馬達換向器自動焊接設備的設計與開發

摘 要：針對馬達生產過程中的換向器焊接生產工序，設計開發了一套自動化焊接設備，實現焊接的自動化和機械化，解決生產效率低和人工焊接煙塵危害暴露的問題。本馬達換向器焊接設備，包括工作臺、夾持組件、焊接組件、焊槍組件、物料輸送組件，具有提高換向器焊接過程的便捷性、連貫性和焊接效率的優點，完全替代人工作業，并極大的提高了產品質量和作業效率。

關鍵詞：馬達;換向器;焊接設備

1 背景介紹

在馬達的生產過程中，馬達轉子的繞組與換向器之間需要導電連接，連接方式為：馬達轉子的轉軸、轉子繞組的引出線繞過對應的連接腳并固定。但是，由于無論是繞線還是引出線，都是漆包線，其表面的漆膜是絕緣材料;此外，單純的依靠繞線連接，引出線與換向器的連接腳之間的連接強度不足，所以需要對其進行焊接。傳統的焊接是人工作業，生產效率低、產品一致性差，且焊接過程的煙塵對作業人員造成身體損害[1]。針對傳統換向器焊接作業中存在的問題，設計開發了本馬達換向器自動焊接設備。

2設計方案及工作原理

2.1 整體設計方案

如圖1～圖3所示，馬達換向器自動焊接設備包括：工作臺、第一夾持組件和焊接裝置;第一夾持組件安設于工作臺上;第一夾持組件包括第一夾持裝置和用于控制第一夾持裝置旋轉運動的第一旋轉裝置;第一夾持裝置用于夾持轉子軸;焊接裝置安設于工作臺上，焊接裝置用于焊接換向器的連接腳。通過設置第一夾持裝置，利用第一夾持裝置夾持轉子軸;通過設置第一旋轉裝置且通過第一旋轉裝置控制第一夾持裝置轉動，實現轉子軸相對工作臺的轉動，進一步地實現換向器的轉動;通過設置焊接裝置，焊接裝置與第一夾持組件配合，通過第一夾持組件夾持并控制換向器的轉動，實現焊接裝置對換向器的每個連接腳進行焊接，提高了焊接過程的便捷性、連貫性和焊接效率。

2.2 工作原理

馬達轉向器自動焊接設備的工作原理如下：首先，裝有轉子軸的換向器通過輸送裝置輸送至上料裝置旁側;然后，機械臂將轉子軸的兩端放置于第一夾持裝置和第二夾持裝置;隨后，第一夾持裝置和第二夾持裝置分別夾持轉子軸的兩端，并在第一旋轉裝置和第二旋轉裝置的作用下分別控制第一夾持裝置和第二夾持裝置轉動，從而控制換向器的轉動;最后，焊接裝置對換向器的連接腳進行焊接，隨著換向器的轉動，每個連接腳均被焊接。

3關鍵裝置和組件設計

3.1焊接裝置

焊接裝置包括第一機架、焊接組件和驅動焊接組件升降運動的驅動組件;驅動組件安設于第一機架上。如此，通過驅動組件控制焊接組件的升降運動，實現對換向器的每個連接腳的焊接，提高焊接的連貫性。

驅動組件包括升降裝置、滑塊和呈豎直方向設置的導軌;滑塊與導軌滑動連接;升降裝置的本體與第一機架連接，升降裝置的輸出端與焊接組件連接。如此，通過設置導軌、滑塊和升降裝置，保證焊接組件沿導軌升降運動，提高焊接的連貫性。

