核心提示：　　（西安理工大學(xué)，陜西西安可編程序控制器對(duì)微電機(jī)加工制作中的定子鐵心、電機(jī)殼體TG自動(dòng)焊接實(shí)現(xiàn)過程程序控制。兩焊機(jī)通過采用氣動(dòng)、液壓和無級(jí)調(diào)速電機(jī)等元器件，實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量、高效率、自動(dòng)化和和低成本，滿

　　（西安理工大學(xué)，陜西西安可編程序控制器對(duì)微電機(jī)加工制作中的定子鐵心、電機(jī)殼體TG自動(dòng)焊接實(shí)現(xiàn)過程程序控制。兩焊機(jī)通過采用氣動(dòng)、液壓和無級(jí)調(diào)速電機(jī)等元器件，實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量、高效率、自動(dòng)化和和低成本，滿足了部分電機(jī)生產(chǎn)廠家的需求。

　　微電機(jī)的定子鐵心制作有鉚接、扣片、膠結(jié)、焊接等多種加工工藝，其中焊接件以質(zhì)量高、成本低而得到廣泛應(yīng)用。焊接件是將定子鐵心以硅鋼片為原料，經(jīng)剪切、沖制等加工工藝后，再將疊片緊固疊壓焊接而成。從工藝角度看，定子焊接采用鎢極氬弧焊（TG）不加填充焊絲，利用熔化母材本體可獲得比較理想的焊接效果。因?yàn)槎ㄗ記_片疊壓后相當(dāng)于厚壁工件，控制電弧電壓、焊接電流和焊接速度可在較寬的參數(shù)范圍內(nèi)獲得較好的焊縫成型。采用自動(dòng)焊接方法，焊接效果更為理想。

　　1微電機(jī)定子焊接工藝在微電機(jī)定子焊接工藝的發(fā)展過程中曾先后采用過手工電弧焊、C2氣體保護(hù)電弧焊、氬弧焊、等離子焊和激光焊等焊接工藝。從焊接工藝性看，后三種焊接方法比較理想，而前兩種工藝方法明顯存在成形差和飛濺大的不足。又因?yàn)榈入x子焊接和激光焊接設(shè)備投資大，而且不易實(shí)現(xiàn)多頭自動(dòng)焊，使其應(yīng)用受到限制。鎢極氬弧焊因其具有電弧穩(wěn)定、焊接參數(shù)易于控制、無飛濺和焊接成本低的相對(duì)優(yōu)勢(shì)，因而成為微電機(jī)定子焊接的理想工藝。電機(jī)定子疊片材料一般采用冷乳或熱乳硅鋼片，其可焊性能良好，尤其在采用氬弧焊時(shí)，因焊縫區(qū)有惰性氣體保護(hù)，使得焊后焊縫質(zhì)量相當(dāng)好。只是當(dāng)帶有較多的油污時(shí)，容易產(chǎn)生氣孔缺陷。焊接時(shí)，焊槍固定不動(dòng)，定子鐵心疊片沿軸向相對(duì)運(yùn)動(dòng)，依靠焊接電弧熔化鐵心外圓U形工藝槽或沖片預(yù)留焊接工藝凸點(diǎn)形成連續(xù)縱焊縫制作定子鐵心。

