【毕业论文】焊接机器人手部结构及其电控系统设计

焊接机器人手部结构及电控系统设计 摘 要 焊接机器人在国民经济中发挥着不可替代的重要作用。焊接机器人的应用，不但改善了劳动环境、减轻劳动强度，而且提高焊接机器人工作的稳定性和焊接产品质量的一致性，这对于保证批量生产的产品焊接质量至关重要的。焊接质量是焊接过程中一个重要问题，送丝系统的稳定 性和可靠性直接影响着提高送丝系统性能的主要途径是通过改进送丝机的硬件性能和改进送丝机的控制方法。本文介绍择焊接参数，设计焊接机器人手部结构。通过调速系统调节送丝速度，对比几种送丝调速电路，选用电枢电压负反馈控制方式，送丝电机采用印刷直流电动机，其输出特性平直，稳定性较好，动态响应能力较快，可实现快速调节送丝速度，达到稳定、低速，保证焊接质量。 关键词 ：焊接机器人，送丝机，印刷电机，送丝装置，调速 an in of of of of of is of to is of of to s is s s to of of s ia of of of is of of of 录 第一章 前 言.题背景. 工业机器人的发展历程 . 1 接机器人技术的发展现状和应用 . 2 接机器人的研究意义 . 3 弧焊机器人介绍 . 4 究内容. 研究基本内容 . 任务内容要求 .二章 焊接方案设计.氧化碳气体保护焊焊接参数的选择. 焊丝直径 . 8 接电流 . 8 弧电压 . 9 接速度 . 9 丝干伸长 . 10 . . 引弧与收弧工艺要求. 对电源特性的要求 . 16 送丝机的要求 . 19 焊机控制系统的要求.三章 焊接机器人手部结构设计.接机器人送丝机构总体设计方案.丝机. 送丝电动机 . 24 速箱 . 25 丝滚轮 . 26 焊丝盘 .枪.丝软管.四章 焊接机器人手部电控系统设计.控系统总体设计.源电路. 电源主电路 . 30 源控制电路 . 30 丝调速系统. 典型的送丝电路 . 36 丝机调速电路 . 39 他控制系统.五章 经济分析报告.考文献. 谢. 44 一章 前 言 题背景 业机器人的发展历程 工业机器人是机器人中数量和种类最多的一种机器人，广泛用于工业领域的各行各业。也是形成机器人产业的一种机器人。工业机器人一般由机械本体、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置等构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备，特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量、生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。 工业机器人并不是简单意义上代替人的劳动，它既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又具有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器进化过程的产物。 工业机器人的应用领域非常广泛，主要用于生产制造过程中的焊接、切割、装配、喷漆、搬运、包装、产品检验等，目前在汽车制造业生产线上服役的工业机器人占总体数量的一半以上。 工业机器人技术是当今世界最引人瞩目的高新产业之一。工业机器人应用情况是一个国家工业自动化水平的重要标志。许多国家都把发展工业机器人作为高技术领域的战略目标列入国家发展计划，但各国的发展模式有所不同。美国是最早出现工业机器人的国家，1954 年美国的 G.沃尔发表了“通用重复型机器人”的专利论文，第一次提出“工业机器人”和“示教再现”的概念。