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摘要
電弧螺柱焊是一種螺柱電弧焊接方法，到目前為止，在汽車制造、多層建筑、橋梁建設、家電行業(yè)等得到廣泛應用。隨著經(jīng)濟發(fā)展的要求，企業(yè)對電弧螺柱焊的效率，精度要求越來越高，也就對焊槍及其控制的設計有了更高的要求。本文參照傳統(tǒng)的電弧螺柱焊槍對焊槍及其控制系統(tǒng)做了改進及設計，這個電弧電弧螺柱焊由一個直流電源、控制單元和一個焊槍組成。這個電弧螺柱焊槍通過步進電機為其提供動力，通過絲桿來實現(xiàn)螺柱焊提起及送進過程，控制系統(tǒng)由PLC控制焊槍及螺柱的送進過程。在這個新的焊接過程中，這個螺柱的運動可以看做由微步構成的。步進電弧焊槍的行為參數(shù)的設置和調(diào)整是獨立完成的。
關鍵詞 控制單元 步進式電弧螺柱焊 PLC 絲桿
Abstract
Arc stud welding is a method of stud arc welding，Up to now，it has been widely used in the manufacture of automobile,multistoried Buildings construction of bridges,appliance industries and so on .With the
requirements of economic development,business to arc stud welding efficiency and precision have become increasingly demanding ,Also on the design of the torch and its control have higher requirements. This article refers to the traditional arc stud welding gun torch and its control system improvements and design. The equipment of arc stud welding consists of a dcpower source，a control unit，and a welding gun. This arc stud welding gun through the stepper motor to provide power screw stud welding institute and sent to the process, An PLC is adopted as the main control component to realize the control of the stud gun and welding procedure. the stud action can be looked as constituted by some micro steps.The settingting of the stepping arc welding gun behavior parameters are accomplished independently．It is indicated from the results of process tests and bending test that the stepping arc stud welding process is practicable.
Keywords arc stud welding PLC control unit step-by-step screw
目 錄
摘 要 ……………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract……………………………………………………………………………Ⅱ
緒論…………………………………………………………………………………1
1總體方案的制定……………………………………………………………………2
緒論