　　考慮到實(shí)現(xiàn)定子疊片自動(dòng)定位疊壓夾緊和自動(dòng)焊接的一體化工藝要求，結(jié)合分析定子待焊部位是平行于其軸的外圓部位，可以利用機(jī)械運(yùn)動(dòng)，使其在垂直于定子平面的方向上同時(shí)完成定子的夾緊、定位，自行移動(dòng)焊接功能。油壓機(jī)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)符合上述要求，因此選用一臺(tái)雙缸三梁四柱油壓機(jī)為主機(jī)，充分利用油壓機(jī)工作時(shí)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，來實(shí)現(xiàn)裝夾、定位和焊接等一系列工序，根據(jù)手工焊的經(jīng)驗(yàn)，制定工藝參數(shù)，其后分別對(duì)實(shí)現(xiàn)焊接功能的機(jī)械、電氣控制部分進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)改造以使其能夠滿足定子自動(dòng)焊接工藝需要。自動(dòng)焊接時(shí)同時(shí)將由數(shù)臺(tái)焊機(jī)提供電源的數(shù)把焊槍一次引弧，同時(shí)焊接，完成多道焊縫的一次焊接成形。其焊接工藝參數(shù)參見表1表1鎢極氬弧焊工藝參數(shù)焊接電流I焊接速度V氬氣流量弧長壓制力F 2定子自動(dòng)焊機(jī)結(jié)構(gòu)原理及自動(dòng)焊接程序焊機(jī)主要由機(jī)械部分、焊接電源和控制系統(tǒng)三部分組成。機(jī)械部分有三墚四柱油壓機(jī)、定子疊片定位漲芯夾具和焊槍定位調(diào)整裝置；焊接電源根據(jù)鐵心設(shè)計(jì)工藝要求的焊道數(shù)可選用三臺(tái)或四臺(tái)WS160型鎢極手工氬弧焊機(jī)（依設(shè)計(jì)要求）。定位漲芯胎具分別安裝在由上油缸驅(qū)動(dòng)的活動(dòng)中墚夾頭和下油缸活動(dòng)工作面上，同時(shí)兩側(cè)安裝銅合金引弧板和收弧板。根據(jù)實(shí)際需要，數(shù)把焊槍按其相對(duì)焊接位置固定在油壓機(jī)固定工作臺(tái)面上（可調(diào)）。選擇雙缸油壓機(jī)，利用上下油缸獨(dú)立的相對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)定子疊片實(shí)現(xiàn)定位壓緊，自動(dòng)焊接和頂出焊件的操作。由于油壓機(jī)的主要功能是實(shí)現(xiàn)縱向運(yùn)動(dòng)，對(duì)定子疊片定位夾緊、自動(dòng)焊接等相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以選擇油壓機(jī)時(shí)所考慮的主要參數(shù)是滑塊行程、公稱壓力，為此選擇了YB32200型四柱萬能液壓機(jī)。YB32系列液壓系統(tǒng)完成的主要?jiǎng)幼饔校荷细谆钊夯瑝K的快速下行、慢速加壓、保壓、泄壓、快速回程及在任意點(diǎn)的停止；下缸活塞的頂出、退回等。保持原液壓系統(tǒng)功能不變，只對(duì)控制電路稍做修改即能完成定子自動(dòng)焊各項(xiàng)功能。焊機(jī)結(jié)構(gòu)如所示。

　　定子焊機(jī)自動(dòng)焊接程序?yàn)椋悍胖茂B片―定位夾緊―多頭自動(dòng)焊―松開工件―頂出工件以上程序中，除了放置零件（并按下下行開關(guān)）這一項(xiàng)由人工手動(dòng)完成外，其余四項(xiàng)都由自產(chǎn)需要，焊機(jī)具有“急停”控制和手動(dòng)調(diào)整功能，以便在必要或在緊急情況下實(shí)現(xiàn)關(guān)機(jī)和手動(dòng)操作執(zhí)行調(diào)整及修復(fù)焊件。為此要求油壓機(jī)液壓系統(tǒng)具有所示的工作循環(huán)圖。

　　45.保壓下行（焊接）6.松開工件（上缸復(fù)位）7頂出工件（下缸復(fù)位）用PLC控制器完成相應(yīng)電氣控制功能具有工作可靠、設(shè)定程序方便的特點(diǎn)。IO接口輸入端：手動(dòng)自動(dòng)選擇、上缸下行按鈕、焊接停止下行限位1kX、上缸回程到位開關(guān)2kX和下缸回程到位3kX以及手動(dòng)控制：上缸下行、上行回程和下缸頂出、回程；輸出端共有上缸上、下行電磁閥、下缸上、下行電磁閥和焊接電源通斷開關(guān)5個(gè)控制對(duì)象。

