【文章內容簡介】 I（ A） =80d（ mm） d16mm （ 3 1） I（ A） =90d（ mm） d16mm （ 3 2） 對于合金鋼，其焊接電流大約比上式計算值少 10％。 短周期電弧螺柱焊的焊接電流（ 600～ 1500A）與電源有關，是固定的，因此，焊接能量僅依賴于焊接時間。 焊接電壓 與電流的關系是由焊接電源的靜外特性決定的。電弧電壓主要取決于提升高度和焊接電流，其值一般為 20～ 40V。焊接時，工件表面上的油或油脂會增加弧壓，而惰性氣體則會降低電弧電壓。 對于平焊（工件焊接平面平行于地平面），其焊接時間可用下式進行估算： tw（ s） =d（ mm） d12mm （ 3 3） tw（ s） =d（ mm） d 12mm （ 3 4） 對于橫焊（工件焊接平面垂直于地平面），其焊接時間應該減小。短周期焊接時間小于 100ms，這不僅 取決 于螺柱直徑，而且還與電流強度有關。 高度 螺柱的提升高度要 正比于螺柱的直徑，大約為 ～ 7mm。提升高度主要是為了防止熔滴過渡時造成短路而影響電弧的穩(wěn)定性及焊縫質量。 同時也可以 維持電弧的穩(wěn)定，為焊接提供足夠的能量至關重要。穿透焊接時，要 增加 提升高度，利用電弧的高溫迅速燒穿鍍鋅板，以獲得滿意的接頭。增加提升高度也有兩方面的 害處 ： 一方面會增加電弧的長度，使之易受磁場的影響，發(fā)生磁偏吹；另一方面會增加焊縫的氣孔。 螺柱的伸出長度要 正比于螺柱的直徑，一般為 1～ 8mm。當使用瓷環(huán)對熔池進行保護時，也與焊縫四周焊腳 的形狀有關。當要求周邊的焊腳高而寬時，螺柱的伸出長度應該增加，反之則可以減小。 螺柱的伸出長度實際上是螺柱的熔化長度，此值若設計的過長，在螺柱提升后螺柱端面與工件之間的距離過短，無法形成穩(wěn)定的電弧，造成大量的金屬飛濺并出現(xiàn)夾渣缺陷；若螺柱伸出長度青島科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 15 過短，金屬熔化量不足，會造成焊縫成型不良。 螺柱插入溶池應采用擠壓的方式，這種方式會使 焊縫成型前的瞬間將熔化的有害物質擠出焊縫，形成良好的焊接接頭。但插入速度又不可太快，以防止形成大量的噴濺。螺柱的插入速度 為： 當螺柱的直徑 d14mm 時，大約為200mm/s；當 d 14mm時，為 100mm/s。 ` 焊接電流、 焊接時間、提升高度和伸出長度是電弧螺柱焊的四個主要焊接工藝參數(shù)，應根據(jù)螺柱的直徑和工件的材質進行設定。對于同一螺柱直徑的焊接，使用不同廠家制造的焊接設備，其焊接工藝參數(shù)是不相同的，因此應進行多次試焊，并對焊縫的外觀和成型、螺柱焊后高度和力學性能（拉伸、錘擊、彎曲、扭力等）評定后，才能選定一組最佳的工藝參數(shù)進行焊接 [10]。 螺柱自動焊機的機械設計 16 4. 電弧螺柱焊機的設計 電弧螺柱焊機的整體設計 自動電弧式螺柱焊機主要由供料機構 、控制機構、機械部分以及空氣壓縮機等幾部分構成。本課題主要是對螺柱焊機的機械部分進行了設計。 方案一的設計 焊機的四個動作主要包括：預壓，提起引弧，保持，送下。 考慮到焊機的運動部分的設計采用 步進電機 。 步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執(zhí)行機構。當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度 (稱為“步距角” )，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的，同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而 達到調速的目的。步進電機可以作為一種控制用的特種電機，利用其沒有積累誤差 (精度為 100%)的特點，廣泛應用于各種開環(huán)控制。目前比較常用的步進電機有反應式步進電機（ VR）、永磁式步進電機（ PM）、混合式步進電機（ HB）和單相式步進電機等 [10]。 步進電機的主要基本參數(shù)有： 它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖信號，電機所轉動的角度。電機出廠時給出了一個步距角的值，如 57BYG350BL 型電機給出的值為 176。 /176。（表示半步工作時為 176。、整步工作時為 176。），這個步距角可以稱之為電機 固有步距角，它不一定是電機實際工作時的真正步距角，真正的步距角和驅動器有關。 是指電機內部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進電機。用戶在驅動器上改變細分數(shù)，可以改變步距角。 是指步進電機通電但沒有轉動時，定子鎖住轉子的力矩。它是步進電機最重要參數(shù)之一，通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉矩。 青島科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 17 是指步進電機沒有通電的情況下，定子鎖住轉子的力矩。 目前比較常用的步進電機有反應式步進電機（ VR）、永磁式步進電機（ PM）、混合式步進電機（ HB）和單相式 步進電機等。