機(jī)器人空心螺柱旋弧焊槍研制與工藝試驗(yàn)研究.pdf

1、針對(duì)大直徑空心螺柱自動(dòng)焊接需求，在機(jī)器人自動(dòng)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(jì)全新的旋弧自動(dòng)焊槍，該焊槍包括步進(jìn)電機(jī)單元、電磁式電弧螺柱焊槍主體、氣爪單元、徑向?qū)ΨQ磁場(chǎng)單元和連桿機(jī)構(gòu)，并根據(jù)焊槍特點(diǎn)設(shè)計(jì)了相應(yīng)的機(jī)器人工作站，工作站包括空心螺柱焊槍、六軸工業(yè)機(jī)器人、柔性焊接平臺(tái)、拉弧螺柱焊接用電源和旋弧磁場(chǎng)電源，以及相應(yīng)的控制模塊。該工作站可以實(shí)現(xiàn)空心螺柱的自動(dòng)焊接，并提升定位精度、焊接效率和自動(dòng)化程度。
　　焊槍

2、設(shè)計(jì)主要包括施加磁場(chǎng)使電弧發(fā)生旋轉(zhuǎn)、利用步進(jìn)電機(jī)自動(dòng)控制螺柱焊拉弧高度、設(shè)計(jì)氣爪夾頭、并重新設(shè)計(jì)焊槍框架結(jié)構(gòu)。焊槍穩(wěn)定可靠，可以?shī)A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(chǎng)單元可以產(chǎn)生貫穿于螺柱端面的徑向?qū)ΨQ磁場(chǎng)，使焊接電弧發(fā)生旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行旋弧焊接工藝試驗(yàn)。
　　對(duì)焊接電弧施加磁場(chǎng)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(chǎng)在螺柱端面到母材之間的分布情況，并進(jìn)行粒子、磁場(chǎng)耦合分析，得到不同焊接電流與磁場(chǎng)電流下粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，分析得到當(dāng)旋弧半徑大于螺柱半徑2mm時(shí)可以獲得較為優(yōu)質(zhì)的焊接接頭，并設(shè)計(jì)了適應(yīng)該模型的APP，方便進(jìn)行其他型號(hào)螺柱的工藝模擬。
　　通過(guò)對(duì)各個(gè)模塊的控制需求分析，設(shè)計(jì)了利用機(jī)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(jìn)電機(jī)，N

4、X100控制柜輸出信號(hào)給PLC，以4位二進(jìn)制數(shù)的形式，0.5mm為單位控制絲杠螺母移動(dòng)距離，最終控制拉弧高度，同時(shí)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(kāi)啟與關(guān)閉，最終直接通過(guò)編寫機(jī)器人程序完成整個(gè)焊接流程。
　　對(duì)外徑16mm，內(nèi)徑8mm的空心螺柱工藝實(shí)驗(yàn)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(shí)間為800ms和旋弧磁場(chǎng)電流0.7A，其接頭抗剪強(qiáng)度可達(dá)到362Mpa，通過(guò)