1959 年美国 司推出第一台工业机器人如图11967年日本从美国引进 类型的工业机器人，采取一系列鼓励使用工业机器人的措施，率先在汽车制造业的喷涂、焊接、装配等重要工序中得到应用。并以此为契机，向其它产业渗透。日本仅用了 10 年左右的时间，便形成了自己的机器人产业，成为世界上应用和生产机器人最多的国家，其工业机器人的安装数量占全世界的60%。 而我国开发工业机器人晚于美国和日本，但也已有 20 多年的发展历史，并在“七五”期间对工业机器人进行了攻关，由于部门分割等缘故，所研制的220台机器人中竟然有 80 多个类型，所以工业机器人一直没有形成规模，很多停留在样机水平上，距产品规模化还有相当的差距。随着国家经济形势的发展，对高技术的要求也发生了变化，我国于1986年将发展机器人列入国家“863”高科技1焊接机器人手部结构及电控系统设计 计划。在国家“863”计划实施五周年之际，邓小平同志提出了“发展高科技，实现产业化”的目标。以后又列入国家“八五”和“九五”中。在国家的组织和支持下持续努力，在机器人的基础技术、控制技术、关键元器件等方面取得了重大进展，并形成了适合我国国情的工业机器人应用领域。 图 1一台工业机器人 接机器人技术的发展现状和应用 焊接加工一方面要求焊工要有熟练的操作技能、丰富的实践经验、稳定的焊接水平；另一方面，焊接又是一种劳动条件差、烟尘多、热辐射大、危险性高的工作。工业机器人的出现使人们首先想到用它代替人的手工焊接，减轻焊工的劳动强度，同时也可以保证焊接质量和提高焊接效率。 从世界上工业机器人应用的统计来看,主要应用领域是焊接,尤其是汽车生产国,焊接机器人已占总数的百分之四十以上。世界著名大汽车厂的焊接生产线都已普遍使用焊接机器人。例如，人们当初把机器人用于福特公司、通用汽车公司的汽车车体点焊工程，1967年，日本也将机器人大量引入汽车行业。 在引进国外技术的基础上，中国于20世纪70年代末开始研究焊接机器人。1985 年哈尔滨工业大学研制成功我国第一台 研究所和华南理工大学联合为天津自行车二厂研制出了焊接自行车前三脚架的 弧焊车身的点焊机器人。上海交通大学研制的“上海” 、 “上海2号”示教人也都具有弧焊和点2焊接机器人手部结构及电控系统设计 焊的功能。20世纪90年代末，广东焊接研究所等开发制造并投入运行的中国第产线上。轿车车身焊装生产线上也应用了 机器人技术。1997 年首钢日本并于当年年底推出了第一批国内生产的机器人，其中主要产品是焊接机器人。中国机械工程学会焊接学会和中国焊接协会进行了一次比较全面的焊接机器人在制造业中应用情况调查焊接机器人已得到广泛应用。 由于弧焊机器人在工业中的应用广泛，而且在焊接领域中起到非常大的作用，因此，对弧焊机器人的研究又极其重大的意义；机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。 接机器人的研究意义 21 世纪世界经济结构正在发生重大而深 刻的变革，但制造业依然是世界各发达与发展中国家加快经济发展、提高国家综合竞争力的重要途径。我国是一个制造业大国，尚处于工业化进程之中，在未来相当长的时期里，制造业仍将在国民经济中占主导地位。在新一轮国际产业结构调整中，我国正逐步成为世界最重要的制造业基地之一。然而我国装备制造业的整体水平与发达国家相比尚有较大的差距，尤其是在战略必争的装备技术与竞争前沿核心技术、基础制造装备与成套关键装备制造技术等方面差距更大，这种差距又主要体现在先进装备的自主设计与独立制造能力差，成套与系统集成、优化能力差，技术创新和集成创新能力差。这些差距已经成为制约我国制造业乃至其他行业经济发展的关键瓶颈问题之一。 