機器人空心螺柱旋弧焊槍研制與工藝試驗研究.pdf

1、針對大直徑空心螺柱自動焊接需求，在機器人自動焊系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上，提出了空心螺柱旋弧焊接方案，設(shè)計全新的旋弧自動焊槍，該焊槍包括步進電機單元、電磁式電弧螺柱焊槍主體、氣爪單元、徑向?qū)ΨQ磁場單元和連桿機構(gòu)，并根據(jù)焊槍特點設(shè)計了相應(yīng)的機器人工作站，工作站包括空心螺柱焊槍、六軸工業(yè)機器人、柔性焊接平臺、拉弧螺柱焊接用電源和旋弧磁場電源，以及相應(yīng)的控制模塊。該工作站可以實現(xiàn)空心螺柱的自動焊接，并提升定位精度、焊接效率和自動化程度。
　　焊槍

2、設(shè)計主要包括施加磁場使電弧發(fā)生旋轉(zhuǎn)、利用步進電機自動控制螺柱焊拉弧高度、設(shè)計氣爪夾頭、并重新設(shè)計焊槍框架結(jié)構(gòu)。焊槍穩(wěn)定可靠，可以夾持12mm～60mm任意高度，外徑在Φ12mm～Φ32mm任意直徑的空心螺柱，可以控制拉弧高度在以0.5mm為單位，從0mm～5mm任意調(diào)節(jié)，徑向?qū)ΨQ磁場單元可以產(chǎn)生貫穿于螺柱端面的徑向?qū)ΨQ磁場，使焊接電弧發(fā)生旋轉(zhuǎn)，進行旋弧焊接工藝試驗。
　　對焊接電弧施加磁場后，電弧形態(tài)變化復(fù)雜，利用COMSOL M

3、ultiphysics構(gòu)建1∶1比例模型，定義材料，模擬磁場在螺柱端面到母材之間的分布情況，并進行粒子、磁場耦合分析，得到不同焊接電流與磁場電流下粒子的運動軌跡，分析得到當(dāng)旋弧半徑大于螺柱半徑2mm時可以獲得較為優(yōu)質(zhì)的焊接接頭，并設(shè)計了適應(yīng)該模型的APP，方便進行其他型號螺柱的工藝模擬。
　　通過對各個模塊的控制需求分析，設(shè)計了利用機器人控制柜直接操控焊槍和焊接工藝的控制方案。其中利用西門子PLC，和EM253模塊控制步進電機，N

4、X100控制柜輸出信號給PLC，以4位二進制數(shù)的形式，0.5mm為單位控制絲杠螺母移動距離，最終控制拉弧高度，同時NX100的輸出端子排直接控制電磁閥、焊接電源和旋弧電源的開啟與關(guān)閉，最終直接通過編寫機器人程序完成整個焊接流程。
　　對外徑16mm，內(nèi)徑8mm的空心螺柱工藝實驗研究，得到最優(yōu)焊接參數(shù)為拉弧高度3mm、預(yù)壓深度3mm、焊接電流800A、焊接時間為800ms和旋弧磁場電流0.7A，其接頭抗剪強度可達到362Mpa，通過