螺柱焊是一種高效的全截面焊接方法。由于這種焊接技術具有快速、可靠、簡化工序、降低成本等一系列優(yōu)點而得到了日益廣泛的應用。近年來，隨著鋼結構在建筑、橋梁等領域的廣泛應用，大直徑栓釘（焊釘）的焊接越來越多的采用螺柱焊方法。目前，國產(chǎn)的電弧螺柱焊機型號有RSN-630、1000、1600 RSN2-2500、3150 等，可焊mm的螺柱。 這類焊機與進口產(chǎn)品相比，其焊接電源都是用晶閘管控制，并可連續(xù)調(diào)節(jié)焊接電流。從調(diào)節(jié)和穩(wěn)流性能以及可靠性方面考核，差別不大。在控制方面，進口產(chǎn)品采用單片機控制的，而國內(nèi)產(chǎn)品基本都是用分立器件控制，與進口產(chǎn)品相比差距較大。因此，研制單片控制的電弧螺柱焊機對提升國產(chǎn)螺柱焊機的技術水平和可靠性，具有重要的現(xiàn)實意義。
傳統(tǒng)電弧螺柱焊槍主體是電磁線圈和彈簧結構，在焊接過程中，螺柱運動的實現(xiàn)主要由線圈的通斷電和彈簧的壓縮、釋放來完成利用線圈彈簧式焊槍進行電弧螺柱焊接的過程。．采用傳統(tǒng)電弧螺柱焊槍進行焊接時，在螺柱提起時對電磁線圈通以一定的電流，在電磁力和彈簧阻力的共同作用下，使動鐵心以一定的加速度向上提起，螺柱送下則主要由彈簧壓縮產(chǎn)生的彈力和動鐵芯,自身的重力作用產(chǎn)生向下的運動．為了調(diào)節(jié)螺柱的提起和送下速度，電弧螺柱焊槍的結構中一般都要配備阻尼機構，這就使焊槍的結構變得復雜．提起和送下速度的調(diào)節(jié)受多方面因素的影響，較難把握。
本文從電弧螺柱焊的實現(xiàn)過程出發(fā)，對焊槍結構原理進行了全新的設計，研制出步進式電弧螺柱焊槍及其控制系統(tǒng)．焊槍以步進電機帶動螺旋傳動裝置完成電弧螺柱焊焊接過程各動作，焊槍及焊接過程由單片機系統(tǒng)控制．此焊槍可以通過程序控制實現(xiàn)螺柱提起高度、送下深度、提起和送下速度等參數(shù)的設定。這種設計在對電弧螺柱焊螺柱的提起送進速度更容易而且有效的進行控制。
1總體方案的制定
1.1設計目的和意義
螺柱焊是一種將金屬螺柱或類似的其他緊固件快速焊于金屬工件上的焊方法，電弧螺柱焊的應用始于1939年的造船行業(yè)。隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，焊接在生產(chǎn)過程中的運用越來越重要，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，電弧螺柱焊已經(jīng)廣泛應用于建筑、汽車制造、船舶制造、橋梁等行業(yè)。電弧螺柱焊的基本原理是在待焊螺柱與工件間引燃電弧，當螺柱與工件被加熱到合適溫度時，在外力作用下，螺柱送入工件上的焊接熔池形成焊接接頭。螺柱焊焊接螺柱類緊固件代替了費時費力的鉚接、鉆孔和攻絲等方法。由于電弧螺柱焊的應用節(jié)省了人力物力同時是生產(chǎn)效率也得到了提高。在工業(yè)高速發(fā)展的今天，生產(chǎn)過程中效率和質(zhì)量同樣重要的今天，電弧螺柱焊的應用不僅越來越廣泛，而且電弧螺柱焊也得到了空前的發(fā)展。這個課題的研究符合發(fā)展的趨勢，本課題的研究讓我學會了搞設計的思路流程以及在每個階段需要注意的問題，在畢業(yè)前在老師的指導下親自弄一次設計，熟悉一下設計的理念及過程，對我們今后的設計起個鋪墊的作用。
1.2總體方案的確定
經(jīng)過對當前電弧螺柱焊的了解及和電弧螺柱焊相關文獻的閱讀，對螺柱焊槍及控制部分的設計有了初步的方案?？傮w的方案分為兩個部分：螺柱提起送進動力部分及對提起送進速度的控制部分。對這個方案解決的思路如下：本課題的關鍵問題首先是如何使電弧螺柱焊實現(xiàn)低速送進同時又能保證對于不同焊件都能達到所需要的擠壓壓力。以我個人的意見解決這個問題需要對焊槍的槍體進行全新的設計，螺柱通過絲桿的轉(zhuǎn)動進行送進，擠壓的壓力通過彈簧的變形來監(jiān)測控制，所以我們還需要傳感器，使檢測到的壓力轉(zhuǎn)化成信號傳到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)通過和設定的壓力進行對比來控制螺柱的送進速度進而控制擠壓的壓力。然而在加工過程中電壓的不穩(wěn)定同樣會造成質(zhì)量問題，在這次設計中我選擇步進電機來控制傳動系統(tǒng)，步進電機由脈沖信號觸發(fā)控制。它的轉(zhuǎn)動角度由脈沖數(shù)量決定，轉(zhuǎn)速只和脈沖頻率有關，而和電壓、電流等的大小及波動沒有直接關，誤差不會積累。
2 機械部分的設計
2．1 焊槍的機械結構
步進式電弧螺柱焊槍的機械結構原理如圖1所示．焊槍可以看作由動力機構、運動機構以及固定保護機構3部分組成。
