46由提供给凹槽48c的冷却剂经套筒48冷却，电极头46的消耗量减少，从而焊接效率提高且更换频率减少。

当电极头46的突出量被调节和当电极头46放置在电极头夹具10中时，第一锥形外圆周表面48b和第一锥形内圆周表面40a保持彼此接触，以不透液体的方式密封凹槽48c。因此，凹槽48c未暴露给外部而受到损坏，并因此套筒48在同样直径的电极头46与电极头夹具10一起使用的范围内不需要更换。

根据本实施例的焊接方法，应用电极头夹具10以及电极头调节和更换装置12。焊接方法包括在焊接周期后松开锁紧螺母44的步骤和在锁紧螺母44松开后将降低的电极头46与突出限制臂74相对接并紧固锁紧螺母44以确保电极头46在电极头夹具10中的步骤。因此，电极头46需要更换的时间次数减少而整个焊接效率提供。电极头46的突出量可通过松开锁紧螺母44然后紧固锁紧螺母44进行简单的调节。当新电极头46替换置于电极头夹具10中消耗的电极头46时，在装载位置竖直放置的电极头46插入到套筒48中然后紧固锁紧螺母44确保电极头46插入到套筒48中。因此，需要更换电极头46的时间缩短，并且更换电极头的过程可自动化。上述过程可根据为周期执行焊接过程而预定的顺序接连实施。根据本发明的焊接方法可用于在沿生产线连续输送的车辆框架14上有效实施多个点焊周期。

具有根据本发明的电极头调节和更换装置12的电极头突出部分调节器72，当锁紧螺母44被第一锁紧螺母旋转工具73松开时，电极头46下落，直至它碰撞突出限制臂74并且在它与突出限制臂74邻接时具有适当的突出量。另外规定，电极头突出调节器72能够快速调节电极头46从电极头夹具10中突出的量，并因此使电极头46更换频率减少而提高焊接操作。

具有根据本发明的电极头调节和更换装置12，在电极头46从电极头夹具10中移开之后，电极头夹具10朝向竖直放置在装载位置的新电极头46降低，直至新电极头插入电极头夹具10中。然后，第二锁紧螺母旋转工具76紧固锁紧螺母44以夹紧在电极头夹具10中的电极头46。电极头46能因此方便快捷地固定在适当位置。另外规定，电极头支架75有效缩短需要更换电极头46的时间从而提高焊接效率。

在所说明的实施例中，单个电极头夹具10如所示固定在多关节型机器人22中。然而，电极头夹具10可固定在其他点焊装置上，如C形焊枪、X形焊枪等。

Claims (9)

1、一种电极头夹具(10)，其包括：

卡盘(40)，其具有由锥形内圆周表面限定的内孔，所述锥形内圆周表面的直径向其远端逐渐增大，所述卡盘(40)具有螺纹部分；

锁紧螺母(44)，与所述卡盘(40)的螺纹部分螺纹配合；及

套筒(48)，用于固定其中的杆状电极头(46)，所述套筒(48)固定在所述内孔中且具有限定在其中的狭缝组(48a)，其中当所述锁紧螺母(44)与卡盘(40)的螺纹部分螺纹配合时，所述套筒(48)被轴向推进使所述狭缝组(48a)弹性变形，从而所述套筒(48)径向收缩以固定其中的杆状电极头(46)；

所述套筒(48)包括：

锥形外圆周表面，用于与所述锥形内圆周表面相接合，所述锥形外圆周表面具有限定在其中的凹槽；

所述卡盘(40)包括：

冷却剂供应口(40c)，用于将冷却剂输送到所述凹槽，所述冷却剂供应口(40c)在所述锥形内圆周表面中面对所述凹槽的位置处开口；及

用于从凹槽中收回冷却剂的冷却剂回收口(40d)，所述冷却剂回收口(40d)在所述锥形内圆周表面中面对所述凹槽的位置开口。

2、如权利要求1所述的电极头夹具(10)，其中，所述凹槽从侧面看为U形并具有分别面对冷却剂供应口(40c)和冷却剂回收口(40d)的相对端部。

3、如权利要求1或2所述的电极头夹具(10)，其中，所述套筒(48)由铜或铜合金制成。

4、一种使用电极头夹具(10)的焊接方法，所述电极头夹具(10)包括：

卡盘(40)，其具有由锥形内圆周表面限定的内孔，所述锥形内圆周表面的直径向其远端逐渐增大，所述卡盘(40)具有螺纹部分；

锁紧螺母(44)，其与所述卡盘(40)的螺纹部分螺纹配合；及

套筒(48)，用于固定其中的杆状电极头(46)，所述套筒(48)固定在所述内孔中且具有限定在其中的狭缝组(48a)，其中当锁紧螺母(44)与卡盘(40)的螺纹部分螺纹配合时，所述套筒(48)被轴向推进使所述狭缝组(48a)弹性地变形，从而所述套筒(48)径向收缩以固定其中的杆状电极头(46)；

