数控激光焊接工作台设计及焊接工艺优化系统研发

摘要

激光焊接以其能量密度高、变形小、适应性强等优点，在汽车工业、航天航空、核电设备等领域广泛应用，与传统焊接方法相比不仅生产效率大大提高，焊接质量也得到显著提高。与此同时，激光焊接也存在一定的局限性，要求焊件装配精度高以及焊接位置必须非常精确，这就对焊接工作台的装卡和灵活性等提出一个新的要求[1]。
　　 本文通过对激光焊接的研究，首先，设计并搭建X-Y数控激光焊接工作台，工作台由单片机作为主控制器，步进电机作为动力源，通过丝杠带动整个工作台运动。其次，对焊接工作台的运动精度进行测定，建立速度、位移、载荷三个因素分别对焊接工作台运动精度的影响关系模型以及三个因素两两交互作用对工作台运动精度的影响关系。最后，对焊接工作台控制模块进行智能化开发。通过建立焊缝抗拉强度与激光焊接速度、激光功率、光斑直径之间的关系模型以及热输入与抗拉强度之间的关系模型、母材厚度和焊接热输入之间的关系模型，最终建立了激光焊接最优工艺参数预测系统。
　　 研究结果表明，激光焊接工作台能够实现绝对运动、增量运动、直线插补、顺圆插补等平面运动，理论最高限速为8000mm/min，工作台平均运动误差在0.02mm/100mm以内。焊接工作台运行速度与运动精度之间为线性关系;位移量对焊接工作台运动精度影响关系拟合为二次函数;一定范围内的载荷对工作台运动精度影响很小。三个因素影响显著性依次为:速度、位移、载荷。建立的焊接工艺参数优化和预测系统能够较为准确地预测出优化后的激光焊接工艺参数，结合焊接工作台运动控制模块实现焊接智能化。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景

1．1．1 激光焊接

1．1．2 X-Y工作台

1．1．3 焊接工艺参数优化

1．2 课题的研究现状

1．2．1 数控系统及数控工作台

1．2．2 工作台运动精度

1．2．3 焊接工艺优化

1．2．4 人工神经网络在焊接中的应用

1．3 数控焊接工作台及焊接工艺预测系统的研究意义

1．4 本论文的主要工作

第2章 焊接工作台的设计和搭建

2．1 引言

2．2 焊接工作台的设计

2．2．1 焊接工作台机械部分主要部件的选择

2．2．2 焊接工作台机械部分的整体设计

2．2．3 焊接工作台控制部分的元件选取

2．3 焊接工作台的搭建

2．4 焊接工作台的构成及操控流程

2．4．1 焊接工作台机械部分的运行情况

2．4．2 控制系统的控制原理

2．4．3 焊接工作台主要控制流程

2．5 本章小结

第3章 焊接工作台的精度测试与数据分析

3．1 引言

3．2 焊接工作台精度测试

3．2．1 焊接工作台精度测试实验原理

3．2．2 焊接工作台精度测试实验具体操作

3．2．3 焊接工作台精度测试实验因素的选择

3．2．4 焊接工作台精度测试数据整理及统计

3．3 单因素对焊接工作台精度影响分析

3．3．1 速度对焊接工作台精度的影响

3．3．2 速度对到位精度曲线拟合

3．3．2 位移量对焊接工作台精度的影响

3．3．4 位移对焊接工作台精度的曲线拟合

3．3．5 载荷对焊接工作台精度的影响

3．4 影响因素的权重分析

3．4．1 各因素对到位误差的综合影响

3．4．2 速度、位移综合对到位误差的影响

3．4．3 速度、载荷综合对焊接工作台到位精度的影响

3．4．4 位移、载荷综合对到位精度的影响

3．5 正交实验法评估各因素对工作台运动精度影响权重分析

3．5．1 确定实验指标

3．5．2 正交试验法

3．6 本章小结

第4章 数控激光焊接工作台的智能化控制系统

4．1 引言

4．2．焊接工艺数据的选择以及正交试验表的建立

4．2．1 激光焊接工艺参数的选择

4．2．2 正交试验表的建立

4．3 基于BP神经网络系统的建立以及训练结果

4．3．1 神经网络的选择与建立

4．3．2 神经网络训练结果

4．3．3 焊接工艺参数优化

4．4 焊接工艺参数预测系统的建立

4．4．1 板厚与焊接体能量数据整理

4．4．2 板厚与焊接体能量拟合关系

4．4．3 工艺参数预测系统的建立

4．5 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

附录B：(文中程序代码)