(1)焊槍的動力機構為步進電機．步進電機具有慣性小，不需制動裝置，啟動性能好，能頻繁瞬間啟動、倒轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)等優(yōu)點．步進電機由脈沖信號觸發(fā)控制。它的轉(zhuǎn)動角度由脈沖數(shù)量決定，轉(zhuǎn)速只和脈沖頻率有關，而和電壓、電流等的大小及波動沒有直接關系．誤差不會積累。
(2)運動機構的主體是螺旋傳動裝置，即絲杠螺母傳動裝置．傳動機構使得步進電機的角位移轉(zhuǎn)化為上下方向的直線位移，最終實現(xiàn)電弧螺柱焊焊接過程的運動要求．絲杠與電機軸通過機械方式連接在一起，接受來自步進電機的角位移；在導向裝置作用下，傳動螺母只作沿徑向的運動，通過電機正反轉(zhuǎn)的改變，傳動螺母可完成上下直線運動．傳動螺母通過連接件與焊槍夾具連接，夾具上的螺柱隨之產(chǎn)生縱向的運動，完成焊槍的機械結構電弧螺柱焊接過程中的提起、送下等運動。
2.2 滾珠絲桿副的選型與計算
滾珠絲桿副是在絲桿和螺母的軌道之間放入適量的滾珠，使螺紋間產(chǎn)生滾動摩擦。其作用是將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運動。絲桿或螺母轉(zhuǎn)動時，帶動滾珠沿螺紋軌道滾動。螺母的螺旋槽兩端設有滾珠回程引導裝置，滾珠通過此裝置自動返回其入口，形成循環(huán)回路。滾珠絲桿副的外形如圖3-15所示。
滾珠絲桿副具有傳動效率高、運動平穩(wěn)、使用壽命長等特性，廣泛應用于各種工業(yè)設備、精密儀器和數(shù)控機床等。滾珠絲桿副由專門工廠制造，當型號計算選定后，可以外購或定制。
（1） 、滾珠絲桿副的主要尺寸參數(shù)
滾珠絲桿副的主要尺寸參數(shù)如圖3-16所示。
a 、公稱直徑
用于標示的尺寸值（無公差）
b 、節(jié)圓直徑
滾珠與滾珠螺母體及滾珠絲桿位于理論接觸點時，滾珠球心包絡的圓柱直徑。節(jié)圓直徑通常與滾珠絲桿的公稱直徑相等。
c 、導程
滾珠螺母相對滾珠絲桿旋轉(zhuǎn)2弧度時的行程。
d 、公稱導程
通常用作尺寸標識的導程值（無公差）。
e 、行程L
轉(zhuǎn)動滾珠絲杠或滾珠螺母時，滾珠絲桿或滾珠螺母的軸向位移量。
f 、有效行程
有指定精度要求的形成部分（即行程加上滾珠螺母提的長度）。
此外，還有絲桿螺紋外徑、絲桿螺紋底徑、螺母體外徑、螺母體螺紋底徑、螺母體螺紋內(nèi)徑、滾珠直徑、絲桿螺紋全長。
（2） 計算和選型
a 、最大工作載荷的計算
最大工作載荷是指滾珠絲桿副在驅(qū)動工作臺時所承受的最大軸向力，由于在焊槍中絲桿是用來帶動螺柱運動的并且運動方向與工件垂直。所以所承受的最大軸向力就是螺柱與工件間的最大擠壓力。螺柱與工件間的擠壓力只有50-80N。
根據(jù)公式
（為進給方向的載荷、為垂直方向載荷、為橫向載荷、G為移動部件的總重力、K=1.1）
由于螺柱是垂直運動，所以在運動過程只承受進給方向的擠壓力。
所以
b 、最大動載荷的計算
最大動載荷的計算公式如下：
式中 — 滾珠絲桿副的壽命，單位為r。（其中T為使用壽 命，普通機械取，數(shù)控機床及一般機電設備取T=15000h；n為絲桿每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)）；
— 載荷系數(shù)，由表3-30查得；
— 硬度系數(shù) （58HRC時，取1.0；等于55HRC時，取1.11；等于52.5HRC時，取1.35；等于50HRC時，取1.56；等于45HRC時，取2.40）
— 滾珠絲桿副的最大工作載荷，單位為N。
由于初選電動機為微型電機，額定轉(zhuǎn)速在1000r以內(nèi)。
絲桿的壽命
根據(jù)上式可計算得最大動載荷
N
所選滾珠絲桿副其額度動載荷，初步選定的滾珠絲桿為FSW12—4B1
其規(guī)格參數(shù)如下:
型號
公稱外徑（mm）
導程（mm）
剛性（KN）
最大載荷（KN）
FSW12—4B1
12
4
8
638
2.3 電動機的選型和計算
（1）、對于步進電機的計算與選型，通常按照以下及步驟：
1) 根據(jù)機械系統(tǒng)結構，求得加載步進電機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量
2) 計算不同工況下加在步進電動機轉(zhuǎn)軸上的等效負載轉(zhuǎn)矩
3) 取其中最大的等效負載轉(zhuǎn)矩，作為確定步進電動機最大轉(zhuǎn)矩的依據(jù)；
4) 根據(jù)運行矩頻特性、啟動慣頻特性等，對初選的電動機進行校對。
