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点焊机器人气动枪与伺服枪优劣分析

韦子坚;杨本周;倪炳林;温柳川;赵继太

【摘要】在自动化焊接线中,点焊机器人所使用的焊枪按工作方式分为气动焊枪与

伺服焊枪,两种焊枪在使用与维修中各有优缺点.由于结构的不同在维修与控制中有

着很大的差别,影响设备利用率.了解两种焊接设备的原理及差异,是分析、解决问题

的关键.

【期刊名称】《装备制造技术》

【年(卷),期】2016(000)011

【总页数】4页(P170-173)

【关键词】电阻焊;伺服焊枪;气动焊枪

【作者】韦子坚;杨本周;倪炳林;温柳川;赵继太

【作者单位】柳州五菱汽车工业有限公司,广西柳州545007;柳州五菱汽车工业有

限公司,广西柳州545007;柳州五菱汽车工业有限公司,广西柳州545007;柳州五菱

汽车工业有限公司,广西柳州545007;柳州五菱汽车工业有限公司,广西柳州

545007

【正文语种】中文

【中图分类】TG43

点焊是将被焊工件压紧于两电极之间，并通以电流，利用电流通过接头流经工件接

触面及附近区域产生的电阻热效应将工件加热到熔化状态，使两工件形成金属结合

的应用方式。现代汽车制造业，零部件下车体焊接、车身焊接的设备主要为气动点

焊枪。随着气动点焊技术的不断改进、发展，气动枪在技术上已经趋于成熟，焊接

的质量和效率得到很大的提高。但是随着汽车行业对焊接要求的提高，传统的气动

枪无论怎么优化还是暴露出许多的问题，如：无法控制焊接冲力、无法控制电极磨

损量、焊接效率低下、脱焊漏焊等质量问题经常发生，也无法跟上汽车自动化生产

线的发展需求[1]。因此诞生了伺服控制系统控制的伺服焊枪，它具有较高的焊接

效率、焊接质量、电极定位、焊接板件冲力小等特点，成为汽车行业点焊中大家争

先使用的设备，也是焊接发展的一个趋势。

1.1气动焊枪结构与伺服焊枪结构

以我公司使用的安装在FANUC机器人上的小原焊枪为例。机器人气动焊枪由枪体

（ARM）、电极连杆、电极杆、导电铜带、软硬链接等组成，分为RTC和RTX

型伺服焊枪，即是用伺服马达配合减速齿轮（匹配马达转速/负载）驱动焊枪机械

臂运动，完成焊枪的焊接动作。结构有焊枪臂部分（和气动一样）、伺服电机、焊

枪绝缘垫、焊接变压器。和气动焊枪相比较而言，伺服焊枪在结构上的最大变化就

是用伺服电机驱动代替了气缸或其他气动装置驱动，按照机器人控制器编写好的程

序，由控制柜伺服驱动单元发出命令，使伺服电机按照原设定好的速度、进给量形

成脉冲指令通过伺服放大器传到伺服电机编码器，最后控制电极形成速度与位移，

脉冲发出的频率和数量决定了速度及位移量，电机转矩决定了接触压力的大小。如

图1、图2所示。

1.2气动焊枪焊接控制过程

点焊是板件组合后通过焊枪电极头对其施加压力，使被焊板件紧密有效地接触并形

成回路，通过合适的焊接电流，在板件电阻的作用下产生电阻热，使接触部分熔化，

让板件能够牢固的焊接在一起。整个点焊的工艺过程可以分为预压、通电、断电锻

压三个阶段，板件接触部位通电时产生的热量由Q=I2Rt来决定。式中的I为焊接

通电电流；R为板件电阻；t为导电时间。通过上式可以看出，焊接通电电流、板

件间的电阻、导电时间是决定焊接质量的关键因素，板件的电阻即两层或多层板接

触部分的电阻，接触部分又是由电极加压压力来决定的。所以说点焊的三大要素可

以归结为：焊接电流、加压压力、焊接时间。想要达到最好的焊接质量，就要调试

出最佳的焊接参数，这与工件表面的热处理、焊机电流、电极压力与焊机通电时间

都有着莫大的关系[2]。

既然焊枪的压力大小决定了焊接的质量，那么焊接过程中焊枪压力的控制成为机器

人点焊的关键部分，如图3所示。

图3中为气动点焊枪的加压控制系统，在焊接过程中根据机器人内部设定与反馈

的焊接参数的不同，机器人控制单元向比例阀加压控制单元输出一个压力输出信号，

并根据设定的具体压力数值控制比例阀的开度。加压压力控制单元主要由气动比例

阀和换向阀组成，根据输入不同大小的压力信号成比例地向加压气缸提供相应压力

大小的压缩空气。加压气缸有一定压力后通过活塞连杆带动焊枪电极上下移动，对

需要焊接的板件施加设定的压力。

气动焊接控制柜和机器人控制装置，使用DeviceNetI/O通信，进行焊接使能信

号、焊接完成信号、焊接故障异常信号等的收发。如图4所示。

焊枪加压与电流需要焊接控制器发出焊接开始信号，在加压完成之后PLC会反馈

给焊接控制柜，此时焊接控制柜会发出焊接指令，让接触器吸