所述方法包括以下步骤：

将锁紧螺母(44)向下取向并将电极头(46)从中移开来降低电极头夹具(10)，直至竖直放置在预定装载位置的电极头(46)插入所述套筒(48)，并旋转所述锁紧螺母(44)使其与所述卡盘(40)螺纹配合以紧固所述锁紧螺母(44)，以确保所述电极头(46)处于所述套筒(48)中；

将所述电极头夹具(10)移向工件，并使所述电极头(46)通电，以焊接所述工件；

相对所述卡盘(40)旋转所述锁紧螺母(44)，以松开向下取向的所述锁紧螺母(44)；及

将松开锁紧螺母(44)时被放低的电极头(46)与处于锁紧螺母(44)下方预定距离的突出部分限制臂(74)相接合，然后相对卡盘(40)旋转锁紧螺母(44)紧固所述锁紧螺母(44)，以确保电极头(46)在所述套筒(48)中。

5、一种电极头调节装置，用于调节电极头(46)突出部分的量或更换电极头夹具(10)上的电极头(46)，其包括：

卡盘(40)，其具有由锥形内圆周表面限定的内孔，锥形内圆周表面的直径向其远端逐渐增大，所述卡盘(40)具有螺纹部分；

锁紧螺母(44)，与所述卡盘(40)的螺纹部分螺纹配合；及

套筒(48)，用于固定其中的杆状电极头(46)，所述套筒(48)固定在所述内孔中且具有限定在其中的狭缝组(48a)，其中当锁紧螺母(44)与卡盘(40)的螺纹部分螺纹配合时，所述套筒(48)被轴向推进使所述狭缝组(48a)弹性变形，从而所述套筒(48)径向收缩以固定其中的杆状电极头(46)；

其中，在所述锁紧螺母(44)被向下取向时，所述电极头(46)突出部分的量被调节或所述电极头(46)被更换。

6、如权利要求5所述的电极头调节装置，其包括：

锁紧螺母旋转器(73，76)，用于相对于所述卡盘(40)旋转所述锁紧螺母(44)；和

突出部分限制臂(74)，当利用所述锁紧螺母旋转器(73，76)旋转所述锁紧螺母(44)时，所述突出部分限制臂(74)与所述锁紧螺母(44)轴向向下间隔预定距离。

7、如权利要求5所述的电极头调节装置，其包括：

向下插件(22，86e)，其用于在移开所述电极头(46)时来降低所述电极头夹具(10)，直至竖直放置在预定装载位置的电极头(46)插入所述套筒(48)；和

锁紧螺母旋转器(73，76)，用于在通过向下插件(22，86e)将电极头(46)插入所述套筒(48)时，旋转所述锁紧螺母(44)使其与所述卡盘(40)螺纹配合。

8、如权利要求7所述的电极头调节装置，其中，所述锁紧螺母旋转器(73，76)包括：

可编程的移动单元(22)，用于移动和旋转所述电极头夹具(10)；和

固定工具，用于接合所述锁紧螺母的外表面(44)；

其中，当固定工具与所述锁紧螺母(44)的外表面接合时，通过移动单元(22)旋转所述电极头夹具(10)，从而相对所述卡盘(40)旋转所述锁紧螺母(44)。

9、如权利要求8述的电极头调节装置，其中，还包括：

自动装载器(80，85)，其用于在带有安装在其中的电极头(46)的电极头夹具(10)通过移动单元(22)从装载位置分隔之后，将另一个电极头(46)竖直放置在装载位置上；

所述自动装载器(80，85)包括：

夹头(81)，用于保持电极头(46)阵列竖直；和

输送装置(84)，用于间歇输送夹头(81)以便将电极头(46)依次放置在装载位置上。

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