　　自動(dòng)焊接開始時(shí)，接通焊接電源和油泵開關(guān)，選擇自動(dòng)操作，按下上缸下行按鈕1YA通電，上缸快速下行；當(dāng)上缸定位錐頭接觸工件時(shí)，液壓缸5上腔壓力升高，液控單向閥I1關(guān)閉，加壓速度便由液壓泵流量來決定，執(zhí)行慢速加壓，此時(shí)錐芯插入漲套，漲套沿徑向漲開（自動(dòng)定位），在漲套漲至徑向尺寸的同時(shí)壓套也將鐵心壓緊；當(dāng)加壓至成，緊機(jī)構(gòu)的左右夾緊塊和c頂出機(jī)構(gòu)的三只頂遍也郵House.All 3YA，上下缸帶動(dòng)所夾持工件下行，同時(shí)接通焊接高頻引弧開關(guān)，在銅合金起弧板上引燃電弧并執(zhí)行立向上焊操作；下行焊接至收弧板時(shí)碰到行程開關(guān)1KX，熄弧、1YA和3YA斷電，工件停止運(yùn)動(dòng)，同時(shí)接通2YA上缸執(zhí)行快速回程；上缸復(fù)位后接通2KX此時(shí)2YA斷電、上缸停，4YA接通下缸帶動(dòng)工件返回（頂出）至接通3KX下缸在原位停（復(fù)位），取下工件，一個(gè)焊接循環(huán)結(jié)束。油路系統(tǒng)參見YB32200型液壓機(jī)系統(tǒng)圖。

　　微電機(jī)殼體采用卷筒焊接方法生產(chǎn)，具有制造工藝簡單，材料利用率高，生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)周期短，重量輕等特點(diǎn)。以下介紹一種采用TG自動(dòng)焊卷筒式機(jī)殼的全自動(dòng)焊機(jī)技術(shù)特點(diǎn)。

　　1焊接工藝及自動(dòng)焊機(jī)結(jié)構(gòu)原理微電機(jī)鋼板殼體是以薄壁（2mm左右）冷乳拉伸鋼板為原料經(jīng)下料、卷圓后，焊接加工制成。冷乳鋼板可焊性良好，采用TG焊接方法可以在合理的焊接電流和焊接速度匹配條件下得到良好的焊縫成形，尤其是在焊縫背面通保護(hù)氣體時(shí)，單面焊雙面成形，焊接效果更佳。自動(dòng)焊接工藝要求工件保證嚴(yán)格的下料尺寸，確保經(jīng)卷圓和焊前對(duì)中后基本無接縫間隙，以此保證不加焊絲TG焊也可獲得良好焊縫成形。

　　自動(dòng)焊機(jī)主要由焊接電源、機(jī)械部分和控制部分三部分組成：焊接電源可采用市售手工鎢極氬弧焊電源（如WS系列），最好是帶有遞增、衰減功能，這樣再與引弧、收弧塊的綜合作用下電機(jī)外殼兩端頭焊縫成形更佳；幾械部分是用來執(zhí)行保證焊縫的質(zhì)量和完成自動(dòng)焊接過程各項(xiàng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)（包括承載放置零件，對(duì)中，夾緊，焊接，放松，頂出等）功能，主要由氣動(dòng)元器件、電機(jī)和部分機(jī)械加工件組成；控制部分用來調(diào)控各項(xiàng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)過程準(zhǔn)確無誤地執(zhí)行，最終得到滿意的焊接零件，通過PLC控制器實(shí)現(xiàn)。

