大型导流管高功率激光焊接试验平台设计研发

摘要

船舶工业在国民经济发展和国防建设中有重要地位，导流管是能有效提高船舶推力和推进效率的航海动力装备，其制造精度影响船舶动力性能。用传统的弧焊焊接加工效率低、成形精度低、应力大，而激光焊接能量密度高、变形小、速度快、焊接精度高，能显著提高焊接质量和焊接效率，满足导流管高精度、高性能、高效率的焊接制造要求。但目前国内激光焊接技术在复杂厚壁构件的应用研究较少，针对船舶复杂厚壁构件的大功率激光焊接装备开发尚属空白，为实现导流管等大型厚壁构件的高质量焊接，本文进行高功率激光焊接试验平台研发。
　　首先，本文介绍了课题任务的来源、背景，分析了激光焊接技术在船舶制造的应用现状和相关激光焊接设备研发现状，提出了平台设计路线。接着分析了导流管结构特点和焊接要求，介绍了焊接试验平台设计参数并进行了功能需求分析，按需求划分功能模块，完成了平台总体方案设计。
　　其次，对试验平台的各功能模块进行结构设计。设计了专用夹具和变位机构，完成了夹紧与变位功能部件的结构设计。通过滚珠丝杠和伺服电机计算选型、零部件设计完成了Z轴升降台结构设计，比较齿轮齿条传动和滚珠丝杠传动方案特点并选择前一方案进行了X轴移动平台设计。接着进行了机器人选型和焊接头结构设计，完成六自由度焊接执行部件设计，选择的KR60HA型机器人定位精度高，在工作范围内可将焊接头送至任意位置并使其有正确位姿。
　　最后，对试验平台功能部件进行建模仿真分析，得出：通过静态分析的螺母底座和托轮轴变形量小且均满足强度要求，通过模态分析螺母底座和立柱均不会与电机发生共振，结构合理可靠。然后进行了平台研制。

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1. 绪论

1.1课题来源

1.2研究背景和意义

1.3 国内外研究现状

1.4研究内容

2. 试验平台需求分析及总体方案设计

2.1导流管简述

2.2 焊接试验平台设计参数和功能需求分析

2.3试验平台总体方案

2.4本章小结

3.试验平台机械结构设计

3.1 夹紧和变位平台设计

3.2移动升降装置设计

3.3六自由度焊接执行部件设计

3.4本章小结

4.试验平台重要部件分析及平台研制

4.1 螺母底座的静力学分析和模态分析

4.2 立柱模态分析

4.3 托轮轴静力学分析

4.4 试验平台研制

4.5 本章小结

5.总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献