机器人空心螺柱旋弧焊枪研制与工艺试验研究
本文选题:空心螺柱 + 旋弧焊 ; 参考:《南京理工大学》2017年硕士论文
【摘要】:针对大直径空心螺柱自动焊接需求,在机器人自动焊系统研究的基础上,提出了空心螺柱旋弧焊接方案,设计全新的旋弧自动焊枪,该焊枪包括步进电机单元、电磁式电弧螺柱焊枪主体、气爪单元、径向对称磁场单元和连杆机构,并根据焊枪特点设计了相应的机器人工作站,工作站包括空心螺柱焊枪、六轴工业机器人、柔性焊接平台、拉弧螺柱焊接用电源和旋弧磁场电源,以及相应的控制模块。该工作站可以实现空心螺柱的自动焊接,并提升定位精度、焊接效率和自动化程度。焊枪设计主要包括施加磁场使电弧发生旋转、利用步进电机自动控制螺柱焊拉弧高度、设计气爪夹头、并重新设计焊枪框架结构。焊枪稳定可靠,可以夹持12mm~60mm任意高度,外径在Φ12mm~Φ32mm任意直径的空心螺柱,可以控制拉弧高度在以0.5mm为单位,从0mm~5mm任意调节,径向对称磁场单元可以产生贯穿于螺柱端面的径向对称磁场,使焊接电弧发生旋转,进行旋弧焊接工艺试验。对焊接电弧施加磁场后,电弧形态变化复杂,利用COMSOL Multiphysics构建1:1比例模型,定义材料,模拟磁场在螺柱端面到母材之间的分布情况,并进行粒子、磁场耦合分析,得到不同焊接电流与磁场电流下粒子的运动轨迹,分析得到当旋弧半径大于螺柱半径2mm时可以获得较为优质的焊接接头,并设计了适应该模型的APP,方便进行其他型号螺柱的工艺模拟。通过对各个模块的控制需求分析,设计了利用机器人控制柜直接操控焊枪和焊接工艺的控制方案。其中利用西门子PLC,和EM253模块控制步进电机,NX100控制柜输出信号给PLC,以4位二进制数的形式,0.5mm为单位控制丝杠螺母移动距离,最终控制拉弧高度,同时NX100的输出端子排直接控制电磁阀、焊接电源和旋弧电源的开启与关闭,最终直接通过编写机器人程序完成整个焊接流程。对外径16mm,内径8mm的空心螺柱工艺实验研究,得到最优焊接参数为拉弧高度3mm、预压深度3mm、焊接电流800A、焊接时间为800ms和旋弧磁场电流0.7A,其接头抗剪强度可达到362Mpa,通过工艺对比发现,旋弧磁场应用基本解决了偏弧问题,旋弧磁场电流增加有助于电弧向外扩散的趋势。本研究的主要成果和创新点:在原有焊枪设计的基础上,应用旋弧原理设计了新型自动空心螺柱旋弧焊枪及其控制系统,通过工艺试验,基本解决了空心螺柱偏弧问题,得到焊缝成型美观和抗剪强度高的焊接接头,并根据焊枪结构对旋弧焊接原理进行有限元模拟分析,理清磁场对电弧的作用机理,为其他型号的螺柱工艺试验打下基础。
[Abstract]:In order to meet the requirement of automatic welding of large diameter hollow studs, based on the research of robot automatic welding system, this paper puts forward a scheme of spiral arc welding of hollow studs, and designs a new automatic arc welding torch, which includes step motor unit. The main body of electromagnetic arc stud welding gun, air claw unit, radial symmetrical magnetic field unit and connecting rod mechanism are designed. According to the characteristics of welding torch, the corresponding robot workstation is designed. The workstation includes hollow stud welding gun, six-axis industrial robot. Flexible welding platform, arc stud welding power supply and arc magnetic power supply, and the corresponding control module. The workstation can realize automatic welding of hollow studs and improve positioning accuracy, welding efficiency and automation. The design of welding torch mainly includes applying magnetic field to make the arc rotate, using step motor to automatically control the arc height of stud welding, designing air claw chuck, and redesigning the frame structure of welding torch. The welding torch is stable and reliable. It can hold the hollow studs with arbitrary height of 12mm~60mm and diameter of 桅 12mm ~ 桅 32mm. The arc height can be controlled in units of 0.5mm and adjusted arbitrarily from 0mm~5mm. Radial symmetric magnetic field unit can produce radial symmetric magnetic field through the end of stud, make welding arc rotate, and carry out spiral arc welding process test. After applying magnetic field to welding arc, the variation of arc shape is complicated. The 1:1 proportional model is constructed by COMSOL Multiphysics, the material is defined, the distribution of magnetic field between the end face of stud and base metal is simulated, and the coupling analysis of particle and magnetic field is carried out. The motion trajectories of particles under different welding current and magnetic field current are obtained. When the radius of spiral arc is larger than the radius of stud 2mm, a better welding joint can be obtained. The APP suitable for the model is designed to simulate the process of other types of studs conveniently. By analyzing the control requirements of each module, the control scheme of welding torch and welding process is designed by using robot control cabinet. Among them, Siemens PLC and EM253 module are used to control the output signal of step motor NX100 control cabinet to PLC. In the form of 4-digit binary number, 0.5 mm is used to control the moving distance of the screw nut, and finally the arc height is controlled. At the same time, the output terminal row of NX100 directly controls the solenoid valve, welding power supply and arc power source to open and close. Finally, the whole welding process is completed directly by writing the robot program. The experimental study on hollow studs with outer diameter of 16mm and inner diameter of 8mm shows that the optimum welding parameters are 3mm arc height, 3mm preloading depth, 800A welding current, 800ms welding time and 0.7A current of rotating arc magnetic field. The shear strength of the joint can reach 362Mpa. The application of rotating arc magnetic field solves the problem of arc bias, and the increase of arc magnetic field current is helpful to the trend of arc diffusion. The main achievements and innovations of this study are as follows: on the basis of the original welding torch design, a new type of automatic hollow stud rotary arc welding gun and its control system are designed based on the principle of rotary arc, and the problem of hollow stud arc deviation is basically solved through technological tests. The welding joints with beautiful weld formation and high shear strength were obtained, and the principle of spiral arc welding was simulated by finite element method according to the welding torch structure. The mechanism of magnetic field acting on arc was clarified, which laid the foundation for other types of stud technological test.