　　機(jī)械裝置主要包括四部分：對(duì)中機(jī)構(gòu)（使焊縫接口準(zhǔn)確位于焊接位置上）夾緊機(jī)構(gòu)，（在焊接過程保證接口貼合和防止變形而影響焊接質(zhì)量）行走機(jī)構(gòu)，（驅(qū)動(dòng)焊槍對(duì)準(zhǔn)焊縫穩(wěn)定行走，完成自動(dòng)焊接過程）。芯軸及頂出機(jī)構(gòu)（焊件定位、焊后頂出焊件）。對(duì)中機(jī)構(gòu)所采用的對(duì)中定位板工作由上下和左右兩只氣缸的復(fù)合運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)下完出桿的運(yùn)動(dòng)分別由三只氣缸驅(qū)動(dòng)執(zhí)行：焊槍行走機(jī)構(gòu)是由可無級(jí)調(diào)速電機(jī)經(jīng)同步齒形帶帶動(dòng)絲桿絲母裝置實(shí)現(xiàn)焊槍的無級(jí)變速直線運(yùn)動(dòng)，芯軸對(duì)焊件起定位支撐作用，軸體上加工有四道工藝槽。芯軸正上方為定位槽，定位板在定位時(shí)，插入定位槽。槽中心與焊縫相對(duì)應(yīng)，槽中鑲?cè)霂в型饪椎你~合金墊塊，以便通入背面保護(hù)氣體，這樣在焊接時(shí)，既可避免芯軸和殼體粘連在一起又可以更好地保證工件背面焊縫成形。除定位槽外，另三條互成120°的槽是為焊件的頂出設(shè)計(jì)的頂出桿通道，使頂桿能夠頂出鋼筒。

　　芯軸的尺寸可隨所要加工的工件的尺寸而變化的。芯軸的外徑與焊件的內(nèi)徑相等，軸體長度比工件稍長，定位槽中銅鑲塊長度大于工件長度可起到TG焊時(shí)的引弧板收弧板作用。

　　2自動(dòng)焊控制方法焊機(jī)的結(jié)構(gòu)原理表明焊接自動(dòng)化過程的實(shí)現(xiàn)主要由氣缸、電機(jī)、調(diào)速裝置和PLC等元器件組成的系統(tǒng)完成，可見其自動(dòng)化過程成本不高，而其性能可靠又適用于其它縱縫焊接產(chǎn)品的快速工藝控制設(shè)置，是一種低成本自動(dòng)焊接裝置。PLC控制器工作可靠、設(shè)定程序方便的特點(diǎn)，完成相應(yīng)電氣控制功能。分析可知，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接功能和相應(yīng)的手動(dòng)控制功能需要PLC至少有12個(gè)輸入端口和8個(gè)輸出端口，為此選用C20控制器（其IO為16/12）。按工藝要求編制相應(yīng)程序和接口聯(lián)線即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制要求。

　　在進(jìn)行自動(dòng)焊接前，首先選擇自動(dòng)開關(guān)，將圈好的零件套在自動(dòng)焊機(jī)的芯軸上，按下啟動(dòng)按鈕，C 20妾到信號(hào)后，按編制好的程序自動(dòng)完成對(duì)中，使用航空插頭從電動(dòng)機(jī)引出；也可將保護(hù)器安裝在電動(dòng)機(jī)的接線盒中實(shí)現(xiàn)一體化。

　　4監(jiān)視氣隙磁場保護(hù)交流電動(dòng)機(jī)的原理檢測(cè)線圈的感應(yīng)電壓反映相應(yīng)位置上旋轉(zhuǎn)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，然后由保護(hù)器對(duì)檢測(cè)線圈的感應(yīng)電壓進(jìn)行監(jiān)視。

　　1過載、缺相和欠壓保護(hù)過載保護(hù)的原理是：若電源電壓一定，隨著電動(dòng)機(jī)負(fù)載增大，定子漏阻抗壓降增大，反電勢(shì)減小，氣隙磁通也減小，于是檢測(cè)線圈的感應(yīng)電壓也隨之下降。當(dāng)檢測(cè)線圈的感應(yīng)電壓降低到設(shè)定值時(shí)，保護(hù)器發(fā)出保護(hù)信號(hào)。