21 世纪基础制造装备的水平主要体现在 高精度、高效率、低成本和高柔性等几个方面。高效率、高精度工艺的一个典型例子是精密成形技术，其目的是尽量减少切削，甚至免除切削，减少原材料的浪费，同时提高制造效率。精密成形技术在工业发达国家已得到广泛应用。柔性自动化仍是机床业发展的重要趋势之一。柔性自动化的进一步发展是敏捷生产设备。为适应敏捷生产模式，人们正在探求设备自身的结构重组以及生产单元的动态重组问题。 另外，国外在大型、成套装备方面有很大优势，并且在成套装备的高技术化方面，取得了巨大的进展，已经实现了数控化、柔性自动化，并大量采用工业机器人，正向着智能化、集成化的方向发展。随着我国加入备制造业从来3焊接机器人手部结构及电控系统设计 没有像今天这样直接地面对国际同行的有力竞争和挑战。如何适应激烈的国际竞争和快速变化的世界市场需求，不断以高质量、低成本、快速响应的手段在新的市场竞争中求得生存和发展，已是我国装备制造业不容回避的问题。同时加入为我们提供了前所未有的机遇，我们必须抓住机遇迎头赶上。 在“ 十五”期间，我国曾把包括焊接机 器人在内的示教再现型工业机器人的产业化关键技术作为重点研究内容之一，其中包括焊接机器人。弧焊与点焊机器人作为负载不同的一个系列机器人，可兼作弧焊、点焊、搬运、装配、切割作业产品的标准化、通用化、模块化、系列化设计；弧焊机器人用激光视觉焊缝跟踪装置的开发，激光发射器的选用， 像系统，视觉图像处理技术，视觉跟踪与机器人协调控制；焊接机器人的离线示教编程及工作站系统动态仿真等。 在新的历史时期，面对新的机遇和挑战，只有一方面紧跟世界科技发展的潮流，研究与开发具有自主知识产权的基础制造装备；另一方面，仍然通过引进和消化，吸收一些现有的先进技术，尽快缩短和别人的差距。并通过应用研究和二次开发，实现技术创新和关键设备的产业化，提高我国制造业在国际舞台上的地位。 工业机器人是典型的机电一体化的高技术产品 ,在许多生产领域对提高生产的自动化水平 ,提高劳动生产率、产品质量、经济效益 ,及改善工人作业条件等方面起到不可替代的作用。许多劳动条件恶劣 ,要求生产质量稳定的场合使用工业机器人是社会发展的必然趋势。国外工业机器人技术已经趋于成熟 ,应用领域相当普及 ,已制作出各种型号的机器人 ,可 完成点焊 ,弧焊 ,切割 ,搬运 ,装配等各种工作。但在我国 ,工业机器人的应用还只在起步阶段 ,离工业机器人在我国工业生产中广泛应用还有较长的一段距离。为尽快缩短与工业先进国家在工业机器人应用方面的差距 ,目前许多大专院校和科研单位不断地进行着研究、探索和实践 ,经过多年的努力已经研制出 几种不同负荷的工业机器人样机 ,有的在工业生产中得到了部分应用 ,但都没有达到能够进行工业化生产的程度。 弧焊机器人介绍 首钢莫托曼机器人有限公司生产和销售用于汽车、摩托车、工程机械、化工、家电、建筑等行业的各类机器人（焊接、装配、喷漆、涂胶、切割、搬运和研磨用途） 、机器人工作站和大中型柔性生产线，并为用户提供各种周边设备、零部件和各项完善的技术服务。该公司为了适应未来中国汽车工业、摩托车工业及其他工业高速发展的需求，将以先进的高技术为依托，为用户提供高品质、多功能4焊接机器人手部结构及电控系统设计 的 列机器人，其中 机器人是一种弧焊机器人。如图1 图 1托曼焊接机器人 究内容 究基本内容 由于本文设计的焊接机器人是在莫托曼研制的焊接机器人 基础上，研究 器人的手部结构和电控系统。根据焊接机器人工作环境、受力情况等设计焊接机器人送丝机构的基本结构，选取该机构中所用到的送丝电机、减速箱、送丝滚轮等零部件，及焊接机器人手部电控系统。 