焊接組件包括安裝架和焊槍;安裝架與滑塊連接;焊槍安設于安裝架上。如此，通過設置安裝架且焊槍通過安裝架安裝于滑塊上，實現焊槍的升降運動。

3.2 焊槍組件

焊槍具有激光照射部，其照射激光;可見光用傳感器，其檢測自利用自激光照射部照射的激光焊接而成的焊接部放射的可見光的發光強度;以及控制部，其能夠將激光照射部的動作在照射激光焊接換向器的連接腳的焊接模式和作為檢查光向焊接部再次照射激光的檢查模式之間切換，控制部在焊接模式之后將激光照射部的動作切換到檢查模式，并自激光照射部作為檢查光向焊接部再次照射激光;而且，基于可見光用傳感器的檢測信號、并基于通過照射檢查光而自焊接部放射的可見光的發光強度的變化檢測焊接后產生的孔。

焊槍上還設有高速攝像機和處理器;處理器包括圖像預處理模塊、邊緣特征提取模塊和邊緣特征增強模塊;圖像預處理模塊用于對焊接部位產生的焊縫灰度圖像進行降噪，邊緣特征提取模塊用于對焊縫圖像進行邊緣檢測，邊緣特征增強模塊用于對邊緣檢測圖像并提高邊緣連續性。通過以上模塊對照片進行處理，實現對焊接質量的自動判斷。

3.3 輸送料單元和夾持裝置

馬達換向器自動焊接設備還包括輸送裝置和上料裝置。輸送裝置用于輸送換向器，上料裝置用于夾持位于輸送裝置上的換向器并輸送至第一夾持裝置。輸送裝置、上料裝置和工作臺沿換向器的輸送方向依次設置。如此，通過設有輸送裝置和上料裝置，利用輸送裝置將待焊接的換向器傳送至指定位置，并通過上料裝置將待焊接的換向器輸送至第一夾持裝置。利用輸送裝置和上料裝置代替了人工勞動力，提高了換向器的輸送效率。

輸送裝置包括第二機架、傳動帶、主傳動軸、副傳動軸和用于驅動主傳動軸轉動的驅動裝置;主傳動軸和副傳動軸均轉動連接于第二機架上，主傳動軸和副傳動軸呈平行設置，傳動帶繞設于主傳動軸和副傳動軸上;驅動裝置安設于第二機架上。如此，通過設置傳動帶，保證換向器的穩定傳送。

工作臺上還設有第二夾持組件，第二夾持組件安設于工作臺上;第二夾持組件包括第二夾持裝置和用于控制第二夾持裝置旋轉的第二旋轉裝置;第二夾持裝置用于夾持轉子軸遠離第一夾持裝置的一端，第二夾持裝置與第一夾持裝置同步運動。如此，通過設有第二夾持組件，利用第二夾持組件與第一夾持組件的配合，提高換向器夾持和轉動時的穩定性，提高焊接精度。

上料裝置包括操控臺和設于操控臺上的機械臂，機械臂與操控臺通信連接;機械臂用于夾持位于輸送裝置上的換向器并輸送至第一夾持裝置。如此，通過設置機械臂，代替了人工將換向器放置于第一夾持裝置上。

第一夾持裝置和第二夾持裝置位于同一直線上。如此，保證轉子軸的穩固夾持且不產生偏移，保證焊接精度。

工作臺上設有滑軌且滑軌的一端朝第一夾持組件延伸，第二夾持組件與滑軌滑動連接。如此，通過設置滑軌，實現第一夾持組件和第二夾持組件之間間距的調節，從而滿足不同尺寸轉子軸的夾持。

4 結語

針對馬達換向器生產中焊接作業的特點，設計開發一款高度集成、高生產效率的馬達轉向器自動焊接設備。解決了人工焊接生產效率低、產品一致性差、煙塵危害的問題，且極大的提高生產效率，降低制造成本，提高產品的市場競爭力。

參考文獻

[1]任效乾，王榮祥.焊接煙塵的危害及防治措施[J].礦山機械，2000（6）：68-69.

作者簡介：

王書方，1985.7.27，女，河南開封，漢族，研究生，科技經理，佛山市順德區蜆華多媒體制品有限公司，研究方向：機械設計。