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试析熔池机器人双丝共熔池脉冲MAG高速焊与协同制约方式熔滴过渡行为学术

收藏本文 2024-04-09 点赞:34627 浏览:151255 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:机器人双丝共熔池脉冲MAG高速焊技术集高效优质和自动化于一体,愈来愈受到重视,已成为国内外焊接领域的探讨热点,但是国内的相关探讨起步相对较晚,并且还不能批量生产这种机器人双丝焊装备。本论文在黄石生教授主持的国家自然科学基金项目(No.50375054)和广东省科技计划项目(No.2010B010900027)资助下,在论述浅析的基础上,结合数字化制约技术和数字通信技术,建立了基于焊接机器人的双丝共熔池脉冲MAG高速焊装备试验平台,并对其特性和运用进行了深入探讨。论文在对相关论述不足浅析的基础上建立了基于焊接机器人的双丝共熔池脉冲MAG高速焊的动态历程数学模型,在此基础上全面模拟、深入浅析了双丝脉冲MAG高速焊的动态历程,进行了电弧熔滴过渡的稳定性仿真、弧长和干伸长的抗扰性仿真、电弧动态调节仿真及系统改善浅析,认为电弧的熔滴过渡与弧焊电源的时间常数有着非常密切的联系,但对焊丝干伸长没有显著影响;弧长扰动与焊丝干伸长扰动是两种完全不同性质的扰动:焊丝干伸长扰动后,系统恢复到原来的稳定工作点;而弧长扰动却使系统稳定到一个新的工作点,新工作点是靠干伸长变化补偿弧长的变化而形成的稳定工作状态,但这种补偿作用却不能完全抵消掉弧长的变化量而使系统恢复回原来的工作点。设计了基于焊接机器人的双丝共熔池脉冲MAG高速焊装备试验平台案例,在充分浅析探讨ABB机器人的结构基础上进行了机器人双丝MAG焊平台人机接口的设计,采取C/OS-II嵌入式操作系统及高性能MCU C8051F020,并对C/OS-II嵌入式操作系统的移植和任务划分进行了探讨,讨论了各任务之间的通信与同步不足。设计并实现了双丝脉冲MAG焊双弧焊电源和双送丝机之间的数字通信系统,软件模块化设计精巧,新颖的二次握手和双重标识机制的新通信协议机制,使得数据标识的发送、接收避开了时序的混乱,双机通信准确、快速、可靠,并可以快速地进行错误的纠正,保证了数据的正确传输,试验表明该通信系统可靠实用,经过改善也可用于多丝焊的通信;深入探讨了双丝共熔池脉冲MAG高速焊接历程协同制约方式下熔滴过渡的关键不足,利用高速摄影仪和小波浅析仪进行了双丝脉冲MAG焊接历程送丝速度、电流频率、双丝脉冲相位对熔滴过渡及焊缝成形影响的高速摄影和小波浅析;并运用具有自由表面的流体稳定性论述,浅析了双电弧共熔池脉冲MAG焊前丝、后丝脉冲电流相位联系对焊缝成形质量的影响,认为双丝焊在同步相位制约方式下,双电弧同时燃弧使熔池拉长是造成熔池失稳、并最终形成驼峰焊道的主要理由;利用建立的计算机测试平台对基于焊接机器人的双丝共熔池脉冲MAG高速焊装备进行了大量的工艺试验,并进行了全面的双丝协同制约测试,结合本论文对双丝焊熔滴过渡的探讨认为,总体上前后和后丝交替相位协同制约方式焊接效果要比随机方式好,而随机方式要好于同步方式,主要体现在交替相位制约方式飞溅、噪音少一些而同步方式多一些,但适当增加脉冲频率会提升焊缝的成形质量;随机方式介于两者之间。总体上脉冲频率高些会使电弧挺度增强,焊缝成形质量会好一些。但是根据规范不同,过高的脉冲频率却降低焊缝成形质量。设定主机的电流规范大一点,电弧电压要与以机相同或比以机低一些,这样的焊接规范电弧挺度比较好,而以机电弧由于磁偏吹有些向主机电弧倾斜,试验证明这种电弧形态配合对焊缝成形有利。关键词:双丝共熔池脉冲MAG高速焊论文数字通信论文协同制约论文熔滴过渡论文高速摄影论文