永磁式步進電機一般為兩相，轉矩和體積較小，步進角一般為 度 或 15 度；反應式步進電機一般為三相，可實現(xiàn)大轉矩輸出，步進角一般為 度，但噪聲和振動都很大；反應式步進電機的轉子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導的變化產(chǎn)生轉矩；混合式步進電機混合了永磁式和反應式的優(yōu)點，它分為兩相和五相：兩相步進角一般為 度而五相步進角一般為 度。這種步進電機的應用最為廣泛，也是本次細分驅動方案所選用的步進電機。 根據(jù)步進電機的參數(shù)以及以及混合式步進電機的優(yōu)良性能 ,通過查閱下 表，我選取 56BYG250BLSASSML0601 型的混合型步進電機作為焊機的動力機構。 表 41 步進電機的類型 Tab 41 type of stepper motor 貨物編號 型號 相 數(shù) 步距角 （176。） 靜態(tài)相電流（ A） 相電阻（ Ω ） 相電感（ mH） 062091 56BYG250BSASSML0601 3 176。 /176。 6 062092 56BYG350CSASSML0601 3 176。 /176。 6 0620200 56BYG350CSASSML0601 3 176。 /176。 6 保持轉矩 定位轉矩 電壓 VDC 重量 Kg 轉動慣量 gcm２ 2470 100 2470 220 2470 380 具體尺寸為： 螺柱自動焊機的機械設計 18 圖 41 步進電機的具體尺寸 The concrete size of stepbysteps the electrical machinery 56BYG250BLSASSML0601 型的混合型步進電機的三維造型 圖 42 步進電機的三維造型 three dimensional view of stepbysteps the electrical machinery 步進電機是在本焊機中的作用是為滑塊提供功力的部件，當電動機正轉的時青島科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 19 候，帶動絲杠向右轉動，由于絲杠與 絲杠螺母配合，使得上滑道朝要焊接的工件方向移動。當完成一個焊接動作時， 步進電機反轉，帶動絲杠向左轉動，上滑道又回到原始位置。 考慮到直線電機也可以提供動力所以有了方案二的設計。 方案二 的設計 直線電機同樣可以實現(xiàn)焊機的預壓和提起引弧，所以對 直線電機 進行設計。 直線電機是一種將電能直接轉換成直線運動機械能，而不需要任何中間轉換機構的傳動裝置。它可以看成是一臺旋轉電機按徑向剖開，并展成平面而成。對應旋轉電機定子的部分叫初級，對應轉子的部分叫次級。在初級繞組中通多相交流電，便產(chǎn)生一個平移交變磁場稱為行波磁場。在行波磁場與次級永磁體的作用下產(chǎn)生驅動力，從而實現(xiàn)運動部件的直線運 動由定子演變而來的一側稱為初級，由轉子演變而來的一側成為次級。由于在運行時初級和次級之間要做相對運動，如果在運動開始時，初級與次級正巧對齊，那么在運動中，初級與次級之間互相耦合的部分越來越少，而不能正常運動。為了保證在所需的行程范圍內，初級和次級之間的耦合能保持不變，因此世界應用時，是將初級與次級制造成不同的長度。由于段初級在制造成本上，運行的費用上均比短次級低得多，因此一般采用短初級長次級。 步進電機的主要基本參數(shù)有： ( max. voltage phph) ——— 最大供電線電壓，主要與電 機絕緣能力有關。 (Peak Force) ——— 電機的峰值推力，短時，秒級，取決于電機電磁結構的安全極限能力。 (Peak Current) ——— 最大工作電流，與最大推力想對應，低于電機的退磁電流； (Max. Continuous Power Loss) ——— 確定溫升條件和散熱條件下，電機可連續(xù)運行的上限發(fā)熱損耗，反映電機的熱設計水準； (Maximum speed) ——— 在確定供電線電壓下的最高運行速度，取決于電機的反電勢線數(shù)，反映電機電 磁設計的結果； (Motor Attraction Force) ——— 平板式有鐵心結構直線電機，尤其是永磁式電機，次極永磁體對初級鐵心的法向吸引力，高于電機額定推力一個數(shù)量級，直接決定采用直線電機的直線運動軸的支撐導軌的承載能力和選型 螺柱自動焊機的機械設計 20 按結構形式分類 直線電機的分類在不同的場合下有不同的分類型式。按其結構型式主要可分為扁平型、圓筒型（管型）、圓盤型和圓弧型四種。 扁平型直線電機，即為一種扁平的矩形結構的直線電機，它有單邊型和雙邊型之分。每種型式下又分別由短初級長次級或長初級短次級。 圓筒型直線 電機，即為一種外形如旋轉電機的圓柱形的直線電機。這種直線電機一般均為短初級長次級型式。 圓盤型直線電機，即為電機的次級是一個圓盤，不同型式的初級驅動圓盤次級做圓周運動。其初級可以是單邊型也可以是雙邊型。 圓弧型直線電機，它的運動形式是旋轉運動，且與普通旋轉電機非常接近。圓弧型與圓盤型的主要區(qū)別，在于次級的形式和初級對次級的驅動點有所不同。 直線電機的主要尺寸 圖 43 直線電機的主要尺寸 Figure 43 linear motor size 所選步進電機的三維造型 青島科技大學本科畢業(yè)設計（