（2）、步進電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量的計算
加在步進電機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量是進給伺服系統(tǒng)的主要參數(shù)之一，他對選擇電動機具有重要意義。主要包括電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量、減速裝置與滾珠絲桿以及移動部件等折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動慣量等。
的計算方法 傳動比、絲桿轉(zhuǎn)動慣量。
所以，總轉(zhuǎn)動量
（3） 、步進電機轉(zhuǎn)軸上的等效負載轉(zhuǎn)矩的計算
步進電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負載轉(zhuǎn)矩在不同工況下是不同的。通?？紤]兩種情況：一種情況是快速空載啟動，另一種情況是承受最大工作負載。下面分別進行討論：
1）最大工作負載狀態(tài)下電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負載轉(zhuǎn)矩
a 、式中電機轉(zhuǎn)軸上的最大工作負載轉(zhuǎn)矩的計算
式中為進給方向最大工作載荷，單位為N；為滾珠絲桿導程，單位為m；為傳動鏈的總效率，這里??；傳動比。
所以
b、移動部件運動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩：
為導軌的摩擦力
由于在這個設計中運動是垂直方向，摩擦力比較小可以忽略不計
所以
c 、滾珠絲桿與今后折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩：
式中為滾珠絲桿的預緊力，一般去滾珠絲桿工作載荷的1/3
為滾珠絲桿未預緊時的傳動效率，一般取
有與滾珠絲桿傳動效率很高所以摩擦轉(zhuǎn)矩可以忽略不計。
所以
綜上可得：
(2) 、快速空載起動時折算到電機上的最大加速轉(zhuǎn)矩：
式中 為快速空載啟動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩，單位為Nm
為移動部件運動時折算到電機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩
為滾珠絲桿預緊后折算到電機轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩
a 、快速空載啟動時折算到電機轉(zhuǎn)軸上的最大轉(zhuǎn)矩：
式中 為步進電機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量，為電機角加速度，為電機轉(zhuǎn)速；
為電機加速所用的時間，一般在0.3-1s之間取。
所以
所以
綜合上述計算可知加在步進電機轉(zhuǎn)軸上的最大等效負載轉(zhuǎn)矩為：
=0.06Nm
(3)、步進電動機的初選
將上述計算所得的乘上一個系數(shù)K，用K的值來選擇電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩，其中系數(shù)K稱為安全系數(shù)，其取值范圍為2.5-4
所以所選的電機最大靜轉(zhuǎn)矩應大于24Ncm
初步選擇的步進電動機型號為57BYGH803
基本參數(shù)如下：
型號
步距角
相數(shù)
電壓（V）
電流
（A）
電阻
靜轉(zhuǎn)矩Ncm
重量
kg
額定功率（W）
57BYGH001
1.8
2
6.3
1.5
4.2
140
1.1
10-50
外形尺寸
2.4 聯(lián)軸器的選擇
一般聯(lián)軸器的選用依據(jù)是其工作條件和結構形式。選型時，主要考慮以下幾點：
1）選擇聯(lián)軸器的類型
根據(jù)傳遞的轉(zhuǎn)矩大小和轉(zhuǎn)速高低，以及對緩沖和振動的要求，參考各類型聯(lián)軸器的特點，選擇適用的聯(lián)軸器類型。
2） 計算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩
傳動軸上的公稱轉(zhuǎn)矩T可用下式進行計算：
式中 p為傳遞的功率，單位為kw；