    摘要5-7

    ABSTRACT7-15

    第一章 绪论15-31

    1.1 学术背景及论述与实际作用15-17

    1.1.1 学术背景与不足的提出15-16

    1.1.2 探讨的论述与实际作用16-17

    1.2 相关领域国内外文献综述17-29

    1.2.1 双丝高速GMAW焊接装备的近况与进展走势17-21

    1.2.2 机器人焊接技术探讨近况21-23

    1.2.3 脉冲MIG/MAG焊历程制约的近况及进展走势23-29

    1.3 课题来源及主要探讨内容29-31

    第二章 机器人双丝共熔池脉冲 MAG 焊动态历程浅析31-51

    2.1 等速送丝系统动态模型的建立31-39

    2.1.1 电弧的自身调节作用32-34

    2.1.2 电弧的传递函数34-35

    2.1.3 电源—电弧系统35-37

    2.1.4 送丝机环节传递函数37-38

    2.1.5 系统模型的建立38-39

    2.2 系统动态浅析39-49

    2.2.1 干长扰动39-41

    2.2.2 弧长扰动41-43

    2.2.3 熔滴过渡扰动对干长/电流/电压的影响43-45

    2.2.4 熔化时间常数的影响45-48

    2.2.5 弧焊电源等效时间常数的影响48-49

    2.3 本章小结49-51

    第三章 机器人双丝共熔池脉冲 MAG 高速焊装备总体设计51-67

    3.1 机器人双丝共熔池脉冲MAG焊相关论述51-53

    3.1.1 双丝脉冲焊接历程中电弧形态及熔滴过渡方式51-53

    3.1.2 双丝共熔池脉冲MAG焊熔池行为探讨53

    3.2 机器人双丝共熔池脉冲MAG高速焊装备总体实现方式选择53-55

    3.3 弧焊电源的选择及案例设计55-57

    3.3.1 弧焊电源外特性选择55-56

    3.3.2 弧焊电源动特性要求56-57

    3.3.3 弧焊电源协同工作方式选择57

    3.4 双丝焊炬、送丝系统及冷却系统的选择57-59

    3.4.1 双丝焊炬及冷却系统57-58

    3.4.2 送丝系统58-59

    3.5 机器人双丝脉冲MAG高速焊接试验平台搭建59-66

    3.5.1 机器人硬件系统59-61

    3.5.2 机器人双丝高速焊接试验平台人机接口设计61-66

    3.6 本章小结66-67

    第四章 基于双重标识算法的双丝 MAG 焊电源与送丝机通信系统设计67-83

    4.1 弧焊电源与送丝机通信策略探讨67-68

    4.2 本通信系统设计采取的策略68-69

    4.3 原有通信系统功能浅析69

    4.4 通信系统硬件设计69-72

    4.5 通信系统软件模块化设计72-80

    4.6 通信系统验证性试验80-82

    4.7 本章小结82-83

    第五章 双丝共熔池脉冲 MAG 焊熔滴过渡探讨83-105

    5.1 送丝速度变化对TCGMAW熔滴过渡行为及焊缝成形的影响83-89

    5.1.1 焊接规范83-84

    5.1.2 送丝速度变化对熔滴过渡方式的影响84-86

    5.1.3 送丝速度变化对焊缝成形的影响86-89

    5.2 脉冲频率变化对TCGMAW熔滴过渡行为及焊缝成形的影响89-96

    5.2.1 焊接规范89

    5.2.2 脉冲频率对熔滴过渡方式的影响89-92

    5.2.3 脉冲频率对焊缝影响的小波浅析92-96

    5.3 脉冲电流相位对TCGMAW熔滴过渡行为及焊缝成形的影响96-104

    5.3.1 焊接规范96

    5.3.2 脉冲电流相位对焊接历程熔滴过渡的影响96-99

    5.3.3 脉冲电流相位对焊缝成形的影响99-102

    5.3.4 脉冲电流相位对焊缝成形影响的讨论浅析102-104

    5.4 本章小结104-105

    第六章 机器人双丝共熔池脉冲 MAG 焊工艺试验探讨105-117

    6.1 系统试验平台及试验说明105

    6.2 机器人双丝共熔池脉冲MAG高速焊工艺试验探讨105-115

    6.2.1 交替相位制约方式机器人双丝共熔池脉冲MAG高速焊107-109

    6.2.2 同步相位制约方式机器人双丝共熔池脉冲MAG高速焊109-111

    6.2.3 随机相位制约方式机器人双丝共熔池脉冲MAG高速焊111-113

    6.2.4 机器人双丝共熔池脉冲MAG高速焊不同焊接速度试验113-115

    6.3 本章小结115-117

    结论117-119

    一、主要探讨成果和结论117-118

    二、本论文的革新点:118

    三、进一步探讨工作的设想118-119

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