务内容要求 （1）设计的机器人基本参数要求如下： 焊接机器人身高：1500-2000 5焊接机器人手部结构及电控系统设计 使用交流永磁式伺服电机 : 焊接的型式为弧焊, 弧上中心点是处于焊接机器人运动的最佳位置. （2）说明部分 编写开题报告一份 翻译外文一份，查阅外文资料，译文不少于2万字符； 编写论文一份，其中包括： A设计目的及设计任务； B论文综述；查阅中外有关资料和专利，综述相关内容； C手部结构设计； D手部电控系统设计：包括送丝机构系统等设计； （3）计算部分 焊接机器人手部结构的必要计算。 （4）绘图部分 焊接机器人手部结构装配图一张（0#）； 零件图若干张 电控图若干张 6焊接机器人手部结构及电控系统设计 第二章 焊接方案设计 接方法的选择 电弧焊（是利用电弧作为热源的熔焊方法，简称弧焊。图 2弧焊方法 1. 气体保护电弧焊： 气体保护电弧焊（是用外加气体作为电弧介质保护电弧和焊接区的电弧焊，它是应用非常广泛的一类电弧焊方法。能够用作保护气的气体主要有氦气、氩气、二氧化碳气，还有一些其它的气体和一些混合气体也可以用作焊接或切割的保护气。 2. 氩弧焊： 氩弧焊虽然可以焊接所有的金属但是它引弧困难，存在较强的阴性清理作7焊接机器人手部结构及电控系统设计 用，严格的焊前清理，也较为复杂。 3. 二氧化碳气体保护焊： 二氧化碳气体保护焊是利用二氧化碳气体作为保护气的气体保护电弧焊，简称种方法具有生产率高（比焊条电弧焊高 13 倍）、成本低（是埋弧焊和焊条电弧焊的40%50%）、焊接质量好的特点，被广泛地应用在汽车制造、石油化工及造船等工业中。 有取代或部分取代焊条电弧焊的趋势。 4. 药芯焊丝药芯焊丝用药芯焊丝后，由于药芯焊剂的成分改变了纯而可以减少飞溅，且飞溅的颗粒细小容易清除。又因焊池表面有熔渣覆盖，所以焊缝成形类似于焊条电弧焊，比用纯是药芯焊丝也有不足之处，如焊丝制造过程复杂；送丝较实芯焊丝困难，需采用降低送丝压力的送丝机构；焊丝外表容易锈蚀，粉剂易吸潮，因此要对焊丝的保存严加管理。 所以最终选择设计过程中尽量减少飞溅。 氧化碳气体保护焊焊接参数的选择 同坡口形式和各种厚度焊件的焊接。如果不正确地选择焊接参数，将引起各种焊接缺陷，增加工时和降低工作功率。 接电流、电弧电压和焊接速度等。 丝直径 根据焊件的情况，首先应选择合适的焊丝直径。各种直径的焊丝都有其使用的电流范围，细丝适用于较小的电流，而粗焊丝主要的熔滴过渡形式为潜弧射滴过渡，适用于厚板和填充焊缝。焊丝直径与电流范围的关系表见表2种直径焊丝合适的电流和电弧电压区间如图所示。从图中可以看到，小于 1. 用于薄板、打底焊 接电流 焊接电流与送丝速度成正比，也就是说送丝速度越快则电流也越大，反之亦然。 接电流对焊丝和焊件的熔化影响最大，也是影响焊深的主要因素。电流对焊丝熔化速度影响为：随着焊件8焊接机器人手部结构及电控系统设计 电流的增加，焊丝熔化速度也增大。其中细焊丝的熔化速度增大更快些，这是因为细丝产生的电阻热较大。 通常随着焊接电流增加，电弧电压也相应增加一些，所以随着电流的增加焊缝熔宽和余高略有增大，熔深增加更明显。 表 2焊丝直径与电流范围 焊丝直径/ 荐电流范围/ A 可能使用电流范围/ A 090 30180 0120 40200 0150 50250 080 60300 0350 70400 00500 150600 设定焊丝适应范围为 1. 1. 接电流范围 70500 弧电压 保持一定的弧长，随电流的增加，电弧电压也应增大，电弧电压的高低是由焊接电源调节的。电弧电压是决定焊缝熔宽的最主要的因素，因为电弧电压越高，电弧笼罩范围也越大，于是熔宽增加，而熔深、余高却减小。 电弧电压也反映了弧长的大小，电弧电压越高弧长也越大，则焊枪喷嘴到焊件的距离也越大，气体保护效果也变差，当电弧电压过高时易生成气孔。 