马达换向器自动焊接设备的设计与开发

摘 要：针对马达生产过程中的换向器焊接生产工序，设计开发了一套自动化焊接设备，实现焊接的自动化和机械化，解决生产效率低和人工焊接烟尘危害暴露的问题。本马达换向器焊接设备，包括工作台、夹持组件、焊接组件、焊枪组件、物料输送组件，具有提高换向器焊接过程的便捷性、连贯性和焊接效率的优点，完全替代人工作业，并极大的提高了产品质量和作业效率。

关键词：马达;换向器;焊接设备

1 背景介绍

在马达的生产过程中，马达转子的绕组与换向器之间需要导电连接，连接方式为：马达转子的转轴、转子绕组的引出线绕过对应的连接脚并固定。但是，由于无论是绕线还是引出线，都是漆包线，其表面的漆膜是绝缘材料;此外，单纯的依靠绕线连接，引出线与换向器的连接脚之间的连接强度不足，所以需要对其进行焊接。传统的焊接是人工作业，生产效率低、产品一致性差，且焊接过程的烟尘对作业人员造成身体损害[1]。针对传统换向器焊接作业中存在的问题，设计开发了本马达换向器自动焊接设备。

2设计方案及工作原理

2.1 整体设计方案

如图1～图3所示，马达换向器自动焊接设备包括：工作台、第一夹持组件和焊接装置;第一夹持组件安设于工作台上;第一夹持组件包括第一夹持装置和用于控制第一夹持装置旋转运动的第一旋转装置;第一夹持装置用于夹持转子轴;焊接装置安设于工作台上，焊接装置用于焊接换向器的连接脚。通过设置第一夹持装置，利用第一夹持装置夹持转子轴;通过设置第一旋转装置且通过第一旋转装置控制第一夹持装置转动，实现转子轴相对工作台的转动，进一步地实现换向器的转动;通过设置焊接装置，焊接装置与第一夹持组件配合，通过第一夹持组件夹持并控制换向器的转动，实现焊接装置对换向器的每个连接脚进行焊接，提高了焊接过程的便捷性、连贯性和焊接效率。

2.2 工作原理

马达转向器自动焊接设备的工作原理如下：首先，装有转子轴的换向器通过输送装置输送至上料装置旁侧;然后，机械臂将转子轴的两端放置于第一夹持装置和第二夹持装置;随后，第一夹持装置和第二夹持装置分别夹持转子轴的两端，并在第一旋转装置和第二旋转装置的作用下分别控制第一夹持装置和第二夹持装置转动，从而控制换向器的转动;最后，焊接装置对换向器的连接脚进行焊接，随着换向器的转动，每个连接脚均被焊接。

3关键装置和组件设计

3.1焊接装置

焊接装置包括第一机架、焊接组件和驱动焊接组件升降运动的驱动组件;驱动组件安设于第一机架上。如此，通过驱动组件控制焊接组件的升降运动，实现对换向器的每个连接脚的焊接，提高焊接的连贯性。

驱动组件包括升降装置、滑块和呈竖直方向设置的导轨;滑块与导轨滑动连接;升降装置的本体与第一机架连接，升降装置的输出端与焊接组件连接。如此，通过设置导轨、滑块和升降装置，保证焊接组件沿导轨升降运动，提高焊接的连贯性。

焊接组件包括安装架和焊枪;安装架与滑块连接;焊枪安设于安装架上。如此，通过设置安装架且焊枪通过安装架安装于滑块上，实现焊枪的升降运动。

3.2 焊枪组件

焊枪具有激光照射部，其照射激光;可见光用传感器，其检测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见光的发光强度;以及控制部，其能够将激光照射部的动作在照射激光焊接换向器的连接脚的焊接模式和作为检查光向焊接部再次照射激光的检查模式之间切换，控制部在焊接模式之后将激光照射部的动作切换到检查模式，并自激光照射部作为检查光向焊接部再次照射激光;而且，基于可见光用传感器的检测信号、并基于通过照射检查光而自焊接部放射的可见光的发光强度的变化检测焊接后产生的孔。

焊枪上还设有高速摄像机和处理器;处理器包括图像预处理模块、边缘特征提取模块和边缘特征增强模块;图像预处理模块用于对焊接部位产生的焊缝灰度图像进行降噪，边缘特征提取模块用于对焊缝图像进行边缘检测，边缘特征增强模块用于对边缘检测图像并提高边缘连续性。通过以上模块对照片进行处理，实现对焊接质量的自动判断。

3.3 输送料单元和夹持装置

马达换向器自动焊接设备还包括输送装置和上料装置。输送装置用于输送换向器，上料装置用于夹持位于输送装置上的换向器并输送至第一夹持装置。输送装置、上料装置和工作台沿换向器的输送方向依次设置。如此，通过设有输送装置和上料装置，利用输送装置将待焊接的换向器传送至指定位置，并通过上料装置将待焊接的换向器输送至第一夹持装置。利用输送装置和上料装置代替了人工劳动力，提高了换向器的输送效率。

输送装置包括第二机架、传动带、主传动轴、副传动轴和用于驱动主传动轴转动的驱动装置;主传动轴和副传动轴均转动连接于第二机架上，主传动轴和副传动轴呈平行设置，传动带绕设于主传动轴和副传动轴上;驱动装置安设于第二机架上。如此，通过设置传动带，保证换向器的稳定传送。

工作台上还设有第二夹持组件，第二夹持组件安设于工作台上;第二夹持组件包括第二夹持装置和用于控制第二夹持装置旋转的第二旋转装置;第二夹持装置用于夹持转子轴远离第一夹持装置的一端，第二夹持装置与第一夹持装置同步运动。如此，通过设有第二夹持组件，利用第二夹持组件与第一夹持组件的配合，提高换向器夹持和转动时的稳定性，提高焊接精度。

上料装置包括操控台和设于操控台上的机械臂，机械臂与操控台通信连接;机械臂用于夹持位于输送装置上的换向器并輸送至第一夹持装置。如此，通过设置机械臂，代替了人工将换向器放置于第一夹持装置上。

第一夹持装置和第二夹持装置位于同一直线上。如此，保证转子轴的稳固夹持且不产生偏移，保证焊接精度。

工作台上设有滑轨且滑轨的一端朝第一夹持组件延伸，第二夹持组件与滑轨滑动连接。如此，通过设置滑轨，实现第一夹持组件和第二夹持组件之间间距的调节，从而满足不同尺寸转子轴的夹持。

4 结语

针对马达换向器生产中焊接作业的特点，设计开发一款高度集成、高生产效率的马达转向器自动焊接设备。解决了人工焊接生产效率低、产品一致性差、烟尘危害的问题，且极大的提高生产效率，降低制造成本，提高产品的市场竞争力。

参考文献

[1]任效乾，王荣祥.焊接烟尘的危害及防治措施[J].矿山机械，2000（6）：68-69.

作者简介：

王书方，1985.7.27，女，河南开封，汉族，研究生，科技经理，佛山市顺德区蚬华多媒体制品有限公司，研究方向：机械设计。