电弧增材成型运动控制的寻迹与实现研究
发布时间：2021-05-06 16:50
电弧增材制造技术（Wire Arc Additive Manufacture,WA-AM）利用计算机辅助设计三维坐标,合理规划路径,层层堆积熔敷金属,最终得到三维实体工件,具有材料利用率高,生产周期短,制造成本低,致密性良好,材料成分均匀,冶金性能良好、力学性能优良等优点。目前,大多数学者致力于研究电弧增材的制造工艺,对于电弧增材设备的研究处于单热源阶段,且多数用于小型零件成型。本文以多热源立式增材制造设备为研究基础,旨在完成增材制造轨迹规划及实现,满足增材工艺要求,设计了一套智能WA-AM控制系统,该控制系统实施分层分级管理模式,包括上位机、人机界面监控,下位机PLC控制和伺服电机实现轨迹扫描。首先完成WA-AM智能控制系统整体方案设计和硬件选型,根据控制系统的需求和功能,设计了以汇川AM600中型PLC为核心控制器,搭配相应伺服系统,构成下位机;编写上位机和人机界面实现分层分级管理,完成多热源电弧增材自动化成形。其次明确实现增材制造过程中需要考虑和控制的工艺参数,包括设置合适的焊道间距和焊层高度,控制焊点温度和熔敷速度在误差允许范围内保持稳定,研究完成单层扫描的路径算法。最后设计W...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
1.2 电弧增材制造工艺研究现状
1.3 电弧增材制造设备研究现状
1.4 论文的主要研究内容
第2章 电弧增材制造工艺参数及路径规划
2.1 电弧增材制造技术工艺参数
2.1.1 焊缝的宏观尺寸
2.1.2 单层单道成形工艺参数
2.1.3 单层多道成形工艺参数
2.1.4 多层多道成形工艺参数
2.2 电弧增材制造设备路径规划
2.2.1 路径规划算法
2.2.2 起弧和停弧控制策略
2.3 本章小结
第3章 WA-AM控制系统整体方案设计及硬件实现
3.1 WA-AM智能控制系统需求和功能分析
3.1.1 WA-AM智能控制系统需求
3.1.2 WA-AM智能控制系统功能
3.2 WA-AM智能控制系统方案设计
3.3 WA-AM智能控制系统工作过程概述
3.4 WA-AM智能控制系统硬件设备简介
3.4.1 PLC选型及介绍
3.4.2 伺服系统选型及介绍
3.4.3 人机界面简介
3.4.4 其他硬件设备
3.5 WA-AM控制系统网络通信
3.5.1 PLC与伺服系统之间的通信网络
3.5.2 PLC与服务器之间的通信网络
3.6 本章小结
第4章 WA-AM控制系统软件设计
4.1 管理控制层软件设计
4.1.1 管理控制层软件整体设计
4.1.2 用户层程序设计
4.1.3 控制层程序设计
4.1.4 存储层程序设计
4.2 监测控制层软件设计
4.2.1 MCGS组态设计
4.2.2 HMI界面设计
4.3 运动控制层软件设计
4.3.1 运动控制层软件介绍
4.3.2 安全模块
4.3.3 手动模块
4.3.4 自动模块
4.4 本章小结
第5章 模拟件成型实验及分析
5.1 模拟件成型过程
5.2 数据分析和实验结果
5.2.1 数据分析
5.2.2 实验结果
5.3 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Al-6.3Cu铝合金电弧填丝增材制造成形与组织性能[J]. 孙红叶,从保强,苏勇,齐铂金,祁泽武,王强. 航空制造技术. 2017(14)
[2]MIG焊参数及路径对增材制造熔敷层尺寸的影响[J]. 赵孝祥,孙策,叶福兴,罗震. 焊接. 2016(04)
[3]增材制造技术的应用及其发展[J]. 袁茂强,郭立杰,王永强,王力,王联凤. 机床与液压. 2016(05)
[4]电弧増材制造厚壁结构焊道间距计算策略[J]. 柏久阳,王计辉,林三宝,杨春利,范成磊. 机械工程学报. 2016(10)
[5]电弧增材制造研究现状及在航空制造中应用前景[J]. 熊江涛,耿海滨,林鑫,黄丹,李京龙,张赋升. 航空制造技术. 2015(Z2)
[6]TIG增材制造4043铝合金薄壁零件组织及力学性能[J]. 柏久阳,王计辉,师建行,林三宝,杨春利,范成磊. 焊接. 2015(10)
[7]国外电弧增材制造技术的研究现状及展望[J]. 田彩兰,陈济轮,董鹏,何京文,王耀江. 航天制造技术. 2015(02)
[8]增材制造（3D打印）技术发展[J]. 卢秉恒,李涤尘. 机械制造与自动化. 2013(04)
[9]基于机器人堆焊增材制造工艺与方法研究[J]. 张禹,王世龙,罗震,敖三三. 制造业自动化. 2013(11)