接速度 在保持焊接电流和电弧电压一定的情况下，焊接速度加快则焊缝的熔深、熔宽和余高都减少，焊道成为凸形。焊接速度再加快，在焊趾部出现咬边。进一步提高焊速时将出现驼峰焊道，相反，焊速过低时，熔池中液态金属将流到电弧的前面，电弧在液态金属上面燃烧，从而使焊缝熔合不良形成未焊透。 通常半自动焊时，当焊接速度低于 15 cm/枪移动不易均匀，而在焊接速度达到 60，焊枪难以对准焊接线，所以通常焊接速度多为309焊接机器人手部结构及电控系统设计 丝干伸长 焊丝干伸长较大时，由于电阻热的作用是焊丝的熔化速度加快，但是焊丝干伸长过大时，将引起电弧不稳，飞溅增加，焊缝外观不良和产生气孔，导电嘴与焊件间的距离实际上反映了焊丝干伸长的大小，因焊丝干伸长难以测量，所以实际上只给出导电嘴距离的大小主要根据焊接电流决定，如表2当焊接电流小于250A 时，其间距为6焊接电流大于250 间距为15焊丝干伸长的大小还影响母材的热输入。当改变导电嘴接电流与熔深均发生变化。当该距离增大时，焊丝熔化速度加快，而焊缝熔深及焊接电流减少，根据这一特点在半自动焊接时焊工可以通过调节焊枪高度来调节热输入。 表 2丝干伸长与焊接电流的关系 焊接电流/A 导电嘴焊件间距/ 250 615 250 1525 接和收弧三个阶段。为获得高效与优质的焊接接头，就应保证每个阶段都能按照一定的工艺要求进行，而这些工艺过程是由焊接设备保证的。 为了获得良好的焊接质量，在焊接过程中应保持焊接参数，包括焊接电流、点弧电压和焊接速度恒定不变。为保证焊接过程稳定，也就是保证电流和电弧电压稳定，这是十分困难的，因为焊接过程中经常受到外界的扰动，而导致电流和电弧电压偏离预定值。外界扰动有弧长、电网电压等，尤其是弧长有 1-2 足以引起点弧电压较大的变化，而这一微小变化又是经常发生的，所以便克服外界干扰的影响，保持参数稳定及焊缝尺寸稳定。 为弧焊过程自身调节系统；另一类为电弧电压反馈调节系统。 1. 弧焊过程的自身调节系统 10焊接机器人手部结构及电控系统设计 （1）基本原理 弧焊过程的自身调节系统是由独立的送丝机构送进焊丝，其电路原理如图2图 2焊过程自身调节电路图 果过程稳定，也就是弧长不变时，焊接参数也保持不变，那么熔化速度以 就等于送丝速度。 假设在外界干扰作用下弧长发生了改变，弧长由丝熔化速度 也减小，而送丝速度样就破坏这一平衡关系使得 ，于是引起弧长减小时弧长自动恢复到原定长度 0，从而保持了规定的参数值，相反弧长受外界干扰而减小时，将发生相反的变化也能恢复到原规定长度见，这种恢复弧长的现象不是靠外界施加的强迫作用，而完全是有弧长变化所引起的焊接参数的变化使焊丝的熔化速度产生了相应的变化而自动调节弧长，故称为电弧自身调节作用。 （2）焊接参数的调整方法 等速送丝系统中，焊接电流主要由送丝速度决定，大体上成正比关系。理想自身调节静特性曲线接近于垂直电流（恒定电流），最大送丝速度 对应着最大电流 ，而最小送丝速度对应着最小电流 ，而电弧电压主要由电源外特性决定，在电弧自身调节系统中电源外特性应采用缓降或平的外特性，又电源外特性决定电弧电压的调节范围。 电弧电压反馈调节系统 电弧电压反馈调节系统主要用于粗丝11焊接机器人手部结构及电控系统设计 （1）基本原理 电弧电压反馈自动调节又称为均匀调节，其电路原理图如图2图 2弧电压反馈调节电路图 这时送丝电路与弧焊电源有关，送丝电动机的电枢电压直接受控于电弧电压。当系统受到外界干扰时（如弧长波动），将引起焊接参数的变化，这里是利用电弧电压作为反馈量并通过一个专门的自动调节装置强迫送丝速度发生变化。