n為軸的轉(zhuǎn)速，單位為r/min。
根據(jù)上式和所選的電機可計算出：
由于機器啟動時的動載荷和運動中可能出現(xiàn)的過載現(xiàn)象，所以應當按軸上的最大轉(zhuǎn)矩作為計算轉(zhuǎn)矩，計算公式為
式中，T為公稱轉(zhuǎn)矩，為工況系數(shù)，
工況系數(shù)如下表：
根據(jù)工況系數(shù)表可選得=1.3
所以
3） 確定聯(lián)軸器的型號
根據(jù)計算轉(zhuǎn)矩及所選的聯(lián)軸器類型，初步選擇的聯(lián)軸器型號SGS-C-26
聯(lián)軸器的參數(shù)如下：
型號
軸徑
扭矩
最高轉(zhuǎn)速
角向偏差
螺絲
SGS-C-26
6、6.35、8、10
2.8Nm
10000rpm
M3
2.5 軸承的選擇
根據(jù)所選擇的絲桿的直徑初步選擇的軸承為深溝球軸承，其型號為FAG6200
其基本參數(shù)如下：
內(nèi)徑（mm）
外徑（mm）
厚度（mm）
10
30
9
2.6 彈簧的選擇
(1) 焊槍彈簧保護機構主要作用是焊接過程中，螺柱送進深度偏大的時候，把螺柱送進位移轉(zhuǎn)化為彈簧壓縮位移，以保護步進電動機不受損壞。彈簧保護機構在焊接前要預設一定的彈簧力，以避免在螺柱送進過程中彈簧過早的進入壓縮狀態(tài)，影響正常的螺柱送進。
(2) 根據(jù)所設計的彈簧套筒的尺寸及本設計所需的彈簧預緊力的范圍初步選擇的彈簧為316不銹鋼彈簧，其編號為C0720—096—0880—X
該彈簧的基本參數(shù)如下：
外徑（mm）
線徑（mm）
近似自由長度（mm）
承載長度
（mm）
彈性系數(shù)
（N/mm)
18.29
2.44
22.35
17.36
28.24
(3) 在螺柱送進過程中，螺柱進入熔池與工件接觸后，螺柱與熔池金屬之間擠壓力逐漸增大，當擠壓力的大小超過彈簧保護機構預設壓力后，彈簧保護機構將產(chǎn)生一定的壓縮位移，位移大小與擠壓力的大小成正比。彈簧保護機構預設壓力P根據(jù)以下公式確定
(k為彈性系數(shù)、為彈簧變形量）
彈簧的預壓力根據(jù)焊接工件來確定，根據(jù)資料顯示焊槍焊接過程中壓力只有50—80N。
所以可以初步確定彈簧的預壓變形量
2.7 夾頭的設計
夾頭是在焊接過程中用來夾緊螺柱來實現(xiàn)螺柱的提起送進過程，在這個設計中采用了傳統(tǒng)的電弧螺柱焊槍的夾頭，由于傳統(tǒng)的螺柱焊槍的夾頭用起來也比較方便同時比較容易購買，簡化了設計的過程和成本。
夾頭的基本結構如圖：
3 控制部分的設計
3.1 驅(qū)動器的選擇
（1）在選擇步進電動機的驅(qū)動器時，主要考慮以下幾個問題：
1） 驅(qū)動電動機的類型 不僅是電機分為永磁式、反應式、混合式三種，每種電動機又有 不同的相數(shù)，必須清楚所選擇的驅(qū)動器是來驅(qū)動哪種類型的步進式電動機。
2） 輸出電流 輸出電流的大小時是步進電動機驅(qū)動器的重要參數(shù)。通常，所選擇的驅(qū)動器的最大電流要大于電動機的額定電流。
3） 輸出電壓 輸出電壓的高低是判斷驅(qū)動器升速能力的標志。
4） 輸入電壓 有些驅(qū)動器直接使用220V交流的市電，有些驅(qū)動器需要經(jīng)過變壓器降壓后供電，還有的驅(qū)動器需要變壓后的兩個獨立繞組供電，甚至有些驅(qū)動器需要供給它直流電源。因此，選擇驅(qū)動器電源時要考慮到驅(qū)動器本身的供電問題。
5） 有無細分功能 如果需要小的轉(zhuǎn)角或者要求步進電動機的轉(zhuǎn)動非常平穩(wěn)，所以所選擇的驅(qū)動器電源最好帶有細分功能。需要注意，有些細分電源對已知電動機的低頻震蕩有幫助，但可能會影響微步距的精度。
6） 有無環(huán)分 驅(qū)動器是否帶有環(huán)分電流，與之配套的控制器分配脈沖的方式就會不同。
7） 控制信號的定義 帶有環(huán)分的電路時，驅(qū)動器接收信號有兩種形式：方向、脈沖或正轉(zhuǎn)脈沖、反轉(zhuǎn)脈沖：不帶環(huán)分時，環(huán)形分配通常用軟件來實現(xiàn)，這時，驅(qū)動電源的控制信號取決于電動機的相數(shù)。另外，還要清楚控制器送出的信號線、在驅(qū)動器端的接線方式是共陰還是共陽。
（2） 根據(jù)前面所選擇的步進電機的參數(shù)初步選擇驅(qū)動器型號為YKA2304ME
YKA2304ME是等角度恒力矩細分型高性能步進驅(qū)動器，驅(qū)動電壓DC12-40V，采用單電源供電。適配6或8出線電流在3.0A以下，外徑42-86mm的各種型號的二相混合式步進電機。