　　當(dāng)三相交流電動(dòng)機(jī)發(fā)生缺相故障時(shí)，電動(dòng)機(jī)內(nèi)部各處氣隙磁通均不同程度地減弱，試驗(yàn)表明，即使在空載情況下，無論發(fā)生哪種形式的缺相故障，三相檢測(cè)線圈感應(yīng)電壓中，至少有一個(gè)感應(yīng)電壓低于電動(dòng)機(jī)正常滿載工作情況下的檢測(cè)線圈感應(yīng)電壓，并且隨著負(fù)載增加，該感應(yīng)電壓將大幅度下降。對(duì)三相檢測(cè)線圈感應(yīng)電壓的降低予以分別監(jiān)視，就可以實(shí)現(xiàn)過載和缺相保護(hù)。

　　通過對(duì)檢測(cè)線圈感應(yīng)電壓幅值的監(jiān)視，還可以實(shí)現(xiàn)過壓、欠壓保護(hù)。

　　2定轉(zhuǎn)子不同心的保護(hù)定轉(zhuǎn)子不同心將導(dǎo)致同一相定子繞組在不同極相組對(duì)應(yīng)位置上的氣隙磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度不相等，其差值是隨各極相組對(duì)應(yīng)位置上氣隙長度差別的增大而增大的。監(jiān)視對(duì)應(yīng)同一相定子繞組不同極相組的檢測(cè)線圈感應(yīng)電壓的差值，即可實(shí)現(xiàn)定轉(zhuǎn)子不同心保護(hù)。屬于同一相的檢測(cè)線圈按感應(yīng)電壓相減的方向連接，即可得到所需的感應(yīng)電壓的差值。

　　表1是2201W三相交流電動(dòng)機(jī)當(dāng)定轉(zhuǎn)子不同心時(shí)，檢測(cè)線圈感應(yīng)電壓差值的變化情況。

　　表1定轉(zhuǎn)子不同心時(shí)檢測(cè)線圈感應(yīng)電壓差值的變化偏心情況感應(yīng)電壓的差值/V正常偏心（最小氣隙是正常氣隙的50%）3錯(cuò)相保護(hù)通過對(duì)三相檢測(cè)線圈感應(yīng)電壓相序的判斷，可實(shí)現(xiàn)錯(cuò)相保護(hù)。

　　常州太平洋自動(dòng)化技術(shù)有限公司已成功開發(fā)出BH2080電動(dòng)機(jī)磨損狀態(tài)監(jiān)測(cè)報(bào)警儀和BH2090智能化電動(dòng)機(jī)多功能保護(hù)器。

　　電動(dòng)機(jī)磨損狀態(tài)監(jiān)測(cè)報(bào)警儀采用高速智能芯片、液晶點(diǎn)陣顯示屏，可對(duì)比顯示三相感應(yīng)電壓差值的原始正常值和實(shí)時(shí)變化值，可用曲線的形式顯示偏心程度的變化趨勢(shì)，可與計(jì)算機(jī)通訊。該儀表經(jīng)實(shí)際使用，取得很好的效果，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)磨損狀態(tài)的早期監(jiān)測(cè)。

　　電動(dòng)機(jī)多功能保護(hù)器采用高速智能芯片為主控單元，可顯示感應(yīng)電壓的實(shí)時(shí)值和設(shè)定值，顯示電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和故障情況，由于采用了先進(jìn)的自適應(yīng)控制技術(shù)，可自動(dòng)完成信號(hào)處理電路的增益調(diào)整控制，保護(hù)器對(duì)各種型號(hào)、容量、電壓等級(jí)的三相交流電動(dòng)機(jī)通用，并且調(diào)整設(shè)定簡單方便，動(dòng)作準(zhǔn)確可靠，為保障電動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行提供了另一個(gè)有效的保護(hù)手段。