例如，弧长拉长时电弧电压增大，从而保持焊接参数恒定电弧电压反馈自动调节系统原理框图如图2图 2弧电压反馈自动调节系统原理图 给定电压一关系的表达式如下： )(= 式中： cm/sV） 12焊接机器人手部结构及电控系统设计 稳定的焊接过程中 ，这时 )( 保持不变，但受到外界干扰后发生变化也引起 变化，于是送丝速度 发生变化，最终使弧长维持稳定仍保持 。 这是一个典型的闭环控制系统，通过不断采集电压信号 作为被控制量，然后通过比较器、调节器和送丝机构调节送丝速度，从而达到调节弧长的目的。 ）弧压反馈调节系统的焊接参数调节方法 弧压反馈调节系统的焊机采用变速送丝与陡降特性焊接电源相配合，而在变速送丝系统中静特性接近于平行电流坐标轴的直线，因此这种自动调节系统中，调节电源外特性主要是为调节焊接电流，而调节给定电压主要是为调节电弧电压。 弧与收弧工艺要求 焊接过程中，不但要保证焊接是过渡稳定。而且还应确保引弧与收弧过程顺利，尤其是在短焊缝时更应注意引弧及收弧技术，否则将影响焊接效率和焊接质量。 1. 引弧技术 实现瞬时成功引弧，如图 2示。焊丝的端头与焊件相接触时，不希望在焊私欲导电嘴的接触点B 处附近烧断焊丝，而希望在焊丝端与焊件的接触点是引弧成功的必要条件。为此就要创造有利于在A 处烧断的条件。已知一个动态电阻，随着接触时间的延长，将急剧降低，所以必须提高短路电流上升速度然较大时达到较大的短路电流，以利于在则在使引弧失败。 焊引弧示意图 为了提高短路电流上升速度，从焊接回路分析影响最大的因素是在焊接回路中串入的直流电感 于该电感值较大，对电流又很强的抑制作用，这是13焊接机器人手部结构及电控系统设计 难以实现瞬时引弧，但是该电感对于减少焊接飞溅和稳定焊接过程又是必须的，所以实际焊机往往采取分时控制的方法，也就是在引弧时为小电感，而在焊接时又恢复为较大的电感值，具体实现方法如下： （1）逆变弧焊机 逆变弧焊机的工作频率高而直流电 感小，所以引弧时逆变弧焊机的于 焊丝的CO 到引弧所需电流（600A）的时间为 1 是弧成功率也很高；而晶闸管整流电路中为达到600A 需要4 （2）在直流电感设置并联旁路电路 在直流电感图2图 2联旁路电路 当引弧时令晶闸管（通，使 短路。因为晶闸管电路的阻抗很小，所以电弧燃烧后，晶闸管 转换到 路的 路恢复正常。 为提高引弧成功率，提高短路电流上升速度仅仅是问题的一个方面，还应使焊丝与焊件的接触电阻 就是应该采用慢送丝引弧方式（焊丝缓慢送向工件，与工件接触引燃后再提高送丝速度达到正常值） ，慢送丝可以减缓接触压力增加的速度，也就是使接触电阻缓慢衰减，引弧成功后，立即恢复正常送丝速度。此外还应注意到导电嘴的磨损情况，如果导电嘴磨损较严重将使焊丝与导电嘴间的接触点B 发生变化，同时可能增加该点的接触电阻，导致引弧失败。 在连续焊接时为了重复引弧，希望在焊丝端头保留的熔化小球越小越好。因14焊接机器人手部结构及电控系统设计 为该小球较大是难以在 A 点爆断而是引弧失败。引燃时还可能发生返烧现象，导致引弧失败，甚至烧毁导电嘴。为此前述的一些措施应严格地按时转换。如：引弧后，应立即恢复正常送丝速度还可以在引弧后立即降低电流的方法减小焊丝熔化速度和防止返烧，随后在逐渐恢复到给定电流值。 2. 收弧技术 收弧时应注意熔池情况和焊丝端头状况。如果焊接电流过大，则熔池也大，冷却凝固时能产生较大的弧坑，这时极易产生凹坑甚至弧坑裂纹而焊接端头易产生较大的熔化金属球。 （1）引弧填充 在短路过渡以形成的焊接熔池小，熔池凝固时弧坑较平坦，没什么不良的影响，电流较大时能形成较大的凹形弧坑，严重影响焊接质量，采取处理方法如下： 带弧坑填充的焊机焊接收弧程序如图 2示。当焊接结束时输出一个指令，使送丝速度（即焊接电流）降低到正常值的 60右，电弧电压也按合理匹配之相应地降低，带弧坑填满后就可以停止焊接。 