[10]金属结构熔焊快速成形系统设计与实验研究[J]. 徐健宁,张华,胡瑢华,李玉龙. 上海交通大学学报. 2010(S1)
博士论文
[1]多层单道GMA增材制造成形特性及熔敷尺寸控制[D]. 熊俊.哈尔滨工业大学 2014
[2]GMAW再制造多重堆积路径对质量影响及优化方法研究[D]. 赵慧慧.哈尔滨工业大学 2012
[3]弧焊机器人金属快速成形研究[D]. 杜乃成.天津大学 2009
硕士论文
[1]弧焊机器人增材制造成形信息检测及控制研究[D]. 韩庆璘.哈尔滨工业大学 2016
本文编号：3172281
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
1.2 电弧增材制造工艺研究现状
1.3 电弧增材制造设备研究现状
1.4 论文的主要研究内容
第2章 电弧增材制造工艺参数及路径规划
2.1 电弧增材制造技术工艺参数
2.1.1 焊缝的宏观尺寸
2.1.2 单层单道成形工艺参数
2.1.3 单层多道成形工艺参数
2.1.4 多层多道成形工艺参数
2.2 电弧增材制造设备路径规划
2.2.1 路径规划算法
2.2.2 起弧和停弧控制策略
2.3 本章小结
第3章 WA-AM控制系统整体方案设计及硬件实现
3.1 WA-AM智能控制系统需求和功能分析
3.1.1 WA-AM智能控制系统需求
3.1.2 WA-AM智能控制系统功能
3.2 WA-AM智能控制系统方案设计
3.3 WA-AM智能控制系统工作过程概述
3.4 WA-AM智能控制系统硬件设备简介
3.4.1 PLC选型及介绍
3.4.2 伺服系统选型及介绍
3.4.3 人机界面简介
3.4.4 其他硬件设备
3.5 WA-AM控制系统网络通信
3.5.1 PLC与伺服系统之间的通信网络
3.5.2 PLC与服务器之间的通信网络
3.6 本章小结
第4章 WA-AM控制系统软件设计
4.1 管理控制层软件设计
4.1.1 管理控制层软件整体设计
4.1.2 用户层程序设计
4.1.3 控制层程序设计
4.1.4 存储层程序设计
4.2 监测控制层软件设计
4.2.1 MCGS组态设计
4.2.2 HMI界面设计
4.3 运动控制层软件设计
4.3.1 运动控制层软件介绍
4.3.2 安全模块
4.3.3 手动模块
4.3.4 自动模块
4.4 本章小结
第5章 模拟件成型实验及分析
5.1 模拟件成型过程
5.2 数据分析和实验结果
5.2.1 数据分析
5.2.2 实验结果
5.3 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Al-6.3Cu铝合金电弧填丝增材制造成形与组织性能[J]. 孙红叶,从保强,苏勇,齐铂金,祁泽武,王强. 航空制造技术. 2017(14)
[2]MIG焊参数及路径对增材制造熔敷层尺寸的影响[J]. 赵孝祥,孙策,叶福兴,罗震. 焊接. 2016(04)
[3]增材制造技术的应用及其发展[J]. 袁茂强,郭立杰,王永强,王力,王联凤. 机床与液压. 2016(05)
[4]电弧増材制造厚壁结构焊道间距计算策略[J]. 柏久阳,王计辉,林三宝,杨春利,范成磊. 机械工程学报. 2016(10)
[5]电弧增材制造研究现状及在航空制造中应用前景[J]. 熊江涛,耿海滨,林鑫,黄丹,李京龙,张赋升. 航空制造技术. 2015(Z2)
[6]TIG增材制造4043铝合金薄壁零件组织及力学性能[J]. 柏久阳,王计辉,师建行,林三宝,杨春利,范成磊. 焊接. 2015(10)
[7]国外电弧增材制造技术的研究现状及展望[J]. 田彩兰,陈济轮,董鹏,何京文,王耀江. 航天制造技术. 2015(02)
[8]增材制造（3D打印）技术发展[J]. 卢秉恒,李涤尘. 机械制造与自动化. 2013(04)
[9]基于机器人堆焊增材制造工艺与方法研究[J]. 张禹,王世龙,罗震,敖三三. 制造业自动化. 2013(11)
[10]金属结构熔焊快速成形系统设计与实验研究[J]. 徐健宁,张华,胡瑢华,李玉龙. 上海交通大学学报. 2010(S1)
博士论文
[1]多层单道GMA增材制造成形特性及熔敷尺寸控制[D]. 熊俊.哈尔滨工业大学 2014
[2]GMAW再制造多重堆积路径对质量影响及优化方法研究[D]. 赵慧慧.哈尔滨工业大学 2012
[3]弧焊机器人金属快速成形研究[D]. 杜乃成.天津大学 2009
硕士论文
[1]弧焊机器人增材制造成形信息检测及控制研究[D]. 韩庆璘.哈尔滨工业大学 2016
本文编号：3172281
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