【学位授予单位】:南京理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TG409
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 黄贤聪;螺柱焊技术的应用与发展趋势[J];机械工人;2001年09期
2 池强,张建勋,付继飞;电弧螺柱焊技术的发展与应用[J];焊接技术;2003年06期
3 刘孙东;韩玉琦;陈志伟;;国产高频逆变螺柱焊机及其技术性能[J];电焊机;2009年11期
4 魏先银;;浅谈螺柱焊在焊装白车身上的应用[J];金属加工(热加工);2009年24期
5 王大明;褚卫东;朱麟;;汽车螺柱焊质量的影响因素分析[J];汽车与配件;2011年46期
6 杨博;张双喜;陈文波;;农机行业螺柱焊技术的应用[J];硅谷;2012年05期
7 李纪仁;;电弧螺柱焊技术的开发应用[J];机械;1991年02期
8 ;《螺柱焊焊接技术及其应用》[J];电焊机;2013年12期
9 ;《螺柱焊焊接技术及其应用》[J];电焊机;2013年08期
10 ;《螺柱焊焊接技术及其应用》[J];电焊机;2013年10期
相关会议论文 前9条
1 黄贤聪;;自动螺柱焊机[A];制造业与未来中国——2002年中国机械工程学会年会论文集[C];2002年
2 ;铝螺柱焊技术[A];机械加工工艺成果及工艺突破口经验交流会资料[C];1991年
3 齐绍荣;张景林;;提高电弧螺柱焊焊接质量应注意的几个环节[A];中国钢协钢-混凝土组合结构协会第八次年会论文集[C];2001年
4 王占梅;李宝良;李燕京;;尖端法电容贮能螺柱焊工艺参数分析[A];第四届全国电子工业焊接学术会议论文集[C];1992年
5 梁成信;陈长礼;;螺柱焊技术在桥梁上的应用[A];2001年全国建筑钢结构行业大会论文集[C];2001年
6 薛利群;朱元忠;;水下螺柱焊探讨[A];救捞专业委员会2004年学术交流会论文集[C];2004年
7 骆文倩;;螺柱焊在铝合金机箱上的应用[A];中国电子学会生产技术学分会机械加工专业委员会第八届学术年会论文集[C];2001年
8 黄贤聪;张瑞昌;孙松岭;杨瑞;;埋弧螺柱焊机及其在预埋件焊接中的应用[A];中西南十省区(市)焊接学会联合会第九届年会论文集[C];2006年
9 李金泉;孙汉卿;赵炳义;崔瑜;李远峰;;德国TSG—2000 PE螺柱焊机的原理与维修[A];第三届全国现代设备管理及应用技术研讨会交流论文集[C];2004年
相关重要报纸文章 前1条
1 本报记者 张奋勇;勇当革新尖兵[N];现代物流报;2011年
相关硕士学位论文 前10条
1 王建;机器人复合热源螺柱自动焊关键设备研制[D];南京理工大学;2015年
2 李海涛;重大装备结构模块螺柱焊焊接工艺的优化[D];哈尔滨工业大学;2016年
3 周传昆;铝板—钢螺柱异种材料摩擦螺柱焊工艺研究[D];南京理工大学;2017年
4 王希凯;机器人空心螺柱旋弧焊枪研制与工艺试验研究[D];南京理工大学;2017年
5 王学敏;复合热源自动螺柱焊焊枪装置研制及工艺试验[D];南京理工大学;2009年
6 薛鹏飞;螺柱与中厚高强钢复合热源螺柱焊试验研究[D];南京理工大学;2008年
7 周标;铝合金螺柱焊工艺方法研究[D];南京理工大学;2008年
8 杨立;复合热源摩擦螺柱焊系统研究[D];南京理工大学;2013年
9 徐云勇;大直径螺柱复合热源工艺试验研究及性能分析研究[D];南京理工大学;2009年
10 沈华;机器人复合热源自动螺柱焊工艺研究及设备研制[D];南京理工大学;2012年
,本文编号:1798102
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/1798102.html