图 2接收弧程序 （2）去球措施 焊接结束时在焊丝端头保留的小球对下一次引弧是很不利的，所以焊工在下一次引弧之前都用钳子剪断该小球，这样一来就增加一道简断工序，十分麻烦。而在自动焊时往往难以安插剪断工序使得引弧成功率很低，往往多次引弧影响正常焊接质量，为此去球工艺应在焊接结束时自动完成。去球措施如图2明焊接结束时送丝速度（与焊接电流成正比）不能立即停止，而是按惯性自然15焊接机器人手部结构及电控系统设计 衰减；而电弧电压由正常电弧电压（或弧坑填充电压）降到去球电压 保持一段时间称为去球时间 图 2球措施 对电源特性的要求 1. 对电源外特性的要求 电源外传性也称电源静特性，它是一种伏安特性曲线，其特征参数包括电弧燃烧工作段和空载电压。 工作段的曲线形状和大小主要根据电弧燃烧稳定性和电弧自身调节能力来决定。 据焊丝直径不同，通常为平的或上升的特性。对于细丝以，根据电源电弧系统稳定性原理。 硬或者陡降外特性。 通常细丝时将有较强的电弧自身调节作用。虽然上升外特性电源能获得更强的调节作用，但因为制造复杂，所以基本不采用。实际上为简化设计和制造，电源外特性大都为缓降外特性但要求下降斜率不大于5V 100A 。 此外，上述这种控制方式。还具有以下特点，首先焊接参数调节方便。可以对电弧电压和焊接电流单独地加以调节，通过改变送丝速度来调节电流改变电16焊接机器人手部结构及电控系统设计 源外特性来调节电压。其次焊丝干伸长变化时，产生的静态电压误差小也就是说焊接电压基本上不受焊丝干伸 长变化的影响。再次，平特性电源对防止焊丝回烧和粘丝有利。因为电弧回烧时，随着电弧拉长，电弧电流随之减小，使得电弧在末回烧到导电嘴前已熄灭。焊丝粘丝时，平特性电源有足够大的短路电流使粘接处爆开，从而避免粘丝。 在粗处(直径4 靠电弧白身调节作用来调节弧长变化已不能满足要求。此时可应用弧压反馈调节方式。也就是用下降外特性电源配合变速(则弧压控制)送丝方式。 2. 对电源动特性的要求 着焊接参数的不同，熔滴过 渡形式可分为短路过渡和潜弧下的射滴过渡与射流过渡。显然，在小电流、低电压条件下的短路过渡，负载始终处于强烈的变化之中。短路以也要求电源具有良好的动特性与之相适应。 在大电流时出现的潜弧条件下的熔滴过渡基本上是非短路过渡对电源动特性没有特殊要求。 从小电流的短路过渡到大电流的潜弧焊之间存在一个中等电流区间，该区间的瞬时短路为主，飞溅较大。为了更好地在中电流区间进行焊接，对电源动特性提出了更高的要求。 对短路过渡有意义的电源动特性指标如下： 1) 短路电流增长速度2) 短路电流峰值 路初期的电流值。 4）燃弧与短路期间的能量比 一般情况下，短路峰值电流 的大小可通过此对电源的当路电流增长速度较慢，短路峰值电流小，所以焊接飞溅也小。但是当丝上的熔滴与熔池接触短路后，短路电流仍很小，所以电磁收缩力不足以使短路小桥破断，以至于使焊丝插入熔池呈固态短路，由于较长时间加热，讲师焊丝成段爆断，电弧熄灭。 相反，当强烈的电磁力收缩作用下，使熔滴弹回到焊丝端头，还可能在回弹过程中，伴随着缩颈处液体金属的电17焊接机器人手部结构及电控系统设计 爆炸，而产生很大的飞溅。 只有当生短路后，在焊丝与熔滴之间发生缩颈，随后柔顺的断开，并伴随着较小的飞溅。这是飞溅的大小主要决定于短路峰值电流 。 越小，则飞溅也越小。 在很小的电流下持续1以使熔滴沿熔池摊开。这样既能避免瞬时短路，又能减小由它引起的飞溅。而随后应立即提高便迅速形成缩颈。 此外，然增加短路时间， 而降低燃弧与短路能量比，因此焊缝成形呈凸起状而恶化。 合适的合适的常与焊丝直径及焊接电流有关。细丝熔化快，熔滴过度周期短，要求短路电流增长快。