伺服焊钳：特点分析与优势

伺服焊钳对于汽车车身装配生产线来说相对较新，近年各大汽车公司都已将伺服焊枪应用到汽车车身装配生产线上。实际应用表明，伺服焊枪有着传统气动焊机所无法具有的优点，是未来汽车装配生产线上主要的点焊连接设备。

1.伺服焊枪的新技术特性

近年来由交流伺服电动机驱动的C型或X型伺服焊枪搭载在可以移动的7轴机器人上进行车身薄板连接的点焊设备正在增多。相比较气动焊枪，针对点焊过程的四个阶段，即预压、焊接、保持和休止，伺服焊枪的最大特点是以伺服装置代替气动装置，按照预先编制程序，由伺服控制器发出指令，控制伺服电动机按照既定速度、位移进给，形成对电极位移与速度的精确控制，脉冲数量与频率决定电极位移与速度，电动机转矩决定电极压力。

2.伺服点焊机器人系统

为更快、更高的焊接质量并满足性能要求，可采用新型中频点焊伺服焊钳控制技术。此系统可满足高强／超高强度和多层板材的焊接，以适应汽车轻量化与车身防撞安全不断提高的要求。伺服点焊机器人系统包括机器人本体、机器人控制器、中频点焊控制器、自动电极修磨机和伺服点焊钳等。

伺服点焊钳具有增强诊断及监控、简化焊钳设计、提高柔性、降低维修率、提高运行时间及减少生产成本（耗气、备件、省电）等特点，将是未来汽车生产线上应用的主要设备。中频点焊的质量和效率均远高于工频焊接，主要表现在以下几个方面：

（1）减少生产节拍 机器人与焊钳同步协调运动，大大提高了生产节拍，使焊点间及障碍物的跳转路径最小化；可随意缩短电极开口减小关闭焊钳时间；焊接开始信号发出后可更快、更好地控制加压；更快地更改焊接压力，其压力调节速度可达200kgf／周波（98N／ms）；能够很好地避免和抑制飞溅，有效保证和提高焊接质量；焊接完成信号发出后可更快打开焊钳；减少电极更换及修磨时间；换钳更换、电极修磨机更换后快速标定。

（2）提高焊接质量 软接触可实现极少的产品冲击，还可以减少噪声；高精度的可重复性加压；焊接中精确恒压控制；焊接过程中压力可实现调整；更稳定的电极管理及控制等。

相对气动焊钳，伺服焊钳的渐进和预压过程是影响焊接效率的两个关键阶段。可编程电极行程和速度可以缩短同一工位上多个焊点的渐进时间，也可以提高焊接生产效率。以预压为例进行分析，气动焊钳和伺服焊钳在焊接过程中电极力的变化，假定达到设定预压力，电极力将保持恒定。伺服焊钳焊接的一个焊点可节省0.44s（见表5-10），以一台轿车3500～5000个焊点为例，将节省26～37min的焊接时间，生产率得到极大提高，车身焊装线的生产能力大大提升。

由于伺服焊枪由伺服电动机驱动，可以对焊接过程进行精确控制，同时，伺服焊枪利用伺服电动机驱动加压轴，因而可以协调控制好焊枪的移动轴，实现有效的焊点间移动，气动焊枪无法实现的焊接位置现都可以由伺服焊枪来实现。(www.xing528.com)

1）精确控制电极运动速率。气动焊枪的电极运动靠气缸来控制，这使电极运动速率很难精确控制，电极运动的高速率，会造成电极与工件接触时的冲击很大，致使电极力会发生短时间的振荡，从而影响电极使用寿命。而对于伺服焊枪，电极的运动由伺服电动机控制，能够很好地控制电极运动速率，使电极与工件接触时的冲击很小，从而提高电极使用寿命。在电极力达到稳定之前，伺服焊枪在电极接触过程中电极力没有明显的振荡现象，电极运动得到了很好的控制。

2）提高点焊生产率。气动焊钳和伺服焊钳在焊接过程中电极力的变化，假定达到设定预压力，电极力将保持恒定。如果气动焊钳的预压时间为30个周波（0.6s），而伺服焊枪则只用8个周波（0.16s）预压时间就达到了设定压力。对比来看，伺服焊钳完成一个焊点所用的焊接时间为43个周波（0.86s），气动焊钳则需65个周波（1.3s）。也就是说，用伺服焊钳完成一个焊点要节省0.44s的焊接时间，见表5-10。

表5-10 气动焊钳和伺服焊钳的预压时间对比

相对于一台轿车的几千个焊点，每个焊点节省0.44s的焊接时间对装配过程生产效率的提高非常重要，轿车车身装配线的生产能力就可以大大提高。另外，可编程电极行程和速度也可以缩短同一工位上多个焊点的预压持续时间，这也可以提高焊接生产效率。

3）可获得不同的锻压力。焊接过程的可控性要归功于伺服电动机及其控制技术。由于可以很容易地改变电极压力，所以能够根据工艺要求改变焊接过程中的锻压力。

4）可获得电极力和电极位移。伺服电动机的转矩和速度作为电动机控制器的输出量，其变化量可以容易地转变为电极力和电极位置的变化，并且使电极力和电极位移信号的在线实时监控变得可行，电极位置、在线失效探测和电极补偿的准确测量也比气动焊机更容易。

伺服电动机技术给点焊机和焊接过程带来新的技术特性，主要是由伺服电动机和相应控制技术的固有特性所决定的。伺服焊枪和常规的气动焊枪之间的主要差别在于，它们的输入量和相应的控制模型，对于气动焊机是恒定气压，而对于伺服焊枪则是恒定转矩。从控制方式来看，气动焊机是开环控制，伺服焊枪则是具有反馈的闭环控制。相应地，伺服焊枪电极力和电极位移就可以得到更加精确的控制。这些新的技术特点和功能可以使焊接过程更易控制，焊机更易操作，并可提高焊点质量。

5）改善作业环境。由于电极对工件是软接触，可以减轻冲击噪声，也不会出现启动焊钳时所产生的排气噪声，改善了现场的作业环境。