适用于数控焊床的空间焊缝处理算法与焊接仿真

发布时间：2017-10-08 20:06

  本文关键词：适用于数控焊床的空间焊缝处理算法与焊接仿真

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【摘要】：随着制造技术的高速发展,传统的手工焊接已经跟不上时代的脚步,焊接自动化已然成为焊接生产的必然趋势,而自动化焊接的最终目的便是实现对空间复杂焊缝曲线的高效、高质量自动焊接。本文研究并设计了一套针对空间复杂曲线焊缝焊接过程的轨迹规划与控制算法,包括对焊缝曲线的数学重构,数控焊床的插补算法以及焊枪姿态控制三大部分,并在论文的最后对焊接的热循环过程进行了仿真分析。本文中焊缝重构基于离线编程的方法,利用可过控制点的B样条曲线对给定的焊缝型值点进行插值,形成了一条插值焊缝曲线,并对实际焊缝与插值焊缝之间的误差进行了分析,证明了该算法的可行性。插补算法是实现焊接轨迹规划的基础,针对本文中焊床特有的运动模式进行了研究,在此基础上提出了一种误差可控的螺旋线插补算法,并对焊缝的具体插补过程做了详细的说明。焊枪姿态控制是自动化焊接技术的重要组成部分,本文首先对焊缝姿态模型进行了计算,在此基础上通过三次旋转和平移变换求得了焊枪的姿态模型,最后针对焊枪通过大曲率焊缝曲线时的速度波动现象进行了研究并给出了姿态模型的优化方法。焊接热循环过程中的峰值温度是影响焊接质量的一个重要因素,本文利用Ansys软件对焊接过程进行了仿真分析,研究了焊接速度,焊缝形状等参数对焊接峰值温度的影响,在此基础上给出了焊接速度与焊接峰值温度的拟合关系式,为实际焊接过程中的温度控制提供了理论指导。
【关键词】：自动化焊接 位姿控制 焊接仿真
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG409
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 焊接自动化技术简介9-10
• 1.2 焊接自动化技术发展概况10-12
• 1.2.1 国外发展概况10
• 1.2.2 国内发展概况10-11
• 1.2.3 焊接自动化技术的发展趋势11-12
• 1.3 本文主要研究内容与关键技术12-14
• 第2章 空间焊缝三维重构算法14-24
• 2.1 引言14
• 2.2 开发平台简介14-15
• 2.2.1 OpenGL图形绘制平台简介14
• 2.2.2 MFC环境下的OpenGL绘图框架14-15
• 2.3 焊接路径获取的主要方法及研究现状15-16
• 2.3.1 人工示教技术15
• 2.3.2 焊缝跟踪技术15
• 2.3.3 焊接路径的离线编程技术15-16
• 2.4 复杂焊缝的数学重构算法16-20
• 2.4.1 样条曲线造型简介16
• 2.4.2 B样条的基本概念16-18
• 2.4.3 基于B样条的焊缝曲线建模18-20
• 2.5 实例验证及误差分析20-23
• 2.5.1 示例20-21
• 2.5.2 误差分析21-23
• 2.6 本章小结23-24
• 第3章 基于误差控制的螺旋线插补算法24-32
• 3.1 引言24
• 3.2 自动化焊接机床的运动分析24-27
• 3.2.1 机械加工成形原理24-25
• 3.2.2 数控焊床的运动坐标系25-26
• 3.2.3 基于反转法的焊接运动分析26-27
• 3.3 等误差螺旋线插补算法27-31
• 3.3.1 插补的基本概念27-28
• 3.3.2 基于二分法的平面焊缝插补算法28-29
• 3.3.3 基于投影法的空间焊缝插补算法29-31
• 3.4 本章小结31-32
• 第4章 焊枪空间位姿控制算法32-41
• 4.1 引言32
• 4.2 物体位姿的表示方法32-34
• 4.2.1 位姿的概念32-33
• 4.2.2 齐次坐标与变换矩阵33-34
• 4.3 焊接姿态模型求解34-39
• 4.3.1 焊缝坐标系的定义及求解35-37
• 4.3.2 焊枪坐标系定义及其求解37-39
• 4.4 示例39
• 4.5 焊枪姿态优化39-40
• 4.6 本章小结40-41
• 第5章 焊接工艺对峰值温度的影响41-53
• 5.1 引言41
• 5.2 焊接有限元仿真分析41-43
• 5.2.1 有限元方法简介41-42
• 5.2.2 焊接热循环过程的特点42
• 5.2.3 Ansys软件介绍42-43
• 5.3 焊接热源模型的施加43-45
• 5.3.1 焊接热源模型的选择43
• 5.3.2 高斯热源43-44
• 5.3.3 热源的移动加载44-45
• 5.4 焊接工艺参数的选择45-46
• 5.4.1 热源参数的选择45
• 5.4.2 边界条件的设定45
• 5.4.3 单元类型选择45
• 5.4.4 材料参数选择45-46
• 5.5 焊接速度对峰值温度的影响46-49
• 5.5.1 有限元模型46
• 5.5.2 数值模拟结果分析46-47
• 5.5.3 数据拟合分析47-49
• 5.6 焊缝形状对焊接峰值温度的影响49-52
• 5.6.1 焊缝曲率对焊接峰值温度的影响49-51
• 5.6.2 焊缝凹凸性对焊接峰值温度的影响51-52
• 5.7 本章小结52-53
• 第6章 结论与展望53-55
• 6.1 总结53
• 6.2 展望53-55
• 参考文献55-58
• 附录1 数控焊床实际图58-59
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果59-60
• 致谢60

【参考文献】

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本文编号：995980