而粗丝熔化速度慢，熔滴过渡周期长，则要求短路电流增长慢些。表2同样，在焊丝直径相同时，随着焊接电流的增加，则电弧电压也相应地增加，短路过渡频率降低，所以要求短路电流增长速度慢些。 表 2种不同直径焊丝的合适短路电流增长速度 焊丝直径/弧直压/V 18 19 20 21 平均电流/A 100 130 160 175 送丝速度/（cm/500 250 18 125 电感量/8 电流增长速度（kA/s） 50150 40130 2075 820 调节电源动特性的措施往往受到电源特点的限制。对于抽头式硅整流焊机、磁放大式整流焊机和晶闸管式整流焊机等，电源动特性主要依靠调节焊接回路中的直流电感 电感 L 增加时，以使用粗焊丝时用较大的电感，而细焊丝时用较小的电感，同样，在使用较小的电流时用小电感，而较大电流时用大电感。 3. 对电源调节特性的要求、 机应满足工件的不同厚度、材质、坡口形式和焊接位置等的需要，能够输出合适的焊接参数，与焊接电源有关的焊接参数是电弧工作电压和电弧电流。为满足所需的工作电压与电流，电源必须具备可以调节参数的特性。 18焊接机器人手部结构及电控系统设计 细丝总是采用等速送丝配合平特性电源。显然焊接电压是由平特性电源的外特性所决定的。而焊接电流与送丝速度成正比（即熔化特性） ，所以调节焊接电流将通过改变送丝速度来实现。当送丝速度不变时 ，电弧自身调节系统静特性曲线（也称等熔化曲线）几乎垂直于伏这里焊接电压也称负载电压它不仅包括电弧电 压，还包括焊接回路的电缆压降在内。随着焊接电流 缆上的压降也增加。同时为保证电弧稳定燃烧和焊缝成形，要求电弧电压增加，也就是说随着焊接电流的增加，焊接电压也应成比例地增加，这一特性称为负载特性。的负载特性为： 当00f=14+ ） 当600A 时，4V 送丝机的要求 送丝机是供给焊丝具有沿其作轴向运动能力的机构。在气体保护焊时，它应保证所需的送丝速度范围及规定的送丝力，以保证送丝均匀、可靠和无打滑现象。 根据 焊机专业标准的规定，送丝机的基本参数见表2以看到，焊机的额定电流从160630A 范围内，对送丝机的送丝速度要求基本一样，大致为312 m/中630A 焊机，由于适用的焊丝直径较粗，达到 2以送丝速度下限为 2.4 m/述送丝速度范围针对不同额定电流的焊机均能输出表2际上目前市售的送丝机的调速范围都比标准中规定的要宽些，一般为216表 2丝机的基本参数 调节范围（A/V ） 送丝速度/m/定电流/A 上限不小于 下限不大于 焊丝直径 /限不小于 下限不大于 160 160/22 40/16 、2 3 19焊接机器人手部结构及电控系统设计 400 500/34 80/18 2 500 500/39 100/19 2 630 630/44 110/19 2 丝速度的稳定稳定性对气体保护是十分重要的。送丝速度不稳定将破坏熔滴过渡、焊缝成形及焊接过程稳定性。为了保 证送丝速度稳定，出焊丝直径范围对额定牵引力大小的要求见表2表 2送焊丝直径范围及相应的额定牵引力 焊丝直径/ 引力/N 50 100 150 200 同时还规定了在各种干扰条件下送丝速度的变化率，具体规定如下： 1）在规定的送丝速度范围内电网电压在额定值 %10 波动时，送丝速度变化不超过 。 %52）装置从冷却状态工作到热状态时，送丝速度变化率不超过 %53）在规定的送丝速度范围内。当送丝牵引力由额定值的 50%变化到 100%时，送丝速度的变化率不超过 %5 此外，在4004推丝式或推拉式丝软管平直状态和软管中部弯绕 400一圈情况下，送丝速度变化率不大于10%。 焊机控制系统的要求 控制系统的作用是对丝和供电等过程系统实现控制。 对供气系统的控制大致是三个过程：引弧时要求提前供气12s