該驅(qū)動器內(nèi)部采用雙極恒流斬波方式，使電機噪音減小，電機運行更平穩(wěn)；驅(qū)動電源電壓的增加使得電機的高速性能和驅(qū)動能力大為提高；而步進脈沖停止超過100ms時，線圈電流自動減半，使驅(qū)動器的發(fā)熱可減少50%，也使得電機的發(fā)熱減少。用戶在脈沖頻率不高的時候使用低速高細分，使步進電機運轉(zhuǎn)精度提高，最高可達200細分，振動減小，噪聲降低。
特點
◆ 高性能、低價格
◆ 設有12/8檔等角度恒力矩細分，最高200細分
◆ 采用獨特的控制電路，有效的降低了噪音，增加了轉(zhuǎn)動平穩(wěn)性
◆ 最高反應頻率可達200Kpps
◆ 步進脈沖停止超過100ms時，線圈電流自動減半，減小了許多場合
的電機過熱
◆ 雙極恒流斬波方式，使得相同的電機可以輸出更大的速度和功率
◆ 光電隔離信號輸入/輸出
◆ 驅(qū)動電流從0.0A/相到3.0A/相連續(xù)可調(diào)
◆ 可以驅(qū)動任何3.0A相電流以下兩相混合式步進電機
◆ 單電源輸入，電壓范圍：DC12-40V
◆ 出錯保護：
――過熱保護
――過流、電壓過低保護
◆ 體積小巧
YKA2304ME是一款經(jīng)濟、小巧的步進驅(qū)動器，體積為25x136x92
驅(qū)動器信號示意圖如下：
驅(qū)動器接線示意圖如下：
3.2 PLC的選擇
（1） 選擇PLC時主要考慮以下幾個方面：機型的選擇、容量的選擇、輸入輸出模塊的選擇、電源模塊的選擇等。根據(jù)這個設計所選電機的功率以及上面幾點的綜合考慮，初步選擇PLC的型號為EC10—1614BTA
（2） EC10—1614BTA主模塊的外形結構圖如下圖:
PORT0 和PORT1 為通訊端口。PORT0 為RS232 電平，插座為Mini DIN8。PORT1 提供RS485 和RS232 兩種電平。母線插座用于連接擴展模塊。模式選擇開關有ON、TM、OFF 三個檔位。
（3） EC10—1614BTA端子分布如下圖：
各端子的定義如下表：
3.3 開關電源的選擇
在這個設計中驅(qū)動器的輸入信號光電隔離公共端所需要的電壓為5V，驅(qū)動電壓為12—40V，PLC的L/N端可以直接接在220V交流電源輸入端。
初步選擇的開關電源型號為D-120A的雙輸出開關電源，輸出的電壓為5V和24V。
3.4 引弧電路
引弧電路只能提供40—50A的小電流，目的是在短路引弧時，短路電流就是采用這個小電流，而不是上前安培的大電流。否則，若用這個大電流作為短路電流，會使短路的螺柱產(chǎn)生電阻焊的效果，從而粘在焊件上面提升不動。提升時引弧電路提供的小電流首先產(chǎn)生小電弧，延時引發(fā)大電弧，大電弧是在已經(jīng)電離化了的空間發(fā)生的，因此大電弧的引燃有了可靠地保證。引弧電路的存在是大功率電弧螺柱焊槍的特點，這一點是與等離子電弧的小電弧印發(fā)大電弧情況一樣。
引弧電路的空載電壓要大于焊接主電路的空載電壓，一般在80—110V之間。引弧電路如下：
T1：雙繞組變壓器 VT1：單向擊穿二極管 VD2：半導體二極管
L1、L2：電感器 R：電阻
3.5 控制系統(tǒng)
（1） 控制系統(tǒng)由電源控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)、引弧電路組成。控制系統(tǒng)采用微機控制既可以簡化控制系統(tǒng)的硬件電路，也可以使焊接系統(tǒng)具有更高的穩(wěn)定性和可靠性，同時還可以擴展焊機的其他輔助更能，如焊接參數(shù)的存儲、監(jiān)測監(jiān)控和優(yōu)化、焊接過程參數(shù)的顯示、焊釘?shù)挠嫈?shù)、重復焊接的鎖定、焊機故障的自檢和診斷等，使整機走進數(shù)字化和智能化。
（2）控制系統(tǒng)是由PLC通過驅(qū)動器來控制焊槍的步進電機，步進電機通過聯(lián)軸器鏈接絲桿，PLC對焊槍的控制其實是對焊槍動力機構步進電機的控制，步進電機的轉(zhuǎn)角與PLC輸出端口提供的脈沖數(shù)成正比，如果判斷螺柱送進深度以達到要求，PLC停止脈沖輸出，步進電機停止轉(zhuǎn)動，螺柱送進過程結束，如果判斷送進深度還沒達到要求，PLC繼續(xù)輸出一定量的脈沖，驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動，螺柱繼續(xù)向熔池送進。
控制電路框圖如下：